Понятие о механизме и машине — Гипермаркет знаний. Роботы на службе людей: изобретения, готовые помогать человеку в повседневной жизни Какие машины и механизмы помогают человеку

Технофобия.

Машины на службе у человека.

Многие люди опасаются захвата власти умными машинами, однако, ещё не было ни единого случая, чтобы машины намеревались причинить кому-то зло. (К несчастью, подобного нельзя сказать о человеке). Люди, не машины, используют нервнопаралитический газ и ракеты для разрушения. Даже автомобильные аварии и авиакатастрофы в большинстве случаев вызваны человеческой ошибкой, а отнюдь не механическими недостатками.

Многие люди боятся быстрого технологического развития, в особенности автоматизированных и компьютеризированных машин, заменяющих человека. Справедливости ради следует признать, что некоторые из этих страхов оправданы внутри монетарной системы, где быстрый рост производственных технологий требует меньшего числа работников.

Некоторые относятся с недоверием к компьютеризации общества и боятся возможных отказов техники. Они обеспокоены тем, что якобы, технологии сделают нас похожими на роботов, приведут к однообразию, и, в результате, к потере индивидуальности, свободы выбора и частной жизни.

Защищаясь от машин, эти люди не предоставляют свидетельств того, что машины когда-либо обращались против человека сами по себе, кроме как в научной фантастике. Люди программируют машины и определяют их назначение. Поэтому нам следует бояться не машин, а неправильного их использования, угрожающего человечеству. Мы не должны забывать, что бомбёжка городов, применение газов, ядов, лагерей смерти и пыток - всё это дело рук человека, а не машин. Даже атомное оружие и управляемые ракеты были изобретены и использовались людьми. Люди загрязняют окружающую среду - наш воздух, океаны и реки. Продажа и употребление вредных наркотиков, искажение правды, фанатизм и расовая ненависть - это части ущербных человеческих систем и ложных идеологий, что вряд ли характерно для машин.

Опасность не в машинах, а в нас самих. До тех пор, пока мы не возьмём на себя ответственность за отношения друг с другом, и за разумное управление ресурсами нашей планеты, мы так и останемся величайшей угрозой сами себе и всему живому. Если и были когда-то конфликты между людьми и машинами, то мы знаем, кто их начал!

Наука и технологии не создали ни одной из наших проблем. Наши проблемы выросли из человеческого злоупотребления и эксплуатации других людей, окружающей среды, и технологий. В более гуманной цивилизации, машины используются для сокращения рабочего дня, увеличения доступности изделий и услуг, и продления отдыха. Новые технологии применяются, чтобы поднять уровень жизни для каждого, и, исходя из этого, рост внедрения автоматизированных технологий служит на благо людей.

>>Технология: Понятие о механизме и машине

В современном мире человеку часто помогают различные механизмы и машины.
Машина - это устройство, которое выполняет определенные действия с целью облегчения физического и умственного труда человека. Например, автомобиль является транспортной машиной, станок для обработки каких-либо заготовок - технологической машиной.
Примером бытовых машин служит пылесос, стиральная машина, холодильник. Сельскохозяйственные машины (трактор, комбайн и др.) помогают человеку в уборке урожая. Компьютер для человека - информационная и вычислительная машина.
В конструкцию машины входит много различных механизмов. Механизм - это устройство для преобразования одного вида движения в другой. В качестве примера рассмотрим винтовой механизм, применяемый в переднем и заднем зажимах столярного верстака (рис. 52).
В винтовом механизме вращательное движение рукоятки 2 преобразуется в прямолинейное движение ходового винта вместе с прижимным бруском 3 (рис. 52, а). На рисунке 52, б показана кинематическая схема винтового механизма.

Кинематическая схема - это условное обозначение различных передач и деталей, входящих в эту передачу.

