Вадим мацкевич занимательная анатомия роботов icon

Вадим мацкевич занимательная анатомия роботов


Смотрите также:
Дипломная работа студента...
Мацкевич В. В. Солдат империи. ...
Лекция Хирургическая анатомия груди. Ранения груди. Хирургическая анатомия сердца...
Темы конференции: Архитектура роботов...
Робототехнический и кибернетический бум в конце прошлого столетия полностью изменил мышление и...
«История роботов, написанная роботом.»...
Егоров И. В., Лавров А. В, Мусатов В. Ю., Пчелинцева С. В...
Лекции : Йога Влюблённости. Вопросы-ответы. Вадим Запорожцев. Часть 5-я...
Анализ и обобщение опыта и тенденций создания промышлен­ных роботов в отечественной и зарубежной...
Программа дистанционного курса по английскому языку «Занимательная грамматика»...
Работа была представлена на конференции “Экстремальная робототехника ”( 15-17 апреля, 2003 г....
Активная экзоскелетная система и начало разития человекоподобных роботов...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5
скачать
ВАДИМ МАЦКЕВИЧ


ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ РОБОТОВ


Издательство «Радио и связь», 1988


ВВЕДЕНИЕ.

РОБОТЫ — ПОМОЩ­НИКИ ЧЕЛОВЕКА


Как только не называют нынеш­нее столетие — «атомный век», «космический век», «век электроники». С не меньшим основанием можно на­звать его веком роботов. Еще совсем недавно эти устройства существовали лишь на страницах научно — фантастических книг. Сегодня на многих наших пред­приятиях роботы активно помогают человеку в его не­легком труде.

В СССР создана новая отрасль машиностроения — промышленная робототехника. На предприятиях страны сейчас действуют тысячи роботов, а уже к кон­цу 1987 года их количество вырастет до десятков ты­сяч. Партия и правительство уделяют огромное вни­мание созданию роботов и их внедрению в производ­ство. Почему это так важно? Дело в том, что роботы освобождают людей от монотонного неинтересного труда, принимая его на свои железные плечи.

Но облегчение труда людей — не единственная «за­слуга» роботов. Применение роботов увеличивает про­изводительность труда в 2 — 3 раза. Внедрение одного робота способно дать экономический эффект от 8 до 12 тыс. рублей в год.

Важным фактором развития нашего социалистиче­ского государства является максимальное использова­ние достижений науки и техники. Научно — техническая революция и социальный прогресс играют все боль­шую роль в повседневной жизни миллионов советских людей. Постоянно совершенствуются техника и про­изводство. Сейчас широкое применение промыш­ленных роботов поставлено на первое место среди ак­туальных народнохозяйственных проблем, связанных с внедрением достижений науки в практику. Решение этой грандиозной задачи идет полным ходом. Роботы уже «зачислены в штат» московских заводов ЗИЛ и «Динамо», они работают на Западно — Сибирском ме­таллургическом заводе, Петродворцовом часовом заводе, на многих предприятиях приборостроения и электронной техники.

В недалеком будущем будут созданы целые за­воды, где на всех работах, начиная от проектирования и планирования производства и кончая упаковкой го­товой продукции, будут заняты роботы. Кстати, такие автоматизированные производства становятся фактом сегодняшнего дня: уже выдают продукцию полностью автоматизированные цехи — например, на Днепропе­тровском электровозостроительном заводе.

Что же, кроме облегчения условий труда, приобре­тет человек, переложив часть своих обязанностей на плечи роботов? Очень многое. Прежде всего примене­ние современных автоматических манипуляторов, в полном смысле слова «думающих», «самообучаю­щихся» машин, дает возможность быстро перестраи­вать производство на выпуск новой продукции.

Использование роботов открывает перспективы со­здания принципиально новых технологических процес­сов, в которых невозможно непосредственное участие человека. Например, человек при стоградусной жаре или, скажем, в условиях сильной радиации работать не может, а робот — пожалуйста.

Комплексное применение промышленных роботов уже сегодня позволяет повысить производительность труда в 1,5 — 2 раза, почти в 2 раза — сменность работы оборудования и, между прочим, существенно улучшает общую культуру производства.

И наконец — фактор социальный. Роботы возьмут на себя практически весь неквалифицированный труд. Они заменят человека на тяжелой, опасной, монотон­ной, малоинтересной работе, а человек, став квалифи­цированным оператором, будет ими управлять, обу­чать их и настраивать.

Роботу не требуется жилье, столовая, транспорт, чтобы добраться до работы, он не простужается, не уходит в отпуск... Словом, очень многое, что необхо­димо человеку, роботу не нужно. Ему нужен человек, хорошо его знающий и умеющий им управлять. Мо­лодой отрасли производства необходимы молодые ру­ки. Не случайно XIX съезд ВЛКСМ в своей резолюции записал слова о шефстве комсомола над созданием робототехники.

