Wie funktionieren Roboter?

Wie funktionieren Roboter?

Unabhängige Roboter

Unabhängige Roboter sind in der Lage, völlig autonom und unabhängig von menschlicher Kontrolle zu arbeiten. Sie erfordern in der Regel eine aufwändigere Programmierung, ermöglichen es aber den Robotern, den Platz des Menschen einzunehmen, wenn sie gefährliche, alltägliche oder anderweitig unmögliche Aufgaben übernehmen, von der Bombenentschärfung über Tiefseefahrten bis hin zur Fabrikautomatisierung. Unabhängige Roboter haben sich als die größten Umwälzungen in der Gesellschaft erwiesen, da durch sie bestimmte Arbeitsplätze wegfallen, aber auch neue Wachstumsmöglichkeiten entstehen.

Abhängige Roboter

Abhängige Roboter sind nicht-autonome Roboter, die mit dem Menschen interagieren, um dessen bereits vorhandene Handlungen zu verbessern und zu ergänzen. Dabei handelt es sich um eine relativ neue Form der Technologie, die ständig um neue Anwendungen erweitert wird. Eine Form von abhängigen Robotern, die bereits realisiert wurde, sind fortgeschrittene Prothesen, die vom menschlichen Geist gesteuert werden.

Ein berühmtes Beispiel für einen abhängigen Roboter wurde 2018 vom Johns Hopkins APL für Johnny Matheny entwickelt, einen Patienten, dessen Arm oberhalb des Ellenbogens amputiert wurde. Matheny wurde mit einer modularen Prothese ausgestattet, damit die Forscher deren Verwendung über einen längeren Zeitraum hinweg untersuchen konnten. Die MPL wird über Elektromyografie gesteuert, d. h. über Signale, die von seiner amputierten Gliedmaße gesendet werden und die Prothese steuern. Im Laufe der Zeit konnte Matheny den MPL immer besser steuern, und die von seiner amputierten Gliedmaße gesendeten Signale wurden kleiner und weniger variabel, was zu einer höheren Bewegungsgenauigkeit führte und es Matheny ermöglichte, so schwierige Aufgaben wie Klavierspielen auszuführen.

Was sind die Hauptbestandteile eines Roboters?

Roboter werden gebaut, um Lösungen für eine Vielzahl von Bedürfnissen zu bieten und verschiedene Zwecke zu erfüllen, und benötigen daher eine Vielzahl von speziellen Komponenten, um diese Aufgaben zu erfüllen.

WELCHES SIND DIE HAUPTKOMPONENTEN EINES ROBOTERS?

  • Steuerungssystem: die CPU, die die Aufgaben eines Roboters auf hohem Niveau steuert.
  • Sensoren: eine Komponente, die elektrische Signale liefert, damit ein Roboter mit der Welt interagieren kann.
  • Aktuatoren: die Motorteile, die für die Bewegung des Roboters verantwortlich sind.
  • Stromversorgung: die Batterie, die einen Roboter mit Strom versorgt.
  • Endeffektoren: die äußeren Merkmale eines Roboters, die es ihm ermöglichen, eine Aufgabe zu erfüllen.

Es gibt jedoch einige Komponenten, die für die Konstruktion eines jeden Roboters von zentraler Bedeutung sind, wie z. B. eine Stromquelle oder eine zentrale Recheneinheit. Im Allgemeinen lassen sich die Komponenten der Robotik in diese fünf Kategorien einteilen:

Steuerungssystem

Zu den Berechnungen gehören alle Komponenten, die die zentrale Verarbeitungseinheit eines Roboters bilden, die oft auch als Steuerungssystem bezeichnet wird. Steuersysteme sind so programmiert, dass sie dem Roboter sagen, wie er seine spezifischen Komponenten einsetzen soll, ähnlich wie das menschliche Gehirn Signale durch den Körper sendet, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Die Aufgaben eines Roboters können von minimalinvasiven Eingriffen bis hin zum Verpacken am Fließband alles umfassen.

Sensoren

Sensoren versorgen einen Roboter mit Reizen in Form von elektrischen Signalen, die von der Steuerung verarbeitet werden und dem Roboter die Interaktion mit der Außenwelt ermöglichen. Zu den üblichen Sensoren in Robotern gehören Videokameras, die wie Augen funktionieren, Fotowiderstände, die auf Licht reagieren, und Mikrofone, die wie Ohren funktionieren. Diese Sensoren ermöglichen es dem Roboter, seine Umgebung zu erfassen und die logischste Schlussfolgerung auf der Grundlage des aktuellen Moments zu ziehen, so dass die Steuerung Befehle an die zusätzlichen Komponenten weiterleiten kann.

Stellantriebe

Ein Gerät kann nur dann als Roboter betrachtet werden, wenn es einen beweglichen Rahmen oder Körper hat. Aktuatoren sind die Komponenten, die für diese Bewegung verantwortlich sind. Diese Komponenten bestehen aus Motoren, die Signale vom Steuersystem empfangen und sich gemeinsam bewegen, um die für die Ausführung der zugewiesenen Aufgabe erforderliche Bewegung auszuführen. Aktuatoren können aus einer Vielzahl von Materialien bestehen, z. B. aus Metall oder Gummi, und werden in der Regel mit Druckluft (pneumatische Aktuatoren) oder Öl (hydraulische Aktuatoren) betrieben.

Energieversorgung

So wie der menschliche Körper Nahrung benötigt, um zu funktionieren, brauchen Roboter Energie. Stationäre Roboter, wie z. B. in Fabriken, können über eine Steckdose mit Wechselstrom betrieben werden, aber in der Regel werden sie über eine interne Batterie betrieben. Die meisten Roboter verwenden Blei-Säure-Batterien, weil sie sicher sind und eine lange Lebensdauer haben, während andere die kompaktere, aber auch teurere Silber-Cadmium-Variante verwenden können. Sicherheit, Gewicht, Auswechselbarkeit und Lebensdauer sind wichtige Faktoren, die bei der Entwicklung der Stromversorgung eines Roboters zu berücksichtigen sind.

Zu den potenziellen Energiequellen für die künftige Entwicklung von Robotern gehören auch pneumatische Energie aus komprimierten Gasen, Solarenergie, hydraulische Energie, Schwungrad-Energiespeicherung, organischer Abfall durch anaerobe Verdauung und Kernkraft.

Endeffektoren

Endeffektoren sind die physischen, in der Regel externen Komponenten, die es den Robotern ermöglichen, ihre Aufgaben auszuführen. Roboter in Fabriken haben oft austauschbare Werkzeuge wie Farbsprühgeräte und Bohrer, chirurgische Roboter können mit Skalpellen ausgestattet sein und andere Arten von Robotern können mit Greifklauen oder sogar Händen für Aufgaben wie Lieferungen, Verpackung, Bombenentschärfung und vieles mehr gebaut werden.

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