Механизмы и машины состоят из множества различных деталей, например, в автомобиле их больше 15 тысяч, а в самолете - больше миллиона. Некоторые детали применяются почти во всех машинах (болты, гайки, шайбы и др.). Они называются деталями общего назначения . Другие детали, например корпуса машин, станины станков, являются деталями специального назначения. В таблице 3 показаны некоторые типовые детали машин .
Детали механизмов связаны одна с другой различными способами. Если они не могут перемещаться относительно друг друга, то такая связь называется неподвижной . Неподвижными являются соединения деталей с помощью винтов и гаек (резьбовые соединения), с помощью сварки и др.
Если детали могут перемещаться одна относительно другой, то такая связь между деталями называется подвижной .

Разновидность подвижной связи - шарнирное соединение (табл. 4).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Ознакомление с устройством различных механизмов
1. Осмотрите винтовой механизм переднего зажима столярного верстака. Разберитесь, каким образом вращательное движение рукоятки преобразуется в прямолинейное движение прижимного прутка.
2. Рассмотрите зубчатый механизм дрели и определите, для какой цели он служит.

• Машина, механизм, винтовой механизм, кинематическая схема, детали общего и специального назначения, связи подвижные и неподвижные.

1. Что называют машиной?

2. Что называют механизмом?

3. Какие машины вы знаете?

4. Назовите типовые детали машин.

5. Где применяются винтовые механизмы и как они работают?

А.Т. Тищенко, П.С.Самородский, В.Д.Симоненко, Н.П.Щипицын,Технология 5 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта

Человек на выполнение таких однообразных и монотонных домашних работ, как уборка помещения или работы в саду, тратит значительную часть своего времени. Некоторые получают от подобного рода занятий истинное удовольствие, но для большинства приведение жилого пространства в надлежащий порядок является задачей рутинной, скучной и не слишком приятной. Начиная с 50—60-х годов прошлого столетия, когда только начало зарождаться понятие «роботизированный помощник», общество уже вовсю мечтало переложить часть своих повседневных обязанностей на бездушное механизированное устройство, не подверженное усталости, стрессам и готовое выполнить самую грязную работу. Речь идёт о роботах-слугах и автоматизированных помощниках, прототипы которых появились более чем полстолетия назад.

Первый мобильный робот, анализирующий команды и свои действия

В 1966 году инженеры Центра Искусственного интеллекта при Стэнфордском университете взялись за создание робота, наделённого способностью самостоятельного ориентирования и передвижения в помещении без создания аварийных ситуаций. Проект предусматривал разработку конструкции на колёсном шасси с возможностью самообучения, а также целостного анализа поставленных перед машиной задач.

Устройство, получившее название Shakey, оснащалось набором датчиков и телекамерой для определения текущего местоположения и габаритов окружающих робота предметов. В 1972 году проект Shakey подошёл к завершению, воплотив в единой конструкции передовые достижения инженеров того времени. Мобильное устройство демонстрировало свои возможности в специальном тестовом павильоне из нескольких комнат, связанных между собой коридорами. Робот выполнял команды учёных, толкая различные предметы, закрывая и открывая двери, взаимодействуя с выключателями и различными объектами.

Перспективность заложенного в Shakey алгоритма подтолкнула учёных к дальнейшим работам в данном направлении и созданию ряда более совершенных автоматизированных механизмов, а также внедрению способности у подобного рода устройства идентифицировать и реагировать на голосовые команды.

Беспроводная и автономная стрижка лужайки

В 1969 году фирма MowBot Inc. представила миру роботизированную газонокосилку, функционирующую от встроенного аккумулятора без необходимости подключения к домашней сети. Заряда батареи хватало для стрижки травы на участке в 650 м 2 . И хотя аппарат стоимостью $795 был весьма далёк от современных программируемых «умных» устройств, которыми можно управлять даже со смартфона, идея избавиться от проводов оказалась весьма интересной и получила логическое развитие.

Полноразмерный робот Arok: и с собакой погуляет, и мусор вынесет

Какой «дом будущего» может обойтись без роботизированной прислуги? Аналогичная мысль посетила и изобретателя Бена Скора (Ben Skora), который представил своё видение футуристического, учитывая 70-е года прошлого столетия, жилища с дистанционно управляемыми светильниками и прочими техническими новшествами. Не обошлось и без «умного» обслуживающего персонала, место которого занял двухметровый робот Arok с откровенно жутковатым лицом.

