Ramię mechaniczne

Mechaniczne ramię to maszyna , która naśladuje działanie ludzkiego ramienia. Ramiona mechaniczne składają się z wielu belek połączonych zawiasami napędzanymi siłownikami . Jeden koniec ramienia jest przymocowany do stabilnej podstawy, a drugi ma narzędzie . Mogą być kontrolowane przez ludzi bezpośrednio lub na odległość . Ramię mechaniczne sterowane komputerowo nazywa się ramieniem robota . Jednak ramię robota to tylko jeden z wielu rodzajów różnych ramion mechanicznych.

Ramiona mechaniczne mogą być tak proste jak pęsety lub złożone jak protezy. Innymi słowy, jeśli mechanizm może chwytać przedmiot, trzymać przedmiot i przenosić przedmiot tak jak ludzkie ramię, można go sklasyfikować jako ramię mechaniczne.

Ostatnie postępy zostały wprowadzone, aby doprowadzić do przyszłych ulepszeń w dziedzinie medycyny z protetyką i ogólnie z mechanicznym ramieniem. Kiedy inżynierowie mechanicy konstruują złożone ramiona mechaniczne, celem jest wykonanie przez ramię zadania, którego zwykłe ludzkie ręce nie są w stanie wykonać.

Ambroise Pare: protetyka, mechaniczne ramię (Opublikowano: 1564)

Historia

Ramiona robotów

Naukowcy sklasyfikowali ramię robota według jego zastosowań przemysłowych, zastosowań medycznych i technologii itp. Po raz pierwszy wprowadzili go pod koniec lat trzydziestych XX wieku William Pollard i Harold A. Roseland, gdzie opracowali „opryskiwacz”, który miał około pięciu stopni swobody i elektryczny system sterowania. Pollarda nazywano „urządzeniem kontrolującym pierwszą pozycję”. William Pollard nigdy nie zaprojektował ani nie zbudował swojego ramienia, ale było ono bazą dla innych wynalazców w przyszłości.

W 1961 roku wynaleziono Unimate , ewoluując w ramię PUMA. W 1963 roku zaprojektowano ramię Rancho, a także wiele innych w przyszłości. Chociaż Joseph Engelberger sprzedawał Unimate, George Devol wynalazł ramię robota. Skupiono się na wykorzystaniu Unimate do zadań szkodliwych dla człowieka. odlewni ciśnieniowej General Motors w Trenton w stanie New Jersey zainstalowano ważący 2700 funtów prototyp Unimate . Seria Unimate 1900 stała się pierwszym wyprodukowanym ramieniem robota do odlewania ciśnieniowego . W bardzo krótkim czasie wyprodukowano co najmniej 450 ramion robotów, które były używane. Nadal pozostaje jednym z najbardziej znaczących wkładów w ciągu ostatnich stu lat. Z biegiem lat technologia ewoluowała, pomagając budować lepsze roboty. Nie tylko firmy wynalazły różne ramiona robotów, ale także uczelnie. W 1969 roku Victor Scheinman z Uniwersytetu Stanforda wynalazł ramię Stanforda, które miało elektronicznie napędzane ramiona, które mogły poruszać się w sześciu osiach. Marvin Minsky z MIT zbudował ramię robota dla biura Naval Research, prawdopodobnie do podwodnych eksploracji. To ramię miało dwanaście przegubów o jednym stopniu swobody w tym elektryczno-hydraulicznym ramieniu o dużej zręczności. Roboty zostały początkowo stworzone do wykonywania szeregu zadań, które ludzie uważali za nudne, szkodliwe i nużące.

Protetyka

Przed epoką nowożytną

Replika protezy ręki. Oryginał prawdopodobnie pochodzi z lat 1550-1600.

Historię protez kończyn tworzyli tacy wielcy wynalazcy. Pierwsze na świecie i najwcześniej funkcjonujące części ciała to dwa palce u stóp ze starożytnego Egiptu. Ze względu na swoją wyjątkową funkcjonalność palce te są przykładem prawdziwego urządzenia protetycznego. Te palce przenoszą co najmniej czterdzieści procent masy ciała. Większość protez kończyn powstałaby po intensywnym badaniu kształtu człowieka przy użyciu nowoczesnego sprzętu. Protezy kończyn były używane również podczas wojny, w tym pod koniec lat 80. XIV wieku. Niemiecki rycerz, który służył u Świętego Cesarza Rzymskiego Karola V, został ranny podczas wojny. Chociaż protezy kończyn były drogie, ta konkretna kończyna została wyprodukowana przez specjalistę od zbroi. Żołnierze mogli kontynuować karierę ze względu na protezy. Palce mogły chwycić tarczę, trzymać wodze koni, a nawet pióro podczas sporządzania ważnego dokumentu.

