|
|
Для определения основного понятия
"робот" следует уяснить главные критерии оценки его возможностей,
так как робот по своей концепции возник как устройство, призванное заменить
труд человека в самых разнообразных видах и сферах, приложения; оценка его
возможностей должна исходить из трех категорий способностей, присущих живому
существу, в частности человеку, - физических, функциональных и интеллектуальных.
Если теперь эти критерии для наглядности отложить по трем осям прямоугольных
координат ( 2.1), то получим условное трехмерное пространство живого
существа, где по оси X отложены физические возможности, включающие силу,
скорость, производительность, стабильность характеристик, надежность,
долговечность и т.д.; по оси У - функциональные способности, характеризующие
возможность перемещения в пространстве, ориентацию, универсальность и т.д.;
по оси Z - уровень интеллекта, включающий память, логику, способность к
адаптации, обучению и т.п.
Как видно, робот - это трехмерная машина, имеющая три
измерения, соответствующие пространству живого существа. Вычислительные и
другие информационные машины, а также машины грузоподъемного, строительного,
транспортного вида двумерны. Стационарные машины общего применения,
существовавшие до сих пор, можно считать одномерными, имеющими только
физические возможности. Как же определяется понятие "робот" ?
В широком понимании робот может быть определен как
техническая система, способная замещать человека или помогать ему в
выполнении различных задач. Однако и до сих пор отсутствует строгая и
общепринятая формулировка. Различные источники дают разное толкование этого
понятия. Большая советская энциклопедия определяет робот как "машину с
антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью
выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим
миром", а Энциклопедия кибернетики - как "ложную систему,
оснащенную датчиками, воспринимающими информацию об окружающей среде,
исполнительными механизмами, воздействующими на объекты окружающей среды,
способную целенаправленно вести себя в изменяющейся обстановке. От других
систем, предназначенных для обработки поступающей извне информации и
получения управляющих воздействий (например, систем автоматического
управления технологическими процессами), роботов отличает антропоморфизм
...".
Профессор Токийского университета, доктор Сигэру Ватаата
предлагает считать роботом устройство, способное самостоятельно перемещаться
в пространстве, справляться с задачами анализа сцен и распознавания образов,
обладающее числом степеней подвижности, умеющее анализировать обстановку с
помощью обратной связи, а также прогнозировать ситуации, опираясь на
собственный опыт и доступную информацию.
Профессор Токийского технологического института доктор
Сэйко Мори считает, что роботом может быть названо устройство при условии,
что оно обладает универсальностью, мобильностью, представляет собой одно
физическое тело, работает автоматически, полностью подчиняется человеку, а
также способно к элементарной интеллектуальной деятельности. При этом
универсальность, мобильность, индивидуальность и автоматизм - все эти
качества являются неотъемлемыми признаками всех роботов без исключения.
Известный французский специалист Филипп Куафе напоминает,
что робот - это управляемая машина, обладающая следующими двумя свойствами:
1) универсальными возможностями, т.е. способностью выполнять различные
механические действия в реальном пространстве, для чего роботу необходимо
иметь механическую структуру с изменяемой геометрией звеньев, и 2)
адаптивностью к внешней среде, т.е. способностью самостоятельно изменять свое
поведение в зависимости от изменений ее состояния.
Еще дальше по пути конкретизации понятия идет профессор М.
Щпрингер из Университета Куин Мэри, согласно определению которого устройство,
чтобы называться роботом, должно обладать минимальным набором свойств и
возможностей, таких как 1) наличие механической руки и захвата; 2) умение
самостоятельно передвигаться и самостоятельно управлять своими действиями; 3)
наличие исполнительной системы и системы управления, которые в совокупности
обеспечивают реализацию предыдущих свойств; 4) наличие компьютера, способного
запоминать программы управления отработкой поступающих извне приказов, а
также программ, реализующих решения, которые принимает сам робот, исходя из
набора некоторых заранее определенных альтернатив; 5) наличие устройств и
датчиков, способных определять касание роботом каких-либо внешних предметов,
измерять степень гладкости поверхности, твердость материала, местоположение
заданного предмета, его массу, теплопроводность, температуру, степень
близости этого предмета, определять его форму и размеры, характерные внешние
признаки, цвет, расстояние, запах, находить местоположение "рук и
ног" робота, а также анализировать звуковые сигналы.
Следует привести еще одно определение понятия
"робот", полученное путем статистического анализа ответа на вопрос:
"Что такое робот, чем он отличается от машин и автоматических
систем?", который задавался 156 экспертам, специализирующимся в
различных областях науки и техники. Результатом экспертизы явилось следующее
определение: "Робот представляет собой подвижную компактную систему,
отличительными признаками которой являются чувствительные элементы,
манипуляторы и, самое главное, некоторая степень искусственного интеллекта
При этом искусственный интеллект отождествляется главным образом со
способностью к обучению и соответственно к изменению поведения".
При всей многочисленности и разнообразии формулировок
попытаемся выделить заложенные в них наиболее характерные отличительные
признаки роботов, к которым, пожалуй, следует отнести:
1) автономность, под которой понимается способность
самостоятельного выполнения действий или производственных операций,
сообразуясь лишь с программным алгоритмом либо с целеуказательной командой и
изменяющимися условиями внешней среды;
2) универсальность, понимаемая как способность
выполнять самые различные действия или производственные операции и легко
переходить с одного вида действий на другой;
3) автоматичность, т.е. способность выполнять
достаточно сложные и завершенные действия или производственные циклы без
непосредственного вмешательства человека-оператора;
4) антропоморфизм, понимаемый в широком смысле как
наделение робота способностями, присущими человеку: физическими (силовыми),
функциональными (двигательными) и интеллектуальными (умственными). В узком
смысле под антропоморфизмом понимается внешнее сходство робота с человеком,
что совершенно необязательно и может использоваться лишь в специальных целях;
5) адаптивность, т.е. способность к
целенаправленному изменению своего поведения под влиянием изменений внешних
условий и к обучению в процессе взаимодействия с внешней средой (гибкость).