В задачи механизированного гиганта входили вынос мусора, подача напитков и даже выгул вашего четвероногого любимца. Конечно, наличие оператора для манипулирования устройством было обязательным условием. Так что штат прислуги в «доме будущего» предусматривал дополнительную вакансию для контроля за роботом-помощником.

Популярный в Японии игровой робот Omnibot: предыстория

Читатели 3DNews хорошо знакомы с устройством под названием Omnibot . А вот о его прародителе, ставшем одним из самых компактных роботов своего времени — Omnibot 2000, — известно гораздо меньше. Выпущен необычный аппарат был в 1984 году, а представлял он, как и сегодня, сверхтехнологичную и передовую автономную модель на рынке самых необычных игрушек того времени.

Omnibot 2000 имел возможность дистанционного управления, однако разработчики предусмотрели и полностью самостоятельное перемещение своего детища по заранее установленному маршруту. Все необходимые для запрограммированного движения данные записывались на кассету, а робота можно было использовать в качестве официанта для доставки еды и напитков на большой вечеринке.

SynPet Newton: одомашненный вариант «звёздного» R2D2

Если вам пришёлся по душе милый и издающий необычные звуки робот R2D2 из саги Джорджа Лукаса (George Lucas) «Звёздные войны», то вам будет интересно узнать, что в промежуток с конца 80-х по начало 90-х годов в продаже находился его коммерческий аналог — SynPet Newton. Конечно, данный робот высотой примерно 86 см нельзя назвать точной копией легендарного R2D2, однако сходство в дизайне, как говорится, «налицо».

SynPet Newton мог свободно перемещаться по квартире, мог похвастаться голосовым управлением и помогал справиться с домашними делами. За его работоспособность отвечал 16-битный микропроцессорный чип, а также широкий набор датчиков для полностью автономного передвижения в соответствии с выбранным режимом. При этом SynPet Newton мог общаться с жильцами, используя специальный синтезатор голоса, а также обеспечивать связь своего владельца с внешним миром при помощи встроенного беспроводного телефона и модема.

Правда, SynPet Newton могли себе позволить лишь самые обеспеченные американцы, ведь цена на «умную машину» составляла баснословные $8000.

Венец эволюции человекоподобных роботов от инженеров Honda

Пожалуй, самым известным на сегодня роботом-гуманоидом является устройство компании Honda, проходящее под названием ASIMO . Около десяти лет понадобилось инженерам японской компании, чтобы в конечном итоге довести параметры прототипа до текущего предела в виде сочетания высокой скорости перемещения, необычайной ловкости и продвинутого взаимодействия с людьми.

ASIMO способен приветливо встречать гостей рукопожатием и подносить напитки не хуже, чем это бы делал настоящий официант.

iRobot Roomba: ответственный за чистоту в вашем доме

Роботы-пылесосы не успели стать распространённым гаджетом в домах простых пользователей из-за их высокой стоимости. Однако некоторые модели всё же имели коммерческий успех и прижились в квартирах своих владельцев, как это сделал один из первых домашних механизированных уборщиков — iRobot Roomba. Основной задачей устройства, которое появилось на рынке 12 лет назад, является качественная, а главное — полностью автономная чистка самых сложных типов напольного покрытия.

Робот-гуманоид Reem: и грузчик, и информационный центр

Вам часто доводилось передвигаться по зданию вокзала или аэропорта с громоздким и тяжёлым багажом, а заодно пытаться разузнать необходимые для посадки на рейс сведения? Похоже, что данная проблема в Испании, где обосновалась фирма PAL Robotics, сподвигла команду из четырёх инженеров заняться разработкой робота-носильщика Reem-A.

Прежде разработчики уже имели опыт конструирования человекоподобных машин, берущих на себя роль обслуживающего персонала. Это позволило в 2012 году представить коммерческий образец Reem с функцией телеуправления, который не только способен перевозить на себе грузы, но и выступить в качестве информационно-справочного киоска.

Впоследствии устройство было модернизировано до версии REEM-C — ему вернули обе ноги, как это было предусмотрено в модификациях с индексом «А» и «B».

