home | login | register | DMCA | contacts | help | donate |      

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


my bookshelf | genres | recommend | rating of books | rating of authors | reviews | new | форум | collections | читалки | авторам | add

реклама - advertisement



Четырехглазая рука и «паук» Шама

— В вузе авиационного профиля занимаются созданием роботов? Это действительно актуально? Но разве есть что-нибудь общее у роботов и самолетов?

Подобные вопросы часто задают специалистам Ленинградского института авиационного приборостроения (ЛИАП). Отвечая на них, ученые вуза говорят, что умные и проворные автоматы действительно необходимы в авиации. Впрочем, простейшие роботы давно уже числятся в штате воздушного флота — достаточно вспомнить устройство, именуемое автопилотом.

Должностей, на которых целесообразно заменить человека машиной, великое множество. Скажем, почему бы роботам-манипуляторам не взять на себя сортировку багажа в аэропортах, погрузку его в самолеты, выполнение трудовых операций у конвейеров и станков на авиационных и других заводах? К сожалению, таких автоматических помощников людей пока очень мало.

Между тем целая рать их готова появиться на свет.

…Дверь с табличкой «Лаборатория роботов», пропустив нас, захлопнулась. В центре помещения, среди стеллажей с приборами, столов, кульманов, блоков электронно-вычислительной машины стоял, настороженно расставив голенастые, чуть согнутые в суставах ноги, огромный дюралевый «паук». Его шестиугольное туловище, начиненное какими-то трубками, шлангами, проводами, приборами (потом мне объяснили, что там — «мозг» паука, его «сердце» и «мышцы», то есть авиационная бортовая вычислительная машина и гидравлический привод), возвышалось едва ли не на метр от пола. За «пауком», у стены, виднелась могучая металлическая рука, поднявшая вверх, словно приветствуя вошедших, свою массивную кисть-клешню.

— Это два наших действующих робота. Но в лабораторных условиях показать все их способности трудно. Придется кое-что вообразить, — говорит заведующий кафедрой вычислительных машин Ленинградского института авиационного приборостроения профессор М. Б. Игнатьев. — Представьте, например, что мы сейчас находимся в одном из цехов завода турбинных лопаток, что здесь не стеллаж с деталями, а нагревательная печь, загруженная этими деталями. Они уже нагрелись до нужной температуры (тысяча и более градусов по Цельсию). Рабочий достает их из печи и опускает в ванну с маслом. Жара, дым. Работа утомительная, трудная. Но, может быть, еще хуже то, что она монотонная, однообразная, неинтересная… Кадров у нас и так не хватает, и найти работника для выполнения подобных операций — большая проблема. Вот мы и создали автомат, который заменит рабочего у печи и масляной ванны. Но сделать такой автомат вовсе нелегко. Оказывается, за этим элементарнейшим действием — взять какой-либо предмет и переложить на другое место — на самом-то деле стоит довольно сложный интеллектуальный процесс. Надо, чтобы автомат, во-первых, увидел и опознал, скажем, ту же турбинную лопатку, во-вторых, определил, как удобнее всего ее взять, в-третьих, подвел точно к этому месту свою руку, затем ощутил соприкосновение с деталью и только после того сжал клешню или, как мы ее называем, схват. Далее идут тоже весьма трудные задачи. Надо осторожно вынуть деталь из печи, не задеть по пути за другое оборудование и препятствия, аккуратно опустить груз в масляную ванну. Обычному автомату все это не под силу. Здесь нужен «думающий» автомат-манипулятор, управляемый электронно-вычислительной машиной, то есть робот. Именно такое устройство создано коллективом кафедры, и в частности, группой конструирования роботов для автоматизации ручных и вспомогательных работ, которой руководит наш главный механик.

Представьте теперь, что вместо рабочего у печи стоит наш робот — механическая рука, — продолжает профессор М. Б. Игнатьев. — В управляющей вычислительной машине заложена программа его действий. Нужно только отдать команду приступить к работе…

Робот зашевелился, протянул клешню-схват в печное отверстие, нащупал раскаленную деталь, взял ее точно посередине, осторожно вынул. Минуя окружающие предметы, перенес к ванне и опустил ее в масло. Вернулся за другой деталью, третьей, четвертой. И так — без устали, без передышки. Его не смущает, если в печи он обнаружит турбинные лопатки другой конфигурации, другого веса. Сведения о возможных изменениях условий труда заложены в «память» робота, то есть в ЭВМ, и он гибко меняет свое поведение, переходит от одного вида деятельности к другому.

Для этого у него есть все возможности. В его клешне расположены четыре фотоглаза, с помощью которых робот «видит» деталь и на расстоянии и в непосредственной близости. Рабочие поверхности клешни-схвата имеют «органы осязания» — тактильные датчики. Суставы «чувствуют» и углы поворота различных элементов руки (всего она имеет восемь степеней свободы), и усилия, которые приходится прилагать гидравлическим «мускулам» во время работы. Чтобы стало ясно, сколь сложна и чувствительна металлическая рука робота, достаточно сказать, что в ЭВМ непрерывно поступают и перерабатываются там сигналы от восьмидесяти разнообразных датчиков.

Но и такого потока информации оказывается мало для робота, для его надежной и безупречной деятельности. Сейчас ученые и конструкторы института хотят одеть металлическую руку особой «кожей», которая, как и человеческая, будет информировать «мозг» о соприкосновении ее с предметами. Это необходимо для безопасности и самого робота, и всего того, что находится вокруг — оборудования, конструкций, людей.

— Робот — объект повышенной опасности, — объясняет инженер-конструктор М. М. Захаров. — Конечно, производственный персонал, который будет иметь дело с роботами, обязательно должен изучить правила техники безопасности, правила поведения и обращения с этими новыми помощниками. Но для большей гарантии надо, чтобы автомат и сам был поосторожнее, чтобы в его поведении была заложена, так сказать, осмотрительность, иначе могут произойти неприятности, как, например, было со мной. Мы тогда только начинали работать с автоматической рукой. Однажды вдруг вышло из строя управление. Мы бросились к руке, чтобы она не повредила себя: хотели остановить ее, придержать. Но робот не понимает ведь (во всяком случае пока), что мы его родители, что мы ему зла не хотим. Рука эта подхватила меня и стукнула о стену — ребра затрещали… Запомнилось мне это происшествие. Ведь сила удара может достигнуть пятисот килограммов!

Механическая рука способна овладеть многими профессиями— сварщика, маляра, пескоструйщика, грузчика. Она может сверлить отверстия, навинчивать гайки, работать на заводских конвейерах.

Но предметом особой гордости специалистов ЛИАПа является «паук» — шестиногая шагающая машина.

Несмотря на то что попытки создать шагающий автомат предпринимаются в течение примерно ста лет — с тех пор как П. Л. Чебышев построил свой стопоходящий механизм, — существенных результатов в этой области пока не достигнуто. Управление подобными машинами настолько сложно, что осуществить его лишь механическим путем невозможно.

Первая проблема, с которой сталкивается конструктор — сколькими «ногами» наделить свое детище. Природа предлагает богатейший выбор вариантов: от многих десятков у членистоногих до двух у человека. Кому подражать? Много ног — это высокая устойчивость, плавность и равномерность хода. Но это и головоломная проблема координации движения каждой опоры, различные другие конструкторские сложности. Может быть, лучше четыре или даже две ноги? Механика такой системы, действительно, гораздо проще. Но зато придется наделять автомат столь же совершенным вестибулярным аппаратом, каким располагают высокоорганизованные животные и человек. А эта задача до недавнего времени была тоже непосильной.

Лишь с появлением развитой вычислительной техники возникла реальная возможность создания настоящих машин-ходоков, которые в будущем, по-видимому, найдут широкое практическое применение. Причем, не является неразрешимой проблемой снабдить робота восемью, шестью, четырьмя или даже двумя ногами — все зависит от мощности вычислительного устройства, которым располагает автомат.

Все лапы шестиногой шагающей машины Шамы, как по-свойски называют ее лиаповцы, усеяны датчиками, так что в «мозг» робота непрерывно поступает информация и о положении ног, и о состоянии грунта. Так как каждый членик ноги имеет свой привод (всего восемнадцать степеней свободы), управляемый электронно-вычислительной машиной с помощью индивидуального выходного канала, то Шама обладает огромной гибкостью в выборе самых разнообразных способов движения, сообразуясь с условиями дороги, состоянием грунта, тяжестью переносимого груза. Она может ходить там, где не пройдет ни колесный, ни гусеничный механизм — по узким, с крутыми поворотами коридорам, заставленным оборудованием цехам, лестницам. Двигаясь по пересеченной местности, через рытвины и поваленные деревья, она меняет «походку», выбирает наиболее целесообразную — переставляет сразу то три ноги (это самый быстрый шаг — шесть километров в час), то две, то одну, приподнимается «на цыпочки», чтобы перенести туловище через острый большой камень, или приседает, чтобы удлинить шаг и уверенно переступить канаву.

Если снабдить лапы автомата специальными зацепами и шипами, он может карабкаться по крутым откосам и склонам. Шаму можно научить и прыгать (для преодоления широких рвов, крупных камней). Отталкиваясь тремя ногами, три другие она будет использовать для маха, что придаст ей дополнительное ускорение. На эти же маховые ноги машине проще всего и приземляться… Конечно же, в момент прыжка привод Шамы должен работать на форсированном режиме. Возможно, потребуются и дополнительные источники энергии — скажем, пороховой двигатель.

Особо надо сказать о «зрении» шагающей машины. Конструкторы решили отказаться от традиционного в подобных системах последних лет телевизионного глаза. Телекамера слишком громоздка, на самофокусировку тратится чрезвычайно много времени (конечно, с точки зрения специалистов, занимающихся современной техникой) — до десяти секунд. Наконец, при использовании телеглаза управляющая машина робота должна обладать огромной «памятью», чтобы надежно ориентироваться в окружающем мире.

Все это мало подходило шестиногому «пауку», который предназначен для передвижения в трудных условиях и, следовательно, вынужден быстро обнаруживать препятствия и опасности и без задержки менять свое поведение. Гораздо более удовлетворяет этим специфическим требованиям лазерный глаз, разработанный в лаборатории систем радиовидения ЛИАПа под руководством профессора А. А. Капустина молодыми специалистами Г. Б. Яцевичем и В. С. Бойковым.

Ощупывая пространство своим узким красным лучом, Шама на расстоянии 10–15 метров различает довольно мелкие детали и практически одновременно измеряет расстояние до них с точностью до пяти миллиметров. На подробное — строка за строкой — изучение кадра (60–90 градусов по горизонтали и 10 градусов по вертикали) уходит около секунды. Но если обстановка позволяет, если не требуется большой тщательности при обзоре местности, то лазер посылает широкий пучок и осматривает пространство еще быстрее. Так продолжается до тех пор, пока его внимание не привлечет новое препятствие. Тогда снова начинается исследование кадра узким лучом.

Возможные сферы использования шестиногого «паука» — переноска легких грузов внутри многоэтажных зданий, обследование сельскохозяйственных и лесных угодий, участие в поисковых геологических экспедициях. Подобные машины, в принципе, могут выполнять задания человека на морском дне, на других планетах, в опасных для людей производственных условиях.


Железное семейство | Клад острова Морица | Каким он будет?