Способность к адаптации и обучению реализуется путем наделения робота теми
или иными средствами обратной связи: осязанием, зрением, слухом, обонянием,
запоминанием и т. п.
Выделенные в наиболее общем виде без излишней детализации
эти пять отличительных признаков достаточно полно определяют способности и
возможности робота как технической системы. При этом три первых являются
совершенно неотъемлемыми признаками любого робота, а два последующих - четвертый
и пятый - в той или иной мере могут быть присущи наиболее совершенным
роботам. Таким образом может быть дано достаточно общее и сжатое определение
класса машин, именуемых роботами.
Робот - это автономно функционирующая универсальная
автоматическая машина, предназначенная для воспроизведения физических,
двигательных и умственных функций человека, наделенная способностью к
адаптации и обучению в процессе активного взаимодействия с окружающей средой.
Робот - хороший пример того, как сумма ранее известных составных
частей (манипуляторов, ЭВМ, сенсорики) дает новое качество - принципиально
новый тип технического устройства, обладающего в достаточно развитом варианте
искусственным интеллектом, искусственными органами чувств (сенсорика),
способностью воспринимать окружающую среду и активно воздействовать на нее,
обучаясь и совершенствуясь в ходе этого процесса Роботов, а тем более
промышленных, полностью соответствующих вышеприведенному определению, пока
еще нет; широко применяемые роботы не обладают устройствами типа органов
чувств человека и способностью мыслить, а подобные разработки пока не вышли
из стен научных лабораторий и не получили широкого применения. Однако наука и
техника делают уверенные шаги по пути решения одной из фундаментальных
проблем робототехники - создания чувствующих и мыслящих роботов.
Робот, активно взаимодействующий с окружающей средой, в
общем виде должен содержать следующие системы: управляющую,
информационно-измерительную (сенсорную), систему связи, исполнительную
(моторную).
Управляющая, или интеллектуальная система - это
"мозг" робота, который служит для выработки законов управления
механизмами исполнительной системы на основе заложенной программы с учетом
сигналов обратной связи от сенсорной системы. Важной функцией этой системы
является распознавание ситуаций и моделирование среды функционирования
робота, планирование действий и принятие целенаправленных решений,
программирование и оптимизация движений, а также организация общения робота с
человеком и взаимодействующими устройствами на том или ином языке.
Управляющие системы роботов реализуются на базе
пневматических или электрических логических элементов, аналоговых и цифровых
систем, а в наиболее совершенном варианте - на основе ЭВМ или
микропроцессоров, содержащих широкий набор входных (аналого- цифровых) и выходных
(цифро-аналоговых) преобразователей и интерфейсных каналов связи, число
которых может колебаться от нескольких десятков до нескольких тысяч. По этим
каналам, как по нервным волокнам, передаются непрерывные (аналоговые) и
дискретные (цифровые) сигналы. Интеллектуальные и адаптивные возможности робота
определяются главным образом алгоритмическим и программным обеспечением
управляющей системы.
Информационно-измерительная, или сенсорная система
- это искусственные органы чувств робота, предназначенные для восприятия и
преобразования информации о состоянии внешней среды и самого робота. В
качестве элементов сенсорной системы используются телевизионные и
оптико-электронные устройства, лазерные и ультразвуковые дальномеры,
акустические датчики и гидролокаторы, тактильные, контактные и индукционные
датчики, а также датчики положения, скорости, сил и моментов, потенциометры,
тахометры, акселерометры и т. п.
Система связи - это "язык" робота, который
служит для передачи сигналов информации между системами робота, а также для
организации обмена информацией между роботом и человеком или другими роботами
и устройствами с целью осуществления диалога, формулирования заданий роботу,
контроля за функционированием его систем, диагностики неисправностей,
регламентной проверки и т.п.
Информация от человека поступает обычно через устройство
ввода или пульт управления путем физического воздействия (нажатие кнопки или
клавиши, ключа телеграфного аппарата и т.п.). В последнее время все шире
начинает применяться речевое общение, а также ввод информации с помощью
биопотенциалов (биоуправление). Информация от робота к человеку поступает,
как правило, в форме световых и звуковых сигналов, а носителями этой
информации являются разного рода табло, - цифровые индикаторы, дисплеи,
телекамеры и т.п. Результаты лабораторных исследований дают основания
полагать, что в ближайшем будущем станет возможным речевое общение с роботом
на естественном человеческом языке.
Совокупность управляющей, информационно-измерительной и
системы связи образует информационно-управляющую систему робота, обеспечивающую
обработку и передачу информации и непосредственное управление приводами и
механизмами исполнительной системы с целью организации активного
взаимодействия робота с окружающей средой и выполнения задач,
сформулированных человеком.
Исполнительная, или моторная система - это устройства,
предназначенные для непосредственного воздействия на объекты окружающей среды
или взаимодействия с ними в соответствии с управляющими сигналами,
формулируемыми информационно-измерительной системой или непосредственно оператором.
В качестве элементов моторной системы используются приводы (двигатели),
передаточные устройства (передачи), связанные с ними механические руки
(манипуляторы), механические ноги (педикуляторы), различные технологические
инструменты, графопостроители, тележки с колесным, гусеничным и иными шасси и
др.
|