Ваш личный роботизированный бармен за $2700

Если отбросить процедуры, которые требуют перемещения в пространстве, подъём грузов и сложные механические манипуляции, то для чего могло бы пригодиться небольшое стационарное роботизированное устройство? Конечно для приготовления разнообразных коктейлей. Робот Monsieur стал примером искусного автоматизированного бармена, который не только приготовит вам любимый напиток, но и радостно поприветствует своего владельца по возвращению домой. Для этого в конструкторами была предусмотрена функция определения вашего пребывания в квартире с помощью приложения для мобильного устройства, обеспечивающего синхронизацию с Monsieur и управление аппаратом по Bluetooth и Wi-Fi.

Система способна не только выполнять заказы на коктейли дистанционно со смартфона или планшета, но и предлагать вам двойные порции напитков в случае, если вы задержались на работе и у вас был очень напряжённый день.

Главной же особенностью 23-кг ящика с сенсорным дисплеем стало количество коктейлей, которые он способен приготовить гостям на вашей вечеринке. Аппарат включает в себя 12 тематических вариаций — «безалкогольная вечеринка», «спортивный бар», «ирландский паб» и другие, в каждой из которых насчитывается порядка 25 рецептов различных напитков.

Реализация проекта роботизированного бармена стала возможной благодаря краудфандинговой платформе Kickstarter, на которой стартап Monsieur собрал пожертвований на общую сумму $140 тыс.

Стартап JIBO: если вам одиноко и не с кем поговорить

Робот JIBO, который понравился посетителям площадки Indiegogo, что принесло создателям устройства свыше $2 млн, станет персональным сочувствующим собеседником, вежливым, покорным и подбадривающим слушателем независимо от вашего текущего эмоционального состояния.

Так называемая социальная модель поведения, характерная для JIBO, в совокупности с продвинутой аппаратной и программной составляющей позволит устройству найти индивидуальный подход при общении с каждым членом семьи. Устройство способно самостоятельно идентифицировать собеседника, а также уловить его настроение, чтобы выбрать наиболее подходящий в сложившейся ситуации алгоритм поведения.

JIBO, обладая беспроводным доступом в Сеть, по голосовому запросу найдёт рецепты различных блюд на грядущий ужин, проинформирует о новом письме на вашей электронной почте, поможет с покупками, а также уместно пошутит, развлечёт весёлой историей и скрасит пасмурный вечер хорошей музыкальной композиции.

Обзавестись необычным роботизированным другом сможет практически любой желающий, ведь цена на JIBO составляет всего $500.

Роботы на страже порядка

Отличным способом применения роботизированных устройств стало выполнение ими охранных функций. И ведь действительно: тепловизоры, датчики движения, лазерный дальномер, всевозможные камеры и «умные» системы в теории способны значительно раньше обнаружить нарушителя, заподозрить неладное и сообщить об угрозе или уже состоявшемся проникновении на охраняемую территорию, чем это сделал бы даже опытный человек.

И если детище специалистов из Knightscope предназначено для пассивного наблюдения и отправки сигнала тревоги на диспетчерский пульт, то, к примеру, робот-охранник PatrolBot Mark II готов самостоятельно противодействовать нарушителю. Для этого на его колёсной платформе установлен клаксон на 100 дБ и водный пистолет, с помощью которого оператор может подмочить в прямом смысле этого слова репутацию и одежду нарушителя.

В современном мире человеку часто помогают различные механизмы и машины.

Машина - это устройство, которое выполняет определенные действия с целью облегчения физического и умственного труда человека. Например, автомобиль является транспортной машиной, станок для обработки каких-либо заготовок - технологической машиной.

Примером бытовых машин служит пылесос, стиральная машина, холодильник. Сельскохозяйственные машины (трактор, комбайн и др.) помогают человеку в уборке урожая. Компьютер для человека - информационная и вычислительная машина.

В конструкцию машины входит много, различных механизмов. Механизм - это устройство для преобразования одного вида движения в другой. В качестве примера рассмотрим винтовой механизм , применяемый в переднем и заднем зажимах столярного верстака (рис. 52).