Нужны грамотные, высококвалифицированные ин­женеры, техники, рабочие. Нужен качественно новый уровень подготовки операторов. Сейчас специалистов по робототехнике начали готовить в очень многих тех­нических вузах страны.

Роботы все увереннее входят в нашу жизнь. К встрече с ними нужно готовиться, нужно научиться ими пользоваться. Они — уже реальность, но очень ча­сто в них воплощаются новые, фантастические идеи. И естественно, мы не можем не интересоваться таки­ми машинами независимо от того, какую профессию намерены избрать в будущем.

Пытливый ум ищет ответы на десятки вопросов при встрече с любой машиной, будь то простые часы — ходики или мощная ракета. Роботы же вызывают особый интерес. Как они устроены? Как работают? Действительно ли они способны заменять человека? Можно ли своими руками построить робот или хотя бы его модель? Последний вопрос особенно волнует юных любителей техники, пытливых и любозна­тельных энтузиастов, тех, кто сам с увлечением изо­бретает, конструирует, собирает.

Кажется, где уж разобраться и справиться со всеми сложностями школьнику, не имеющему еще даже за­конченного среднего образования! Но чем раньше на­ши будущие конструкторы «разумных» машин овла­деют азбукой роботостроения на самых простейших моделях, тем больше они сделают в будущем. Жизнь показывает, что создание многих элементов роботов и их моделей вполне доступно школьникам.

Немало юных энтузиастов в разных концах нашей страны уже занимаются этим интересным делом. По­мочь им — наша задача.

Подробнее о том, что такое роботы, как и где они используются, можно узнать из многих книг об этих разумных машинах. Их написано немало, и некоторые из них указаны в списке литературы, приведенном в конце этой книжки.

В.И. Ленин говорил: «Нужно всюду больше вво­дить машин, переходить к применению машинной тех­ники возможно шире».

Сбываются мечты великого вождя трудящихся! Ро­боты быстро проникают во все сферы повседневной деятельности: транспорт, сельское хозяйство, медици­ну, многие области науки. Очень скоро они придут и в наш быт, в наш дом. Чтобы сделать их своими друзьями, нужно знать их.


^ 1. «ЖИВЫЕ» МАШИНЫ НАСТУПАЮТ


«Робот» — так назвал чешский пи­сатель Карел Чапек в 1920 году придуманное им чело­векоподобное существо, персонаж пьесы «RUR» («Рос-сумские универсальные роботы»). Один из героев пьесы, генеральный директор компании «РУР», отве­чая на вопрос, что такое роботы, говорит: «Роботы — это не люди ... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души». Так впервые появилось новое понятие «ро­бот», которое вскоре из фантастической литературы перешло в науку и технику. В пьесе «РУР» роботы, первоначально созданные для замены людей на заво­дах, вскоре вышли из — под контроля людей и при­нялись уничтожать своих создателей. Так К. Чапек ил­люстрирует мысль о том, что техника может при­носить человечеству пользу, только находясь в честных, добрых руках.

Дискуссии вокруг робота и его искусственного ин­теллекта, показывают, что люди понимают опасность, которую таят в себе роботы, служащие силам зла. Передовые ученые и инженеры учитывают это в своей работе.

Идея создания механических человекоподобных су­ществ имеет весьма почтенный возраст. В одном из древнегреческих мифов говорится о страже царя острова Крит Миноса — медном великане Талосе, со­зданном по образу и подобию человека. Известен ан­тичный миф о Пигмалионе, изваявшем статую и ожи­вившем ее. Вспомните средневековые мечты о гомун­кулу се — искусственном человеке, сказания о глиняном великане Големе..

В начале прошлого века писательница Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн». В романе Виктор Франкенштейн, гениальный ученый, создал из неживой материи живое существо, подобное человеку Чудови­ще, поначалу желавшее людям добра, вышло из повиновения, и жестокий бесчеловечный мир сделал его преступником.

Фантастические образы и идеи К. Чапека во многом предвосхитили создание универсального авто­мата, снабженного механической рукой, который полу­чил броское название «промышленный робот».

В Советском Союзе робототехника зародилась в 50-х годах нынешнего столетия. В ту пору в нашей стране началась разработка промышленных роботов или, как их часто называют, автоматических манипу­ляторов. Роботов конструируют и в научных органи­зациях, и в школьных технических кружках. Первый советский робот «В2М» (рис. 1) был создан в 1936 го­ду автором этой книги. В 1937 году этот робот стал экспонатом Всемирной выставки в Париже.

Конечно, это было только начало. За последующие десятилетия советские роботостроители создали нема­ло интересных моделей, получивших высокую оценку. Упомянем о некоторых конструкциях.



^ Рис 1 Первый советский робот.

