Механическая рука

Механическая рука — это машина , имитирующая действие человеческой руки. Механические рычаги состоят из нескольких балок, соединенных шарнирами с приводом от приводов . Один конец рычага прикреплен к прочному основанию, а на другом установлен инструмент . Люди могут управлять ими как напрямую, так и на расстоянии . Механическая рука, управляемая компьютером, называется роботизированной рукой . Однако роботизированная рука — это лишь один из многих типов механических рук. ^[1]

Механические руки могут быть простыми, как пинцет, или сложными, как протезы. Другими словами, если механизм может захватывать объект, удерживать его и перемещать объект так же, как человеческая рука, его можно классифицировать как механическую руку. ^[2]

Последние достижения привели к будущим улучшениям в области медицины в области протезирования и механической руки в целом. Когда инженеры-механики создают сложные механические руки, цель состоит в том, чтобы рука выполняла задачу, которую обычные человеческие руки выполнить не могут. ^[2]

История

Роботизированное оружие

Исследователи классифицировали роботизированную руку по ее промышленному применению, медицинскому применению, технологиям и т. д. Впервые он был представлен в конце 1930-х годов Уильямом Поллардом и Гарольдом А. Роузлендом, где они разработали «распылитель», имевший около пяти степеней свободы. и электрическая система управления. Полларда называли «аппаратом первого положения». Уильям Поллард никогда не проектировал и не создавал свою руку, но она послужила основой для других изобретателей в будущем. ^[3]

В 1961 году был изобретен Unimate , который превратился в версию PUMA. В 1963 году был разработан рукав Rancho, а также многие другие, которые появятся в будущем. Несмотря на то, что Джозеф Энгельбергер продавал Unimate, Джордж Девол изобрел роботизированную руку. Основное внимание было уделено использованию Unimate для задач, вредных для человека. В 1959 году прототип Unimate массой 2700 фунтов был установлен на заводе литья под давлением General Motors в Трентоне, штат Нью-Джерси. Серия Unimate 1900 стала самой первой роботизированной рукой для литья под давлением . За очень короткий период времени было изготовлено не менее 450 роботов-манипуляторов, которые использовались. Это до сих пор остается одним из самых значительных достижений за последние сто лет. Шли годы, технологии развивались, помогая создавать более совершенные роботизированные руки. Различные роботизированные руки изобретали не только компании, но и колледжи. В 1969 году Виктор Шейнман из Стэнфордского университета изобрел Стэнфордскую руку, которая имела руки с электронным приводом, которые могли перемещаться по шести осям. Марвин Мински из Массачусетского технологического института построил роботизированную руку для офиса военно-морских исследований, возможно, для подводных исследований. Эта рука имела двенадцать шарниров с одной степенью свободы в этой электрогидравлической руке, обладающей высокой маневренностью. Изначально роботы были созданы для выполнения ряда задач, которые люди находили скучными, вредными и утомительными. ^[3]^[4]^[5]

Протезирование

До современной эпохи

История протезов конечностей началась именно с таких великих изобретателей. Первыми и самыми ранними в мире функционирующими протезами частей тела являются два пальца на ноге из Древнего Египта. Благодаря своей уникальной функциональности эти пальцы ног являются примером настоящего протеза. Эти пальцы ног несут по меньшей мере сорок процентов веса тела. Большинство протезов конечностей будет производиться после интенсивного изучения формы человека с использованием современного оборудования. Протезы конечностей использовались и во время войны, в том числе в конце 1480-х годов. Немецкий рыцарь, служивший при императоре Священной Римской империи Карле V, во время войны получил ранение. Несмотря на то, что протезы конечностей были дорогими, эта конкретная конечность была изготовлена специалистом по доспехам. Солдатам разрешили продолжить карьеру благодаря протезированию. Пальцы могли схватить щит, держать поводья лошадей и даже перо при составлении важного документа. ^[6]

Современная эпоха

Со временем дизайн конечностей начал ориентироваться и на человеческие особенности. Например, пианисту понадобится механическая рука другого типа, чем другим. Их конечности будут широко расставлены, а средний и безымянный пальцы будут меньше обычного. Кроме того, конструкция руки с мягкими кончиками большого пальца и мизинца позволит пианисту воспроизводить серию нот во время игры на инструменте. ^[6]

Технология изготовления протезов конечностей продолжала развиваться после Первой мировой войны. После войны рабочие возвращались к работе, используя либо ноги, либо руки из-за их способности захватывать предметы. Это один из дизайнов, который остался неизменным за прошедшее столетие. Люди с такими протезами могли бы заниматься повседневными делами, такими как вождение автомобиля, прием пищи и многое другое. ^[6]