В винтовом механизме вращательное движение рукоятки 2 преобразуется в прямолинейное движение ходового винта 1 вместе с прижимным бруском 3 (рис. 52, а). На рисунке 52, б показана кинематическая схема винтового механизма.

Кинематическая схема - это условное обозначение различных передач и деталей, входящих в эту передачу.

Механизмы и машины состоят из множества различных деталей, например, в автомобиле их больше 15 тысяч, а в самолёте – больше миллиона. Некоторые детали применяются почти во всех машинах (болты, гайки, шайбы и др.). Они называются деталями общего назначения. Другие детали, например корпуса машин, станины станков, являются деталями специального назначения. В таблице 3 показаны некоторые типовые детали машин.

Детали механизмов связаны одна с другой различными способами. Если они не могут перемещаться относительно друг друга, то такая связь называется неподвижной . Неподвижными являются соединения деталей с помощью винтов и гаек (резьбовые соединения), с помощью сварки и др.

Если детали могут перемещаться одна относительно другой, то такая связь между деталями называется подвижной . Разно­видность подвижной связи - шарнирное соединение (табл. 4 ).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Ознакомление с устройством различных механизмов

1. Осмотрите винтовой механизм переднего зажима столярного верстака. Разберитесь, каким образом вращательное движение рукоятки преобразуется в прямолинейное движение прижимного бруска.

2. Рассмотрите зубчатый механизм дрели и определите, для какой цели он служит.

Новые термины: Машина , механизм , винтовой механизм , кинематическая схема , детали общего и специального назначения , связи подвижные и неподвижные .

Вопросы и задания

1. Что называют машиной?

2. Что называют механизмом?

3. Какие машины вы знаете?

4. Назовите типовые детали машин.

5. Где применяются винтовые механизмы и как они работают?

Промышленная революция XVII–XIX вв. совпала с периодом социальных буржуазных революций в мире (1640 г. – Англия, 1775 г. – США, 1789 г. – Франция, 1848 г. – Германия, 1861 г. – Россия) и состояла из трех этапов:

1. Появление рабочих машин в текстильном производстве (ручной ткацкий станок с «самолетным» челноком Кея (1733 г.), прядильная машина Пауля (1785 г.), прялка “Дженни” Харгривса (1764 г.), первый механический ткацкий станок Картрайта (1785 г.), ткацкий станок с программным управлением Жаккара (1800 г.)).

2. Изобретение, развитие и внедрение универсального теплового двигателя (паровая машина Джеймса Уатта с 1764 г.)

3. Создание рабочих машин для производства машин, зарождение машиностроения (изобретение: суппорта, резцедержателя, копировальных и кулачковых систем автоматического управления).

До середины XVIII в. техника изготовления машин даже в развитых странах была в основном ручной, унаследованной еще от ремесленного и мануфактурного производства. Поэтому машин производилось мало (в единичном исполнении или мелкими партиями), правда неплохого качества, но по дорогой цене и с большими затратами времени. Материалообрабатывающее оборудование было очень примитивно и малопроизводительно, оно позволяло только механизировать ручной труд мастеров (рис.16).

Рис.16. Схема токарного станка с ножным приводом и ручной подачей резца

Механики и ремесленники того времени задумывались над идеей освободить руку человека от непосредственной реализации энергетического и материального потоков. Одновременно решались и вопросы автоматического управления (т.е. реализация информационного потока). Исторически первыми появились автоматы с программоносителями в виде кулачков и копиров.

Кулачок использовался для приведения в движение рабочих органов машин-автоматов, причем они обеспечивали движение рабочих органов, согласованное в пространстве и времени в соответствии с требуемой последовательностью, задаваемой циклограммой работы машины-автомата. Именно от кулачков и упоров работали все механические автоматы. Задающая информация закладывалась в профиле кулачков. Кулачковые системы одновременно выполняют две функции: силового (исполнительного) механизма и устройства управления. Управление движением перемещаемого органа осуществляется по закону, заложенному в профиле кулачка и воспринимаемом толкателем (рис.17). Благодаря жесткой связи между кулачком и толкателем в механических кулачковых системах возможно осуществление движения по любому закону. Закон движения выбирается в зависимости от требований технологического процесса.