Рис 2 Робот — гигант выполнен ный на «В2М» С ЮТ г Щегково Московской обмети

На станции юных техников (СЮТ) г. Щелково Мо­сковской области в 1969 году ребята создали киберне­тический робот — гигант (рис. 2), успешно экспонировав­шийся на Всемирной выставке «ЭКСПО — 70» в Японии.

Робот — секретарь, разработанный в Калуге, по за­данной программе включает и выключает освещение, поддерживает постоянную температуру в квартире. В указанное время он включает приемник или телеви­зор. Утром будит хозяина, включая магнитофон с за­писью текста утренней гимнастики. Когда хозяина нет дома, робот отвечает на телефонные звонки, а если надо — записывает сообщение на магнитофонную лен­ту.

О конструкции этих роботов и многих других лю­бительских моделей пойдет речь впереди.


^ «МЕХАНИЧЕСКИЕ РУКИ»


История механических рук на­чинается с ... атомной физики. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью — свой­ством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в дру­гом, безопасном помещении. Можно сказать, что в этих копирующих манипу­ляторах была использована та же идея, что и в из­вестных всем куклах — марио­нетках (рис. 3). Оператор, работающий на манипуля­торе, рукой приводит в дви­жение управляющий меха­низм, звенья которого со­единены с соответствующи­ми звеньями исполнительно­го механизма, повторяюще­го все движения руки опера­тора.

При работе с радиоак­тивными веществами расстоянии от оператора до исполнительных рук манипулятора может доходить до десятков метров, при работах в подводном мире — до тысяч метров. При применении манипуляторов в кос­мическом пространстве это расстояние будет изме­ряться сотнями тысяч, миллионами километров... Надежное и точное управление на значительном рас­стоянии — вот первое требование, которое предъявляют к любой конструкции копирующего манипулятора. Первое, но не единственное.




Рис. 3. Кукла — марионетка



^ РОБОТ ТИПА «РУКА»


Каждый робот рассчитан на вы­полнение той или иной работы, которая и определяет его конструкцию, размеры, степень подвижности, чис­ло рук и пальцев на руке, грузоподъемность, точность движения и т.д. Независимо от того, стоит ли робот возле станков, передвигается между ними или ползает под потолком, у него всегда есть мощная механиче­ская рука с двумя или четырьмя пальцами. Роботы от­личаются один от другого общим видом, габаритами и техническими характеристиками, но у них есть и об­щие признаки. На рис. 4 изображена структурная схе­ма такого робота. Рукой управляет либо оператор с пульта, либо мозг робота — его ЦВМ (цифровая вы­числительная машина). В блоке памяти находится про­грамма действий робота, которую вводят в него или которую он приобретает во время обучения.

Общий блок управле­ния электрическими, гид­равлическими или пневма­тическими двигателями, расположенными в плече руки, предплечье, в кис­ти, состоит из цепей уп­равления движением ру­ки по каждой из коор­динатных осей. Сколько степеней свободы у ру­ки, столько и цепей уп­равления.

Робот — манипулятор, встав на рабочее место, согласовывает свою работу с обслуживаемым технологическим оборудованием. Движения руки точные, повороты строго рассчитаны во времени. Робот с оборудованием образует автома­тизированную ячейку. Из таких ячеек составляют ро­бототехнологические комплексы или линии. Одно из наиболее распространенных занятий роботов — манипу­ляторов — окраска изделий.





^ Рис. 4. Структурная схема робота.


Окрашивают обычно способом набрызгивания. Чтобы защититься от вредного действия распыляемой краски, приходится работать в специальной маске, а рабочую зону оборудовать специальными защитны­ми устройствами. Это сложно, дорого и все равно не­безвредно для человека. Если же окраску изделий по­ручить манипулятору, а управление им человеку, это оздоровит условия работы и повысит производитель­ность труда.

Процессы формовки кирпича обычно высокомеха­низированы. За формовкой следуют операции пропаривания, обжига, требующие перекладывания кирпича и складывания его в пирамиды определенной конфигу­рации. Эти операции также можно механизировать и автоматизировать, используя манипуляторы. Меха­ническая рука может брать одновременно 5-6 и более кирпичей, каждый из которых весит до 4 кг, и не боит­ся обжечься, даже если они только что из печи.

Стеклянные заготовки для телевизионного кинеско­па могут весить 10-15 кг. Сложный технологический процесс их изготовления требует многократной уста­новки, съема, погрузки. Сотни людей были заняты этой малопроизводительной работой, но им на смену пришли механические руки.

Эти несколько скупых примеров ясно свидетель­ствуют о том, как широко поле деятельности, откры­вающееся перед автоматическими манипуляторами в самых различных областях производства.


^ РОБОТЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ —

ОБУЧАЕМЫЕ МАНИПУ­ЛЯТОРЫ


Каждый промышленный робот — манипулятор состоит из двух основных частей: мани­пулятора и устройства управления. Первая отвечает за все необходимые движения, вторая — за управление ими. Описывая конструктивную компоновку робота для промышленности, трудно удержаться от сравнения его с «конструкцией» человека. Каждый промыш­ленный робот имеет мозг — блок управления и механи­ческую часть, включающую тело и руку. Тело робота — это, как правило, массивное основание или, как его называют, станина, а рука — многозвенный ры­чажный механизм — манипулятор. Чтобы рука могла совершать положенное ей многообразие движений, она имеет мышцы — привод. Задача мышц — преобра­зовывать сигналы блока управления в механические перемещения руки. Венчает механическую руку кисть или захватное устройство — схват.

Большинство промышленных роботов имеет одну руку, но существуют и роботы, обладающие двумя, тремя и более руками. Взглянув на руки промышлен­ного робота, почти любой человек, даже не обладаю­щий проницательностью Шерлока Холмса, сможет, не­много подумав, определить сферу «профессиональных интересов» робота. Вот клешни из трех крюков для круглых поковок, вот присоски, как у осьминога, для стеклянных листов, вот ковш для сыпучих материалов, и т.д. и т.п. Еще проще разобраться в обязанностях робота, если руки его снабжены специализированным инструментом: сверлом, краскораспылителем, гайко­вертом и др. Инструмент закреплен прямо на руке, а не в схвате, теперь уже ненужном.




^ Рис 5 «Мягкий схват» робота — мaнnулятора для работы с хрупкими cmeклянными изделиями


На выставке НТТМ — 82 можно было видеть роботы, искусно манипулирующие электролампами (рис. 5). Кроме прочих весьма привлекательных достоинств один из роботов имел хитроумный захват в виде рези­новых гофрированных хоботков. Когда в кисть по­давали воздух, хоботки, раздуваясь, изгибались и за­хватывали лампу за тонкостенную стеклянную колбу с деликатной осторожностью, но прочно. Массу не­жных присосок — пальцев используют для манипуляции мягкими изделиями, например шоколадными конфета­ми или диетическими яйцами.

Различают руки роботов и по размерам: есть эк­земпляры рук для работы с многотонными валами, а есть миниатюрнейшие щипчики — пинцетики для изде­лий микроэлектроники или часовых шестеренок. Неко­торые пальчики — усики манипулируют деталями, разли­чимыми лишь в микроскоп.


^ РОБОТЫ НА УКЛАДКЕ ГОТО­ВОЙ ПРОДУКЦИИ


На многих предприятиях готовая продукция сходит с конвейера упакованной в ящики массой до 20...30 кг.



Рис. 6. Робот фирмы «Ретаб» для уклад­ки ящиков.


1 конвейер готовой продукции 2 робот укладки 3 платформа транспортировки готовой продукции


Человеку приходится непрерывно снимать с ленты эти тяжелые ящики и укладывать их на платформы или в контейнеры для отправки потре­бителю. Так, например, человек снимает с конвейера и укладывает ящики с бутылками минеральной воды, молока или сока. Не очень-то приятный труд! А робо­ту такую работу только подавай. Очень удачного про­мышленного робота (рис. 6) для укладки ящиков в штабеля сложной конфигурации еще в 1970 году со­здала шведская фирма «Ретаб». Поскольку в этом слу­чае роботу приходится задумываться, куда класть оче­редной ящик, им управляет специальная электронная система с памятью большой емкости.


^ КОСМИЧЕСКИЕ РОБОТЫ


В 1822 году великий английский поэт Дж. Байрон писал в своей поэме «Дон Жуан»: «Уж скоро мы, природы властелины, и на Луну по­шлем свои машины»... Гениальное пророчество Дж. Байрона сбылось уже во второй половине XX ве­ка. Мы являемся очевидцами невиданного штурма космического пространства, в котором участвуют и роботы.




^ Рис 7 Робот «Луноход — 1»


Первым роботом — лунопроходцем стал телеупра­вляемый советский аппарат «Луноход — 1» (рис. 7). 17 ноября 1970 года автоматическая станция «Луна — 17» совершила мягкую посадку на поверхность Луны в районе Моря Дождей. «Луноход — 1», установленный на посадочной ступени этой станции, по команде с Земли съехал на поверхность Луны и приступил к выполнению программы исследований. Его экипаж жил и работал на Земле в привычных условиях и вме­сте с тем неделя за неделей, месяц за месяцем «объез­жал» намеченные участки лунной поверхности, остана­вливаясь в случае необходимости на долгое время. Эти остановки не оборачивались для экипажа изнури­тельным бездельем и не требовали особых мер для его жизнеобеспечения — у автоматических и телеупра­вляемых аппаратов уже сейчас есть ряд существенных преимуществ по сравнению с обитаемыми.


^ РОБОТЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ


Трудно представить, как, напри­мер, станет какой — то металлический шкаф «ухаживать» за живой коровой. Все-таки ферма не цех, где роботу достаточно выполнять заданный набор механических движений. Тут будут рядом с ним беспокойные жи­вотные со своими нравом, привычками, капризами. Чтобы к ним приноровиться, нужна еще и элементар­ная сообразительность, а у нашего робота даже го­ловы нет. На месте ее в верхней части шкафа побле­скивают линзы телеобъективов.

Конструкторам роботов для сельского хозяйства пришлось немало сил отдать сельскохозяйственной подготовке, изучить нрав животных, их физиологию и биомеханику. Они с секундомером следили за ско­ростью передвижения свиньи и коровы, узнавали, как далеко они могут отставлять ногу вперед и в сторону, определяли, с какой силой нужно брать в руки поро­сенка или теленка, чтобы не причинить ему вреда.

Но вот робот появился на свет. И начались новые проблемы: оказалось, что все предусмотреть заранее было просто невозможно. В первый же «выход в свет» на объектив телекамеры — глаз робота — села муха, и он «ослеп». Пришлось предусмотреть устройство, имити­рующее действие человеческого века.

Когда робота впервые ввели в загон к свиньям, они сразу отгрызли у него резиновые части кистей рук. Видимо, животных чем-то привлек их запах. Значит, сле­довало придумать что-то, выделяющее защитный аромат.

Уже разработаны принципы построения роботов и робототехнических комплексов для разных отраслей сельского хозяйства: растениеводства, хлопководства, овощеводства и др. Есть проекты роботов для технического обслуживания и малого ремонта автотрактор­ной техники, например проект робота — заправщика. Двадцать четыре модификации позволили бы заме­нить весь парк машин и механизмов, который сейчас занят в сельском хозяйстве страны.


^ РОБОТЫ В БЫТУ


Робототехнические устройства ис­пользуют в самых различных и неожиданных обла­стях. Они управляют игрой света в театрах по спе­циальной программе, записанной на магнитной ленте, внедряются в сферу исследования спортивного снаря­жения, разрабатывая, например, рекомендации по тех­нике нанесения ударов теннисной ракеткой по мячу, позволяют составлять портрет человека при розыске преступника. В последнем случае имеется в виду не традиционный фоторобот. Портрет составляют теле­визионная камера и «миксер», обеспечивающие по­явление отдельных элементов лица.

А взгляните на торговые автоматы. Если это и не роботы, то, во всяком случае, их ближайшие родствен­ники. Такие автоматы, проглотив монету, отмеряют точную порцию подсолнечного масла либо выдают газету. Они могут разменивать деньги и продавать же­лезнодорожные билеты. Самый простой разменный аппарат — прежде всего строгий контролер и испыта­тель. В конструкцию аппарата входят механические и электромагнитные испытатели монет. Все испытание длится около двух секунд.

Нужно не забывать, что роботы — это машины, при­званные служить человеку. Поэтому естественно жела­ние человека возложить на них и такие домашние ра­боты, которые мало кто выполняет с радостью и удовольствием: стирку, глажение, уборку, мытье окон. Хорошо бы иметь такого роботизированного «домового». Различные предприятия уже разрабатывают бытовые робототехнические устройства. Среди них автоматические стиральные машины с набором программ, машины для мытья и сушки посуды.

Издавна музыканты, играющие в оркестре, сталки­ваются, казалось бы, с простой, но трудноразрешимой проблемой: как переворачивать страницы нот, не пре­рывая игры? Своеобразное решение этой каверзной проблемы на самом современном уровне предложила группа швейцарских изобретателей. Они создали для этой цели маленький робот, который выполняет функ­цию третьей руки музыканта и по его приказу перево­рачивает страницу — необходимо лишь нажать ногой педаль.

В фантастическом рассказе Рэя Брэдбери «Су­дебный процесс» шла речь о том, что фирма, зани­мающаяся протезированием, допротезировалась до того, что в ее клиенте, известном гонщике, уже не осталось ни одной «живой части», и так как он не оплатил в срок задолженность, фирма заявила, что он теперь является ее собственностью.

«Полноразмерные» копии человека, созданные в настоящее время за рубежом, ведут себя совершенно «естественно». С. Мицуно, 44 — летний японский худож­ник и изобретатель, создал десять кукол — роботов, сре­ди них «Томас Эдисон» и «Мэрилин Монро».

Изготовлением роботов С. Мицуно начал зани­маться в 60 — х годах, когда японская электроника пере­живала бум. В ту пору уже существовали радиоро­боты. Но, по его мнению, они были «слишком медлительны и примитивны». С. Мицуно решил скон­струировать своего робота, и через восемь лет появил­ся «Томас Эдисон». Больше всего времени, как ни странно, потребовалось для создания искусственной кожи, которая по замыслу автора не должна была внешне отличаться от человеческой. С. Мицуно занял­ся химией и наконец получил мягкую, эластичную ко­жу из винила, которую он запатентовал.