Оружие для автомобилестроения

Без механической руки производство автомобилей было бы крайне затруднено. Впервые эта проблема была решена в 1962 году, когда на заводе General Motors был использован первый механический рычаг. Используя эту механическую руку, также известную как промышленный робот , инженеры смогли решать сложные сварочные задачи. Кроме того, отказ от литья под давлением стал еще одним важным шагом в улучшении возможностей механической руки. Благодаря такой технологии инженеры смогли легко удалить ненужный металл из полостей формы. Благодаря этому использованию сварка стала становиться все более популярной для механического оружия. ^[5]

В 1979 году компания Nachi разработала первого робота с электроприводом, способного выполнять точечную сварку . Точечная сварка – очень важный процесс, используемый при создании автомобилей для соединения отдельных поверхностей между собой. Вскоре механическое оружие стало передаваться другим автомобильным компаниям. ^[7]

По мере постоянных усовершенствований Национальный университет Сингапура (NUS) решил пойти еще дальше, изобретя механическую руку, которая может поднимать вес, в 80 раз превышающий ее первоначальный вес. Эта рука не только увеличила свою подъемную силу, но и могла удлиниться в пять раз по сравнению с первоначальной длиной. Эти достижения были впервые представлены в 2012 году, и автомобильные компании могут извлечь выгоду из этих новых научных знаний. ^[7]

Хирургическое оружие

Хирургические манипуляторы впервые были использованы в 1985 году, когда была проведена нейрохирургическая биопсия. В 1990 году FDA разрешило проводить эндоскопические хирургические процедуры с помощью системы автоматизированного образовательного оператора-заменителя (AESOP). Однако это было не единственное улучшение, внесенное FDA. Хотя система AESOP была скорее системой компьютерного движения, первая хирургическая система появилась в 2000 году, когда хирургическая система да Винчи стала первой роботизированной хирургической системой, одобренной FDA.

Типы

Протезы рук

Протезирование может не показаться механической рукой, но это так. Он использует петли и жгуты проводов, чтобы позволить недееспособному существу выполнять повседневные функции. Они начали создавать руки, которые имеют структуру человеческой руки, и хотя они выглядят как скелетная металлическая рука, они двигаются как нормальные рука и кисть. Эта рука была создана Университетом Джонса Хопкинса в 2015 году. У нее 26 суставов (намного больше, чем у старых устаревших рук) и она способна поднимать до 45 фунтов. Эта рука имеет 100 датчиков, которые подключаются к человеческому разуму. Эти датчики позволяют человеку, у которого есть рука, двигать рукой так, как будто это просто еще одна часть его тела. Люди, которые использовали этот новый протез, могут сказать, что они действительно смогли почувствовать его текстуру, что в конечном итоге сделало протезирование огромной частью категории механических рук. ^[7]

Оружие вездехода

В космосе НАСА использовало механическую руку для новых планетарных открытий. Одно из этих открытий было сделано в результате отправки марсохода на другую планету и сбора образцов с этой планеты. С помощью марсохода НАСА может просто держать его на назначенной планете и исследовать все, что захочет. Механические рычаги также прикреплены к кораблям, которые действуют как спутниковые станции в атмосфере Земли, поскольку они помогают захватывать обломки, которые могут нанести ущерб другим спутникам. Мало того, они также обеспечивают безопасность астронавтов, когда им нужно отправиться на ремонт корабля или спутника. Но космос – это не то место, где находятся все марсоходы с механическими руками. Даже отряды спецназа и другие силы специального назначения используют эти вездеходы, чтобы проникнуть в здание или небезопасную зону, чтобы обезвредить бомбу, заложить бомбу или отремонтировать транспортные средства. ^[8]

Повседневное механическое оружие

Каждый день человек может использовать какую-то механическую руку. Многие механические руки используются для самых обычных вещей, например, для захвата вне досягаемости объекта с помощью механической руки-клещи. Простая система из трех суставов сжимает и отпускает движения, заставляя клещи смыкаться и, наконец, захватывать желаемый объект. Даже такие предметы, которые могут показаться слишком простыми, например, пинцет, можно отнести к механической руке. Этот простой объект используется миллионы раз в день благодаря помощи инженера, создавшего простой, но великолепный дизайн. ^[9]

Модификации и улучшения

Мышечная ткань для механических рук

Национальный университет Сингапура начал создавать искусственную мышечную ткань, которую можно будет помещать в механические руки, чтобы помочь людям поднимать тяжелые грузы. Эта искусственная ткань может выдерживать нагрузку, в 500 раз превышающую ее собственный вес. В зависимости от того, сколько тканевых инженеров поместили в механическую руку, тем большей подъемной силой обладает рука. Обычный взрослый человек весит от 160 до 180 фунтов. Теперь человек с таким весом может поднять предмет весом около 80 000 фунтов. Это сделало бы строительные площадки намного безопаснее, поскольку можно было бы просто подняться со строительными материалами вместо использования крана, который может рухнуть из-за суровых погодных условий. Вскоре коммунальные транспортные средства для строительства могут уйти в прошлое. ^[10]

