Механическая рука - Mechanical arm

А механическая рука это машина который имитирует действие человеческой руки. Механические рычаги состоят из нескольких балки связаны петли питаться от приводы. Один конец руки прикреплен к твердому основанию, а другой конец имеет орудие труда. Они могут контролироваться людьми либо напрямую, либо на расстоянии. Механическая рука с компьютерным управлением называется роботизированная рука. 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 объект и переносить объект так же, как человеческая рука, его можно классифицировать как механическую руку.[2]

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

Амбруаз Паре: протезирование механической руки (опубликовано: 1564 г.)

История

Роботизированное оружие

Исследователи классифицировали роботизированная рука показывая его промышленное применение, медицинское применение и технологии и т. д. Впервые он был представлен в конце 1930-х годов Уильямом Поллардом и Гарольдом А. Розлендом, где они разработали опрыскиватель с пятью степенями свободы и электрической системой управления. Полларда называли «первым аппаратом управления положением». Уильям Поллард никогда не проектировал и не строил свою руку, но она стала базой для других изобретателей в будущем.[3]

В 1961 году компания Unimate изобрела другие роботизированные манипуляторы, эволюционировав в руку PUMA. В 1963 году была разработана рука Rancho, а также многие другие, которые появятся в будущем. Несмотря на то, что Джозеф Энгельбергер продавал Unimate, Джордж Девол изобрел роботизированную руку. Он сосредоточился на использовании Unimate для задач, которые вредны для человека. В 1959 году прототип Unimate весом 2700 фунтов был установлен в General Motors. литье под давлением завод в Трентоне, Нью-Джерси. Серия Unimate 1900 стала самой первой роботизированной рукой для литье под давлением. За очень короткий период времени было произведено не менее 450 используемых роботов-манипуляторов. Он по-прежнему остается одним из самых значительных достижений за последние сто лет. Шли годы, казалось, что технологии развиваются, помогая создавать лучшие роботизированные руки. Роботы-манипуляторы изобрели не только компании, но и колледжи. В 1969 году Виктор Шейнман из Стэнфордского университета изобрел Стэнфордский рычаг, у которого были руки с электронным питанием, которые могли перемещаться по шести осям. Марвин Мински из Массачусетского технологического института построил роботизированный манипулятор для офиса военно-морских исследований, возможно, для подводных исследований. Эта рука имела двенадцать суставов с одной степенью свободы в этой электрогидравлической руке с высокой маневренностью. Изначально роботы создавались для выполнения ряда задач, которые люди считали скучными, вредными и утомительными.[3][4][5]

Протезирование

До современной эры

Реплика протеза руки. Оригинал, вероятно, датируется периодом между 1550 и 1600 годами.

История протезирования конечностей принадлежит таким великим изобретателям. Первые и самые ранние функционирующие части тела в мире - это два пальца из Древнего Египта. Благодаря своей уникальной функциональности эти пальцы стопы являются примером настоящего протезного устройства. Эти пальцы ног несут не менее сорока процентов веса тела. Большинство протезов конечностей будет произведено 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 вместе с императором Священной Римской империи Карлом V, был ранен во время войны. Несмотря на то, что протезы были дорогими, эта конкретная конечность была изготовлена ​​специалистом по броне. Солдатам разрешили продолжить карьеру из-за протезирования. Пальцы могли ухватиться за щит, поводья лошадей и даже перо при составлении важного документа.[6]

Современная эра

Искусственная левая рука, Лондон, Англия Wellcome.

Со временем дизайн конечностей стал уделять особое внимание специализации людей. Например, пианисту потребуется другой тип механической руки, чем другим. Их конечности будут широко расставлены, а средний и безымянный пальцы будут меньше, чем обычно. Кроме того, конструкция руки с мягкими наконечниками на большом и мизинском пальцах позволит пианисту охватить серию нот, играя на своем инструменте.[6]

Технология протезирования 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 не изменился на протяжении последнего столетия. Люди с таким протезом будут заниматься повседневными делами, такими как водить машину, есть пищу и многое другое.[6]

Оружие для автомобилестроения

6-осевые шарнирно-сочлененные роботы

Без механической руки производство автомобилей было бы чрезвычайно трудным. Впервые эта проблема была решена в 1962 году, когда первая механическая рука была использована на заводе General Motors. Используя эту механическую руку, также известную как промышленный робот, инженеры смогли решить сложные сварочные задачи. Кроме того, снятие литья под давлением было еще одним важным шагом в улучшении возможностей механической руки. С помощью такой технологии инженеры смогли легко удалить ненужный металл под полостями формы. В связи с этим сварка стала становиться все более популярной для механических рычагов.[5]

В 1979 году компания Nachi усовершенствовала первого робота с моторным приводом, который точечная сварка. Точечная сварка - очень важный процесс, используемый при создании автомобилей для соединения отдельных поверхностей вместе. Вскоре механические руки стали передаваться другим автомобильным компаниям.[7]

В связи с постоянным совершенствованием, Национальный университет Сингапура (NUS) решил сделать еще один шаг вперед, изобретя механическую руку, которая может поднимать вес в 80 раз больше его первоначального. Эта рука не только увеличила подъемную силу, но и увеличила длину руки в пять раз. Эти достижения были впервые представлены в 2012 году, и автомобильные компании могут извлечь большую пользу из этих новых научных знаний.[7]

Хирургические руки

Робот для лапроскопической хирургии (2006)

Хирургические руки были впервые использованы в 1985 году, когда была проведена нейрохирургическая биопсия. Хотя в 1985 году впервые операция была проведена с использованием механической руки, ученые веками работали над созданием хирургической руки. В 1495 году Леонардо да Винчи сконструировал сложную роботизированную руку, которая проложила путь для хирургических рук будущего.[8]

В 1990 г. FDA разрешили проводить эндоскопические хирургические процедуры с помощью системы автоматизированного заместителя врача (AESOP). Это было не единственное улучшение. FDA сделал, однако. В то время ЭЗОП Система была больше похожа на компьютерную систему движения, первая хирургическая система появилась в 2000 году. В 2000 году открытия Леонардо да Винчи привели к тому, что «Хирургическая система Да Винчи» стала первой роботизированной хирургической системой, одобренной FDA (Моран). На создание сложной хирургической руки Да Винчи и его творчество ушло более 500 лет.[8]

Типы

Протезы рук

Протезирование может показаться не механической рукой, но это так. В нем используются петли и жгут проводов, позволяющие недееспособному существу выполнять повседневные функции. Они начали создавать руки, которые принимают структуру человеческой руки, и хотя они выглядят как скелетные металлические руки, они движутся как обычные рука и кисть. Эта рука была изготовлена ​​Университетом Джона Хопкинса в 2015 году. Она имеет 26 суставов (намного больше, чем у старых устаревших рук) и способна поднимать до 45 фунтов. Эта рука имеет 100 датчиков, которые подключаются к человеческому разуму. Эти датчики позволяют человеку, у которого есть рука, перемещать руку, как будто это просто другая часть его или ее тела. Люди, которые использовали этот новый протез, могут сказать, что они действительно смогли почувствовать текстуру, что в конечном итоге сделало протезирование огромной частью категории механических рук.[7]

Ровер оружие

Три поколения марсоходов

В космосе, НАСА использовал механическую руку для новых планетарных открытий. Одно из этих открытий произошло в результате отправки марсохода на другую планету и сбора образцов с этой планеты. С ровером, НАСА может просто держать марсоход на назначенной ему планете и исследовать все, что они хотят. К кораблям также прикреплены механические рычаги, которые действуют как спутниковые станции в атмосфере Земли, потому что они помогают захватывать обломки, которые могут вызвать повреждение других спутников. И не только это, они также обеспечивают безопасность космонавтов, когда им приходится ремонтировать корабль или спутник. Теперь космос - не то место, где есть вездеход с механическими рычагами. Даже группа спецназа и другие спецподразделения используют эти вездеходы, чтобы заходить в здания или небезопасную зону, чтобы обезвредить бомбу, установить бомбу или отремонтировать автомобили.[9]

Повседневные механические руки

Каждый день человек может использовать механическую руку. Многие механические руки используются для самых обычных вещей, например, для захвата недоступных объектов с помощью клещей. Простая система из 3 суставов сжимает и отпускает движение, заставляя клещи смыкаться и, наконец, захватывать желаемый объект. Даже объекты, которые могут показаться очень упрощенными, например, пинцет, можно отнести к механической руке. Этот простой объект используется миллионы раз в день благодаря помощи инженера, создающего простой, но отличный дизайн.[10]

Модификации и улучшения

Мышечная ткань для механических рук

Национальный университет Сингапура начал производство искусственной мышечной ткани, которую можно поместить в механические руки, чтобы люди могли поднимать тяжелые грузы. Эта искусственная ткань может поднимать вес в 500 раз больше собственного веса. В зависимости от того, сколько тканевых инженеров помещают в механическую руку, тем большую подъемную силу имеет рука. Обычный взрослый человек весит от 160 до 180 фунтов. Теперь человек с таким весом может поднять объект весом около 80 000 фунтов. Это сделало бы строительные площадки намного безопаснее, если бы вы могли просто подняться со строительными материалами вместо использования крана, который может обрушиться из-за суровой погоды. Скоро строительная техника может уйти в прошлое.[11]

Сенсорные механические рычаги

Новые механические руки, используемые для протезирования, начинают оснащаться датчиками, которые с помощью чипа, прикрепленного к спинному мозгу, позволяют человеку перемещать руку. 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 могло быть опасно и хорошо. Это может представлять опасность для человека, потому что при сильном давлении человек с протезом может испытать сильную боль. Помимо фактического восстановления осязания, можно было также ощутить большее осознание приближающейся опасности.[12][13]

Реалистичные механические руки

Реалистичные механические руки, наряду с обычными человеческими руками, настолько похожи, что их может быть трудно различить. Причина этого в том, что спрей, который наносит покрытие на протез, придает руке естественный вид. Эта футуристическая фантазия становится все более реальностью. Ученые даже начинают создавать искусственные кожи рукавного типа, чтобы протез руки выглядел как нормальная рука. Это позволит людям с протезами не стесняться своей роботизированной руки.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Что такое машиностроение?". Машиностроение. Колумбийский университет. Получено 13 февраля 2017.
  2. ^ а б Харрис, Том (2002). «Как работают роботы». HowStuffWorks Наука. Как это работает. Получено 13 февраля 2017.
  3. ^ а б Хеффернан, Джейкоб. «История роботизированной руки». Основной проект IPT. Weebly. Получено 13 февраля 2017.
  4. ^ а б Шейнман, Виктор. «Роботы и их оружие». Stanford.edu. Получено 13 февраля 2017.
  5. ^ а б «Unimate - первый промышленный робот». Робототехника онлайн. Получено 13 февраля 2017.
  6. ^ а б c Парк, Уильям (2015). "BBC - Future - Гении, которые изобрели протезы конечностей". Новости BBC. BBC. Получено 13 февраля 2017.
  7. ^ а б c «Робототехника прежде всего: команда инженеров создает искусственные мышцы, которые могут поднимать нагрузки в 80 раз больше их веса». Phys.org. 2013. Получено 13 февраля 2017.
  8. ^ а б Самади, Дэвид. «История и будущее роботизированной хирургии». Роботизированная онкология. Получено 13 февраля 2017.
  9. ^ Мэй, Сандра (2015). «Роботизированная рука». НАСА. НАСА. Получено 1 марта 2017.
  10. ^ Моран, Майкл Э. (2007). «Эволюция роботизированного оружия». Журнал роботизированной хирургии. 1 (2): 103–111. Дои:10.1007 / s11701-006-0002-x. ЧВК  4247431. PMID  25484945.
  11. ^ Мерфи, Майк (2015). «Этот управляемый разумом протез-робот-рука позволяет вам на самом деле чувствовать то, к чему он прикасается». Кварцевый. Кварцевый. Получено 13 февраля 2017.
  12. ^ «Протезы конечностей, управляемые мыслью». Нью-Йорк Таймс. Нью-Йорк Таймс. 2015 г.. Получено 13 февраля 2017.
  13. ^ Регаладо, Антонио (2014). «Мысленный эксперимент». Обзор технологий MIT. Технология MIT. Получено 13 февраля 2017.