Внутри «Мэрилин Монро» действует 80 электро­магнитов. «Именно столько мускулов занято в движе­ниях живого человеческого тела и лица, которые кукла имитирует», — поясняет С. Мицуно.

Разумеется, до человеческого подобия этим игруш­кам еще далеко, однако программируемость на ту или иную «манеру поведения» позволяет вполне оправдан­но относить их к роботам первого поколения.

Совсем другое дело — кибер, разработанный груп­пой исследователей одной из токийских лабораторий робототехники. Это человекоподобный робот с рука­ми, ногами, зрительным, слуховым и речевым аппара­том, и обладающий интеллектуальными способностя­ми на уровне двух — трехлетнего ребенка. Он может, в частности, выполнить просьбу отыскать что — либо в помещении и принести, а также отвечать на вопросы.


РОБОТЫ —

^ ОБЪЕКТЫ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ


Робот — помощник человека, но слепо доверяться ему нельзя (рис. 8). Те промыш­ленные роботы, которые сейчас трудятся на заводах и фабриках, пока еще недостаточно сообразительны. Представим, что на линии сборки автомобилей слу­чается какой — нибудь «перекос». Автоматы этой ошиб­ки не замечают. Их настроили на то, чтобы сверлить отверстия в дверце, а они сверлят теперь в баке для горючего. Неправильная установка изделия их не волнует. Кроме того, иногда в их электронном блоке происходит какой — нибудь сбой, и тогда автомат в «слепой ярости» начинает колотить своей мощной стальной лапой по чему попало (так случилось недав­но в Японии, когда роботом был убит рабочий).

Робот, скажем, как и автомобиль или самолет, является объектом повышенной опасности. Поэтому для большей гарантии безопасности человека, взаимо­действующего с роботом, желательно, чтобы в про­грамму поведения робота была заложена определен­ная осмотрительность, забота о безопасности челове­ка.

Говоря о взаимодействии человека и робота, уместно вспомнить о трех законах системы «чело­век — робот», сформулированных американским писате­лем — фантастом и ученым А. Азимовым:


1. Робот не должен своим действием или бездей­ствием причинять вред человеку.


2. Робот должен повиноваться командам, которые ему дает человек, кроме тех случаев, когда эти ко­манды противоречат первому закону.


3. Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит первому и второму законам.



^ Рис 8 Робот объект повышенной опас­ности


Эти законы, по мысли Азимова, должны пол­ностью гарантировать безопасность четовека в систе­ме «человек — робот» Создать роботов, т гя которых эти законы были бы непреложны, наша задача


^ РОБОТЫ ДЛЯ МЕГАМИРА


Казалось бы, куда уж дальше, но есть совершенно безграничная область для фантазии роботостроителей — мегамир. В наше время, когда че­ловечество планомерно осваивает ближайшую соседку Земли — Луну, фантасты устремились к звездам. В одной нашей Галактике больше сотни миллиардов солнц, не исключено, что у многих есть планеты. Из всех космических грез самая распространенная и самая заманчивая — мечта о встрече с братьями по разуму, с иными цивилизациями, желательно, с более развитыми, способными передать нам секреты еще не сделанных открытий. Однако даже в Солнечной систе­ме нет планеты, где человек остался бы в живых, сняв скафандр.

Исследования мегамира связаны со сверхдальними космическими полетами. Для таких полетов потребуется время, превышающее длительность человече­ской жизни. Спрашивается: есть у человека способ ис­следовать мегамир? Да, имеется. Это создание кибер­нетической системы — робота, управляемого искус­ственным интеллектом и рассчитанного на длительное функционирование в мегамире. Такой робот может до­стичь самых дальних районов Вселенной.

Неизвестность сред, в которых придется функцио­нировать системе, непредвиденность и сложность кон­кретных задач, которые придется ей решать, исклю­чают возможность построения системы управления робота с заданным алгоритмом, сколь бы широкий круг задач в нем не был предусмотрен. Управлять си­стемой можно будет, только моделируя творческое мышление человека. Система должна быть саморазви­вающейся, причем это касается и саморазвития искус­ственного интеллекта (рис. 9). Искусственный интел­лект должен уметь решать такие частные, но важные проблемы, как формирование языка, распознавание образов, построение гипотез, выбор критериев успеха, самообучение.

Подобно человеку, автономная система робота — астронавта с искусственным интеллектом не сможет моделировать реальный мир, если не пройдет обуче­ния такому моделированию в известных человечеству средах и если переход от известных сред к не­известным не будет для этой системы постепенным.

Проблема создания автономно функционирующего робота — астронавта, управляемого искусственным ин­теллектом и предназначенного для сбора полезной че­ловечеству информации в мегамире, сегодня стоит на рубеже научных исследований дальнего поиска.




Рис. 9. Структурная схема системы искусственного интел гекта робота для мегамира



^ ЧТО ЖЕ НАМ ДЕЛАТЬ?