Механические рычаги датчика

Новые механические руки, используемые для протезирования, начинают оснащаться датчиками, которые с помощью чипа, прикрепленного к спинному мозгу, позволяют человеку двигать рукой. Поскольку датчики можно легко запрограммировать на более высокую чувствительность ко всему, к чему прикасается датчик, люди с протезами рук также смогут чувствовать объект, к которому они прикасаются. При этом человек мог почувствовать даже малейшую вибрацию. Это может быть и опасностью, и хорошей вещью. Это может представлять опасность для человека, поскольку при сильном давлении человек с протезом может испытывать сильную боль. Помимо фактического получения чувства прикосновения, можно также почувствовать большую осведомленность о приближающейся опасности. ^[11]^[12]

Реалистичные механические руки

Реалистичные механические руки, как и обычные человеческие руки, настолько похожи, что их трудно различить. Причина этого в том, что спрей, покрывающий протез руки, придает руке вид настоящей. Эта футуристическая фантазия начинает становиться все более похожей на реальность. Ученые даже начинают создавать искусственную кожу рукавного типа, чтобы протез руки выглядел как нормальная рука. Это позволит людям с протезами не стесняться своей роботизированной руки. ^[4]

См. также

Ссылки

^ «Что такое машиностроение?» . Машиностроение . Колумбийский университет . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б Харрис, Том (2002). «Как работают роботы» . Как работает наука . Как все работает . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б Хеффернан, Джейкоб. «История роботизированной руки» . Крупный проект ИПТ . Уибли . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б Шейнман, Виктор. «Роботы и их оружие» . Стэнфорд.edu . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Юнимат — первый промышленный робот» . Робототехника онлайн . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Парк, Уильям (2015). «BBC – Будущее – Гении, изобретшие протезы конечностей» . Новости Би-би-си . Би-би-си . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Робототехника прежде всего: команда инженеров создает искусственные мышцы, способные поднимать грузы, в 80 раз превышающие их вес» . Физика.орг . 2013 . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Мэй, Сандра (2015). «Роботизированная рука» . НАСА . НАСА . Проверено 1 марта 2017 г.
^ Моран, Майкл Э. (2007). «Эволюция роботизированного оружия» . Журнал роботизированной хирургии . 1 (2): 103–111. дои : 10.1007/s11701-006-0002-x . ПМЦ 4247431 . ПМИД 25484945 .
^ Мерфи, Майк (2015). «Этот робот-протез, управляемый разумом, позволяет вам почувствовать, к чему он прикасается» . Кварц . Кварц . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ «Протезы конечностей, управляемые мыслью» . Нью-Йорк Таймс . 2015 . Проверено 13 февраля 2017 г.
^ Регаладо, Антонио (2014). «Мысленный эксперимент» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Технология МТИ . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:0-1] «Что такое машиностроение?» . Машиностроение . Колумбийский университет . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:1-2] Jump up to: ^а ^б Харрис, Том (2002). «Как работают роботы» . Как работает наука . Как все работает . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:2-3] Jump up to: ^а ^б Хеффернан, Джейкоб. «История роботизированной руки» . Крупный проект ИПТ . Уибли . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:3-4] Jump up to: ^а ^б Шейнман, Виктор. «Роботы и их оружие» . Стэнфорд.edu . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:4-5] Jump up to: ^а ^б «Юнимат — первый промышленный робот» . Робототехника онлайн . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:5-6] Jump up to: ^а ^б ^с Парк, Уильям (2015). «BBC – Будущее – Гении, изобретшие протезы конечностей» . Новости Би-би-си . Би-би-си . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:6-7] Jump up to: ^а ^б ^с «Робототехника прежде всего: команда инженеров создает искусственные мышцы, способные поднимать грузы, в 80 раз превышающие их вес» . Физика.орг . 2013 . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:8-8] Мэй, Сандра (2015). «Роботизированная рука» . НАСА . НАСА . Проверено 1 марта 2017 г.

[:9-9] Моран, Майкл Э. (2007). «Эволюция роботизированного оружия» . Журнал роботизированной хирургии . 1 (2): 103–111. дои : 10.1007/s11701-006-0002-x . ПМЦ 4247431 . ПМИД 25484945 .

[:10-10] Мерфи, Майк (2015). «Этот робот-протез, управляемый разумом, позволяет вам почувствовать, к чему он прикасается» . Кварц . Кварц . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:11-11] «Протезы конечностей, управляемые мыслью» . Нью-Йорк Таймс . 2015 . Проверено 13 февраля 2017 г.

[:12-12] Регаладо, Антонио (2014). «Мысленный эксперимент» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Технология МТИ . Проверено 13 февраля 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]