Рис.18. Схема токарно-копировального суппорта А. К. Нартова

Однако техника того времени не была готова воспринять эти идеи, да и двигателей необходимой мощности еще не было (движение от водяного колеса было трудно передавать по относительно мелким станкам).

Только в 1794 г. английский механик Генри Модсли (1771–1831) изобрел крестовый суппорт , который оказал революционное воздействие на все машиностроение (рис.19). Рука человека оказалась освобожденной от реализации энергетического потока, многократно повысилось качество обрабатываемых деталей (их чистота и точность). С появлением крестового суппорта стали совершенствоваться все металообрабатывающие станки, применяемые для изготовления машин.

Рис.19. Схема крестового суппорта Генри Модсли

Генри Модсли стал собственником крупного машиностроительного предприятия, на котором в основном изготавливались детали для паровых машин Д. Уатта. На его заводе впервые была применена машинная система производства в форме соединения трансмиссиями большого числа рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Сам Генри Модсли, будучи обеспеченным человеком, всю жизнь работал наравне с рабочими и учениками, он воспитал много талантливых машиностроителей, дав им техническое образование.

Одновременно с совершенствованием механики станков разрабатывались и принципы автоматического управления технологическими машинами. Так одним из первых был реализован в станках принцип копирования – это механизированное изготовление ряда одинаковых изделий путем копирования заданного эталонного образца. Копиры и кулачки стали основной частью во многих технологических автоматах, где подачи осуществлялись от различных кулачков. Однако прямое (механическое) копирование имело ряд существенных недостатков:

– усилия, необходимые для управления (информационный поток), оказываются равными рабочему усилию (энергетический поток): как следствие этого – износ кулачков, копиров, щупов и потеря необходимой точности изготовляемых деталей;

– сложность изготовления копиров и шаблонов (они должны быть на порядок точнее обрабатываемых по ним деталей);

– низкая дистанционность копировальных и кулачковых механических СУ;

– сложность смены программы (т. е. низкая гибкость и универсальность), которая в данном случае сводилась к смене копиров или кулачков.

В дальнейшем методы копирования были значительно развиты и усовершенствованы. В 1890 г. итальянец Бонтемпи применил для копировального станка схему с гидравлическим управлением. Он использовал принцип серво-действия (усиления) , который нашел самое широкое применение для целей управления и автоматизации, а специальные усилители мощности (обязательная часть сервопривода) – электронные, электромеханические, гидравлические, механические – можно встретить в любой современной машине-автомате. В 1923 г. появился копировальный станок Келлера, в котором силовое копирование было впервые заменено управлением с помощью электропривода. Программа формы будущего изделия задавалась, однако, как и раньше аналоговым методом, с помощью копира, который представлял собой точную копию формы готового изделия, но усилие на копир было существенно снижено.

Другой принцип, реализованный в копировальной САУ, – это принцип слежения , сущность которого состоит в том, что исполнительный орган (инструмент) в точности повторял движение управляющего органа (щупа), не будучи с ним непосредственно связанным. Этот принцип также нашел широкое применение в технике. В 1935 г. в СССР был предложен фотокопировальный станок, для которого копиром (образцом) служил уже чертеж детали. Система управления станка была снабжена фотосчитывающим устройством, которое двигалось вдоль линии чертежа.

Первый станок с ЧПУ появился в 1952 г. Однако и электроприводное копирование, и фотокопирование несколько опередили свое время и, несмотря на перспективность, не получили широкого применения.

Наибольшее промышленное распространение получили гидрокопировальные станки, в которых программа движения (траектория) считывалась с копира, а силовое воздействие осуществлял гидропривод. На копир воздействовал щуп с небольшим усилием, что исключало износ копира. Щуп в таких устройствах соединяется с золотником-гидрораспределителем (рис.20).

В гидрокопировальных системах относительные перемещения щупа (Vслед.) вызывают перемещение управляющего золотника, который переключает направление потоков масла. Щуп, контактирующий с копиром, может быть соединен с золотником различным образом: механически, гидравлически или электрически.

Рис.20. Гидрокопировальный фрезерный станок