Роботизация. Роботы и робото-технические системы. Это все очень серьезно. Именно поэтому мы начали книгу со всестороннего обзора ос­новных проблем роботизации.

В последующих разделах мы перейдем к вопросам моделирования различных систем роботов, будем ду­мать, как изготовить ту или иную систему или даже целого робота.

Каждый может внести свой вклад в эту важнейшую государственную проблему. Вы сами видите, как вели­ко здесь поле деятельности и как интересна любая задача.

На занятиях кружка радиоэлектроники автор этой книги задал ребятам вопрос: если бы мы с вами заня­лись конструированием человекоподобного робота, то какими электронными системами вы бы его оснасти­ли? И вот пятеро мальчиков ответили, что кроме об­щепринятых систем зрения, слуха, осязания они бы ос­настили робота следующими устройствами:

1. Аварийной системой, останавливающей все ме­ханизмы робота при появлении тревожного возгласа «Аи»! или «Ой»!

2. Системой «веди меня» — если робота взять за ру­ку и потянуть, он пойдет за вами.

3. Системой различения команд, подаваемых голо­сом: «Иди», «Стой», «Здравствуй», реагирующей на звучание букв «и», «о», «а», отличающихся своими частотами.

4. Системой поворачивания головы робота на по­явившийся звуковой сигнал.

5. Системой «кивок» — робот доброжелательно ки­вает, когда с ним кончают говорить.

6. Системой движения губ робота и изменения све­чения ламп во рту робота в такт с его речью

7. Инфракрасными локаторами, предохраняющими робота от столкновения с препятствием.

8. Системой, обеспечивающей физкультурную за­рядку робота — цикл различных движений по опреде­ленной программе.

9. Системой «настроение робота», изменяющей ак­тивность его движений, издающей «смех», когда он доволен, и «унылое ворчание» — когда недоволен.

10. Игрой в «крестики и нолики» на груди — экране робота.

11. Системой танца робота от низкочастотного ритма или различного сочетания музыкальных тонов.

12. Кроме игры в «крестики и нолики» на груди робота можно установить бегущие огни, загорающие­ся в такт с музыкой.

Ребята тут же набросали структурные схемы пред­лагаемых ими систем робота и даже позаботились о микроэлектронном выполнении всех предлагаемых устройств. Они, конечно, фантазеры, эти ребята, но ес­ли задуматься, то среди их предложений — экспромтов есть кое — что любопытное и, возможно, полезное и для самых настоящих промышленных роботов.

Разве не заслуживает внимания «аварийная систе­ма», останавливающая робота при возгласах «Ой» и «Аи». Ведь современный робот — манипулятор — это далеко не безопасный объект. А физзарядка робота по определенной программе — в ней тоже есть рациональ­ное зерно. Такую зарядку есть смысл проделывать и настоящим роботам в порядке контроля жизнедея­тельности и четкости работы всех его систем перед тем, как приступить к настоящей работе. Это как бы встроенная система контроля роботоспособности всех систем робота.

Разве это не интересно! Вы чувствуете, какое поле деятельности открывается перед каждым, кто заинте­ресуется, а еще лучше — увлечется проблемой роботиза­ции.

Итак, переходим к главной части нашей книги — мо­делированию различных робототехнических систем и пожелаем читателям больших творческих успехов в этой интереснейшей и важной области деятельности.


^ 2. БИОНИКА И КИБЕРНЕ­ТИКА —

ТЕОРЕТИЧЕС­КИЕ ОСНОВЫ РОБО­ТОСТРОЕНИЯ

БИОНИКА — СТЕРЖЕНЬ РОБО­ТОТЕХНИКИ


Если роботы первою поколения, похожие на бесчувственные часовые механизмы, из­вестны человечеству с давних времен, то роботы вто­рого и третьего поколений смогли появиться лишь в XX веке, вслед за выдающимися достижениями со­временной науки и техники. Своим существованием они обязаны бионике и кибернетике. Эти науки созда­ли научный фундамент для построения мыслящих ма­шин высших поколений.

Необходимость приспособления (адаптации) робо­тов к изменяющимся условиям внешней среды потре­бовала разработки для них органов чувств, анало­гичных человеческим: слуха, зрения, осязания. Здесь конструкторы вынуждены были обратиться за кон­сультацией к природе, создавшей у живых существ самые разнообразные органы чувств.

Цель бионики (так называется эта сравнительно но­вая наука) — перенесение в технику принципов действия систем, управляющих живыми организмами.

За время развития жизни на Земле в процессе есте­ственного отбора природа создала массу замеча­тельных образцов живых «инженерных систем». Мно­гие изобретения природы заимствовались людьми для создания конструкций еще в древности. Так, древние арабские врачи, изучая глаз человека, создали линзы — подобие хрусталика глаза. Великий русский ученый Н. Е. Жуковский, исследовав полет птиц, разработал теорию подъемной силы крыла и современную аэро­динамику. Таких примеров — множество.