Era nowożytna

Sztuczna lewa ręka, Londyn, Anglia Wellcome.

Z biegiem czasu projektowanie kończyn zaczęło koncentrować się również na specjalnościach ludzi. Na przykład pianista potrzebowałby innego rodzaju mechanicznego ramienia niż inni. Ich kończyny byłyby szeroko rozstawione, a palce środkowe i serdeczne mniejsze niż zwykle. Ponadto konstrukcja ramienia z wyściełanymi końcówkami kciuka i małego palca pozwoli pianiście na rozciągnięcie serii nut podczas gry na instrumencie.

Technologia protez kończyn ewoluowała po I wojnie światowej. Po wojnie robotnicy wracali do pracy, używając nóg lub rąk ze względu na zdolność chwytania przedmiotów. Jest to jeden z projektów, który pozostaje niezmieniony w ciągu ostatniego stulecia. Osoby z takimi protezami wykonywałyby codzienne czynności, takie jak prowadzenie samochodu, jedzenie i wiele więcej.

Ramiona dla przemysłu motoryzacyjnego

6-osiowe roboty przegubowe

Bez mechanicznego ramienia produkcja samochodów byłaby niezwykle trudna. Problem ten został po raz pierwszy rozwiązany w 1962 roku, kiedy w fabryce „General Motors” zastosowano pierwsze ramię mechaniczne. Za pomocą tego mechanicznego ramienia, znanego również jako robot przemysłowy , inżynierowie byli w stanie wykonać trudne zadania spawalnicze. Ponadto usunięcie odlewów ciśnieniowych było kolejnym ważnym krokiem w poprawie możliwości mechanicznego ramienia. Dzięki takiej technologii inżynierowie byli w stanie łatwo usunąć niepotrzebny metal spod wnęk formy. Wychodząc z tych zastosowań, spawanie zaczęło stawać się coraz bardziej popularne w przypadku broni mechanicznej.

W 1979 roku firma Nachi udoskonaliła pierwszego napędzanego silnikiem robota do wykonywania zgrzewania punktowego . Zgrzewanie punktowe to bardzo ważny proces stosowany przy tworzeniu samochodów do łączenia ze sobą oddzielnych powierzchni. Wkrótce broń mechaniczna została przekazana kolejnym firmom samochodowym.

Ponieważ dokonywano ciągłych ulepszeń, National University of Singapore (NUS) postanowił dokonać jeszcze dalszych ulepszeń, wynajdując mechaniczne ramię, które może unieść do 80 razy więcej niż pierwotna waga. To ramię nie tylko zwiększyło swoją siłę nośną, ale mogło również wydłużyć się pięciokrotnie w stosunku do pierwotnej długości. Te udoskonalenia zostały po raz pierwszy wprowadzone w 2012 r., a firmy samochodowe mogą w dużym stopniu skorzystać z tej nowej wiedzy naukowej.

Ramiona chirurgiczne

Robot do chirurgii laparoskopowej (2006)

Ramiona chirurgiczne zostały po raz pierwszy użyte w 1985 roku, kiedy wykonano biopsję neurochirurgiczną. W 1990 roku FDA zezwoliła na wykonywanie endoskopowych zabiegów chirurgicznych przez system Automated Educational Substitute Operator (AESOP). Nie było to jednak jedyne ulepszenie wprowadzone przez FDA. Podczas gdy AESOP był bardziej systemem Computer Motion, pierwszy system chirurgiczny pojawił się w 2000 roku, kiedy system chirurgiczny da Vinci stał się pierwszym zrobotyzowanym systemem chirurgicznym zatwierdzonym przez FDA.

typy

Ramiona protetyczne

Protetyka może nie wyglądać jak mechaniczne ramię, ale tak jest. Wykorzystuje zawiasy i wiązkę przewodów, aby umożliwić niezdolnej istocie wykonywanie codziennych czynności. Zaczęli tworzyć ramiona, które przyjmują strukturę ludzkiego ramienia i chociaż wygląda jak szkieletowe metalowe ramię, porusza się jak normalne ramię i dłoń. To ramię zostało wykonane przez Johns Hopkins University w 2015 roku. Ma 26 stawów (znacznie więcej niż stare, przestarzałe ramiona) i jest w stanie podnieść do 45 funtów. To ramię ma 100 czujników, które łączą się z ludzkim umysłem. Czujniki te pozwalają osobie z ramieniem poruszać ramieniem tak, jakby było tylko kolejną częścią jego ciała. Ludzie, którzy używali tej nowej protezy, mogą powiedzieć, że faktycznie byli w stanie wyczuć teksturę, ostatecznie czyniąc protezy ogromną częścią kategorii mechanicznego ramienia.

Ramiona Rovera

Trzy generacje łazików marsjańskich

W kosmosie NASA użyła mechanicznego ramienia do nowych odkryć planetarnych. Jedno z tych odkryć pochodziło z wysłania łazika na inną planetę i zebrania próbek z tej planety. Z łazikiem, NASA mogą po prostu trzymać łazik na wyznaczonej planecie i badać, co chcą. Mechaniczne ramiona są również przymocowane do statków, które działają jak stacje satelitarne w ziemskiej atmosferze, ponieważ pomagają chwytać szczątki, które mogą spowodować uszkodzenie innych satelitów. Nie tylko to, ale także zapewniają bezpieczeństwo astronautom, gdy muszą naprawić statek lub satelitę. Teraz kosmos to nie miejsce, w którym znajdują się wszystkie łaziki z mechanicznymi ramionami. Nawet zespół SWAT i inne siły specjalne używają tych łazików do wejścia do budynku lub niebezpiecznego obszaru w celu rozbrojenia bomby, podłożenia bomby lub naprawy pojazdów.

Codzienne mechaniczne ramiona

Każdego dnia osoba może używać pewnego rodzaju mechanicznego ramienia. Wiele mechanicznych ramion jest używanych do bardzo zwyczajnych rzeczy, takich jak chwytanie przedmiotu poza zasięgiem mechanicznego ramienia szczypiec. Prosty system 3 przegubów ściska i zwalnia ruch powodując zamknięcie szczypiec iw końcu złapanie pożądanego przedmiotu. Nawet przedmioty, które mogą wydawać się bardzo uproszczone, takie jak pęseta, można sklasyfikować jako mechaniczne ramię. Ten prosty przedmiot jest używany miliony razy dziennie, a wszystko to dzięki pomocy inżyniera, który stworzył prosty, ale świetny projekt.

Modyfikacje i ulepszenia

Tkanka mięśniowa do mechanicznych ramion

National University of Singapore rozpoczął produkcję sztucznej tkanki mięśniowej, którą można umieścić w mechanicznych ramionach, aby pomóc ludziom podnosić ciężkie ładunki. Ta sztuczna tkanka może udźwignąć do 500 razy więcej niż sama waży. W zależności od tego, ile inżynierowie tkankowi umieścili w ramieniu mechanicznym, tym większa siła nośna ma ramię. Zwykły, dobrze rozwinięty dorosły człowiek waży około 160 do 180 funtów. Teraz osoba ważąca tyle byłaby w stanie podnieść przedmiot ważący około 80 000 funtów. Dzięki temu place budowy byłyby o wiele bezpieczniejsze, gdyby można było po prostu podejść z materiałami budowlanymi zamiast używać dźwigu, który może się zawalić z powodu trudnych warunków pogodowych. Wkrótce pojazdy użytkowe do budowy mogą należeć do przeszłości.

Mechaniczne ramiona czujnika

Nowe mechaniczne ramiona używane w protetyce zaczynają zyskiwać czujniki, które za pomocą chipa przymocowanego do rdzenia kręgowego pozwalają osobie poruszać ramieniem. Ponieważ czujniki można łatwo zaprogramować tak, aby miały wyższą czułość na wszystko, czego dotyka czujnik, osoby z protezami rąk będą również mogły wyczuć przedmiot, którego dotykają. Dzięki temu człowiek mógł poczuć nawet najdrobniejsze wibracje. To może być niebezpieczeństwo i dobra rzecz. Może to stanowić zagrożenie dla człowieka, ponieważ przy zbyt dużym nacisku osoba z protezą może odczuwać silny ból. Oprócz rzeczywistego odzyskania zmysłu dotyku, można było również wyczuć większą świadomość nadchodzącego niebezpieczeństwa.

Realistyczne mechaniczne ramiona

Realistyczne mechaniczne ramiona, wraz ze zwykłymi ludzkimi ramionami, są tak podobne, że rozróżnienie między nimi może być trudne. Powodem tego jest to, że spray, który nakłada płaszcz na protezę ramienia, sprawia, że ramię wygląda jak prawdziwe. Ta futurystyczna fantazja zaczyna się coraz bardziej urzeczywistniać. Naukowcy zaczynają nawet tworzyć sztuczne skóry typu rękaw, aby proteza ramienia wyglądała jak normalna ręka. Dzięki temu osoby z protezami nie będą czuły się skrępowane swoim robotem.

Zobacz też