Ученым — бионикам принадлежит идея использова­ния биоэлектрических сигналов мышц для управления. С давних времен люди искали способы вернуть руку тем, кто ее лишился. И это удалось сделать нашим со­ветским ученым. Они использовали биотоки мышц. Известно, что, когда человек двигает рукой или ногой, в его мышцах возникают биотоки. Появляющиеся в мышцах биопотенциалы можно снять с помощью электродов и усилить. Первую модель искусственной руки, управляемой биопотенциалами, изготовили в СССР в 1957 году. В 1960 году в Москве на Конгрес­се по автоматическому управлению 15 — летний маль­чик, у которого не было кисти руки, взял протезом ку­сок мела и написал на доске ясно и четко: «Привет участникам Конгресса!». Протезом его кисти управля­ли биотоки мышц.

Искусственная рука, созданная советскими учены­ми, вернула к труду уже сотни людей как в СССР, так и за рубежом. Глава английских медиков доктор Р. Джонс сказал: «Русские достигли огромного прогресса в электронной физиологии». Приобрела лицен­зию на советскую биоэлектрическую руку и Канада. Писатель Дж. Олдридж назвал это изобретение уро­ком гуманизма, который оставит глубокий след во многих сердцах.

Итак, несмотря на слабость биотоков, усилитель мышечной энергии можно наделить богатырской си­лой.


^ ПРОБЛЕМА «ЧЕЛОВЕК — МАШИНА»


С возникновением машин, облег­чивших человеческий труд, перед бионикой появилась проблема взаимоотношений человека и машины.

Здесь выявилось очень много интересного. Так, бы­ло установлено, что во многих производственных про­цессах (например, при управлении автомобилем или самолетом) полная замена человека автоматическим устройством либо невыгодна, либо невозможна. Сле­довательно, встает проблема оптимального распреде­ления обязанностей между человеком и машиной. Ин­тересно сравнить характеристики человека и техниче­ских устройств, в частности сопоставить эффектив­ность их работы в различных условиях.

В процессе биологической эволюции физиологиче­ская и психологическая конституция человека приспо­собилась к условиям земного существования. Доволь­но узкий диапазон изменения температуры и давления воздуха и постоянство его состава, земное притяжение и лучевая энергия, падающая на поверхность Земли, — вот характеристики окружающей среды, в которой проходит жизнь человека. Выход в космос насиль­ственно ставит человека в совершенно новую, не­привычную среду. Это может привести к временным или даже необратимым нарушениям в организме человека.

Человек не выдерживает сравнения с автоматом и по чувствительности к воздействию радиоактивного облучения. А радиационная устойчивость электронных систем в десятки раз выше допустимой для человека дозы облучения. Исключительно чувствителен человек и к воздействию ускорений и колебаний температуры. Однако не только это создает трудности при кон­струировании пилотируемых космических кораблей. Следует учитывать и такие проблемы, как обеспечение возможности дыхания и питания человека в космиче­ском корабле, а также удаления продуктов обмена, контроль за мышечной деятельностью и действием си­стемы кровообращения в условиях невесомости и, на­конец, психологическую подготовку экипажа к полету в космос. Следует иметь в виду также, что человек подвержен усталости и его работоспособность време­нами значительно понижается, в то время как авто­маты способны работать надежно длительный срок.


^ ЧТО ТАКОЕ КИБЕРНЕТИКА?


Итак, робот с помощью своих ор­ганов чувств получил информацию о внешней среде: он увидел, услышал, почувствовал... Теперь нужно ре­агировать на полученные сигналы: протянуть руку, взять нужную деталь, с большой точностью устано­вить ее на место, закрепить винтами и т. д. Как все это выполнить «по — человечески» — плавно, без лишней суеты, рывков? Ответ на этот вопрос дает кибернети­ка. Кибернетика неотделима от бионики. Говорят да­же, что кибернетика родилась «под знаком робота».

В самой краткой формулировке кибернетика — это наука об общих законах управления в живых и не­живых системах. О кибернетике каждый из вас немало слышал, а может быть, и читал. Сейчас всякий школь­ник знает, что такое электронная вычислительная машина, луноход и робот. Все это — кибернетические машины. Удивительное и кибернетика — рядом. Трудно даже поверить во все ее чудеса.

Наверное, каждому из вас хотелось бы поближе по­знакомиться с кибернетикой, чтобы в школьном круж­ке или дома с товарищами построить ту или иную ки­бернетическую модель. Разве не интересно сконструи­ровать своего кибернетического песика или неболь­шую электронную вычислительную машину? Найдут­ся и такие ребята, которых больше интересует теория: любопытно узнать, какой «алгеброй» пользуются вы­числительные машины или как подсчитать количество информации в прочитанной книге?..




Скачать 1.27 Mb.
оставить комментарий
страница1/5
Дата29.09.2011
Размер1.27 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх