|
|
Роботы могут классифицироваться по
ряду самых различных признаков. Наиболее общими и содержательными являются
классификации по 1) назначению и решаемому классу задач, 2) особенностям управления,
3) технологическим признакам. Известным ученым А.Е. Кобринским предложена
также общая классификация роботов, объединяющая различные классификационные
признаки.
2.4.1. Классификация по назначению и решаемому классу
задач
Поскольку с развитием робототехники неизбежно формирование
новых поколений роботов и внедрение их в новые области и сферы, классификация
по назначению и решаемому классу задач не является завершенной и в известной
мере характеризует путь развития роботов, а поэтому может быть названа также
"эволюционной" ( 2.5). По назначению и решаемому классу задач
роботы всех поколений могут быть разделены на две большие группы:
производственные и исследовательские.
Производственные роботы предназначены для выполнения
тяжелой, монотонной, вредной и опасной для здоровья людей физической работы,
а также отдельных видов трудоемких, напряженных и утомительных умственных
работ (проектирование, информационное обеспечение, управление).
Промышленные роботы, получившие наибольшее развитие в
настоящее время, предназначены для автоматизации основных и вспомогательных
операций в различных отраслях промышленности - машиностроении и
приборостроении, горнодобывающей, нефтехимической, металлургической, атомной
и ряде др.
Промышленные роботы, в свою очередь, подразделяются на три
группы по производственно-технологическим признакам: производственные, или
технологические (ППР), выполняющие основные операции технологических
процессов; подъемно- транспортные, или вспомогательные (ПТПР), выполняющие
вспомогательные действия типа "взять - перенести - положить";
универсальные (УПР), выполняющие различные (и основные, и
вспомогательные) операции.
По специализации промышленные роботы подразделяются на
специальные, выполняющие строго определенные технологические операции или
обслуживающие конкретные модели технологического оборудования;
специализированные, или целевые, предназначенные для выполнения
технологических операций одного вида (сварка, сборка, окраска и т.п.) или для
обслуживания определенной группы моделей технологического оборудования,
объединенных общностью манипуляционных действий; универсальные, или
многоцелевые, предназначенные для выполнения как основных, так и
вспомогательных технологических операций различных видов и с различными
группами моделей технологического оборудования.
Так как современное строительство по степени и стилю
механизации приближается к промышленности, строительные роботы могут быть
включены в эту группу. Они предназначены для автоматизации строительного
производства, которому органически присуще огромное количество ручных
операций, как вспомогательных, так и основных.
в настоящее время в строительном производстве находят
применение различные манипуляторы с управлением оператором, а также
промышленные роботы для производства строительных материалов. Создание
роботов для выполнения основных строительных операций, например, монтажа
зданий и сооружений - дело будущего и требует, по-видимому, кардинального
пересмотра строительных технологий. Во всяком случае при разработке и
создании таких роботов придется преодолеть ряд трудностей, в частности,
решить проблемы обеспечения больших грузоподъемностей и оснащения роботов
совершенными системами очувствления и адаптации в условиях крайне
неорганизованной среды их функционирования.
Сельскохозяйственные роботы предназначены для
автоматизации трудоемких и монотонных процессов в сельскохозяйственном
производстве, традиционно требующем значительных затрат труда. Помимо
операции доения, наиболее автоматизированной в последние годы, становится
возможным создание специальных транс- портно-технологических средств,
например, тракторов, управляемых без водителей и используемых для сева,
вспашки, внесения удобрений, опрыскивания посевов, обрезания лишних побегов и
т. д.
Как сообщалось, во Франции был разработан мобильный робот,
предназначенный для автоматического удаления лишних побегов виноградной лозы,
а японская фирма "Toshiba" уже выпускает необычного
робота-садовода, который может сажать молодые деревья, подрезать ветки и т.д.
Двумя "пальцами" он схватывает растение, а специальные присосы
исключают поломку веток. Японские ученые, однако, считают
"садовода" еще недостаточно совершенным, а потому новое поколение
роботов-садоводов полностью исключит вмешатель-ство человека в такие
процессы, как подрезка деревьев и кустарников, пересадка и даже опыление
цветов.
Весьма актуальной, хотя на первый взгляд и фантастической,
является задача создания роботов для ухода за животными, пастьбы скота и т.п.
Например, Австралийская шерстяная корпорация в условиях жесткой конкуренции
приняла долгосрочную программу поиска эффективных средств стрижки овец и
после глубокого изучения проблемы пришла к выводу, что наиболее обещающим
является применение роботов. Исследования по программе автоматизированной
стрижки привели к разработке в Мельбурнском университете техники для
автоматического отлова овец, размещения и удерживания их в люльке, подачи в
робототехническую машину для стрижки; многими научными коллективами ведутся
дальнейшие работы по совершенствованию системы очувствления и адаптации.
Неожиданное приложение идеи роботизации
сельскохозяйственного производства нашла одна из японских фирм, создав
роботизированное пугало "Тэгаку" для защиты садов и ягодников от
птиц в период созревания и уборки урожая. Робот-пугало, ростом 175 см с "руками", "ногами" и "головой", с помощью видеокамеры
фиксирует приближение стаи или отдельных птиц, включает магнитофонную запись
с криками хищных птиц и тревожных криков их пернатых жертв. Одновременно
робот начинает размахивать "руками" с прикрепленными к ним флажками
и двигаться по дорожкам, автоматически останавливаясь после исчезновения
птиц. Пугало работает автоматически, энергия поступает от встроенных
солнечных батарей.
Транспортные роботы предназначены для автоматизированного
транспортирования объектов, а также для управления различными транспортными
системами. Исследования и разработки по созданию транспортных роботов
интенсивно ведутся во всем мире. При этом выделяются четыре принципиально
различных типа - наземные, воздухоплавающие, водоплавающие и подземные.
Теория и практика трех последних типов не достигли еще в целом того уровня,
чтобы говорить о них сегодня как о всеобщей реальности. Практическое развитие
получили ныне наземные транспортные роботы, которые могут быть колесными,
шагающими и гусеничными.
Наибольшее развитие и распространение в настоящее время
получили колесные транспортные роботы, используемые достаточно широко в
промышленных автоматизированных транспортно-складских системах и гибких
автоматизированных производствах в виде мобильных автоматических кранов,
автоматических управляемых тележек (АУТ), робокаров и др., оснащаемых во
многих случаях различными манипуляционными устройствами. В самом простом виде
такие роботы следуют по рельсам либо по маршруту над кабелем, проложенным под
поверхностью пола Генератор частоты, подавая ток по кабелю, создает магнитное
поле, улавливаемое двумя датчиками приемного устройства тележки,
направляющими ее по требуемому маршруту. Даже такие
простые системы АУТ позволяет включать маршруты с
несколькими ветвями и петлями посредством использования различных частот для
каждого пути. В более сложном варианте тележка оборудуется автономной
управляющей ЭВМ и средствами очувствления.
В рамках программы по созданию транспортных очувствленных
роботов в университете "Carnegie-Mellon" (США) создан робот
"Террегейт" (землепроходец), предназначенный для автономного
передвижения вне помещений на значительные расстояния, оснащенный бортовой
ЭВМ и мощным сенсорным аппаратом, в том числе и системой технического зрения.
Калифорнийская фирма "Odetics" создала
управляемый на расстоянии мобильный автономный шестиногий робот
"Odex-1", названный фирмой "функционоидом" и способный,
шагая по местности, преодолевать уступы до 1 м, а с помощью манипуляторов поднимать груз, массой до 1 т, и транспортировать его. Следует
заметить, что "функ- ционоид", разработка которого обошлась в 1
млн. дол., предназначен для военных целей - обезвреживания бомб, несения
караульной службы, минирования и разминирования местности, а также различных
действий на поле боя. Несомненно, что подобный мобильный робот может
оказаться незаменимым средством для осуществления спасательных работ и
ликвидации последствий аварий в зонах и местностях, труднодоступных или
опасных для человека по причине радиационного или химического заражения,
высоких температур и др.
Роботы специального назначения служат для выполнения
различного вида ремонтных, восстановительных и спасательных работ в
экстремальных условиях и ситуациях, а также предупреждения аварий, стихийных
бедствий и ликвидации их последствий. Разработка таких роботов направлена на
решение важных проблем безопасности и сохранности человека и среды его
обитания, а поэтому является не только крайне актуальной, но и благородной
задачей.
Сферы конкретного применения специальных роботов весьма:
многообразны - это профилактические, ремонтные и спасательные работы в
экстремальных условиях (например, на ядерных реакторах АЭС, надводных и
подводных судов, предприятий); обеззараживание помещений, сооружений и
местности от радиоактивных, химических, биологических и других выбросов;
обезвреживание различных взрывчатых устройств; поиск и спасение людей при
авариях и стихийных бедствиях; борьба с пожарами, активный контроль и предупреждение
людей о стихийных бедствиях и авариях, ликвидация их последствий; борьба с
терроризмом и организованной преступностью; несение активной патрульной
службы и многое другое.
Известно, что для ликвидации последствий аварии на
Чернобыльской АЭС были разработаны и использованы робототехнические
устройства как в виде радиоуправляемых бульдозеров, так и специальных роботов
для обеззараживания прилегающей местности, крыши и здания аварийного блока
АЭС. И хотя срочность заказа и сжатые сроки разработки не позволили создать
совершенные конструкции, тем не менее роботы сыграли свою роль.
Разработка и создание более совершенного робота для
аварийных ситуаций на АЭС ведется в содружестве между нашими и югославскими
учеными с 1989 г. в лаборатории крупного специалиста в области биомеханики и
робототехники профессора Миомира Вукобратовича. Шагающий
"многоногий" робот оснащается специальным манипулятором, системой
технического зрения, сенсорикой и системой управления, позволяющими ему
эффективно функционировать в крайне нетипичных ситуациях.
Японские специалисты создали робота-пожарного, способного
с помощью ультразвуковых датчиков и лазерных сенсоров не только обнаруживать
очаги пожаров, но и "видеть" встречающиеся на пути препятствия и
бороться с огнем с помощью специальной жидкости, направляемой под давлением
из двух стволов. Специальное изоляционное покрытие позволяет
"пожарному" работать в течение 3 мин при температуре 800° С.
Министерство внешней торговли и промышленности Японии
проводит в жизнь программу по созданию специального робота для особо опасных
работ - борьбы с сильными пожарами, устранения аварий на ядерных реакторах и
операций в океанских глубинах. Этот "суперробот", по внешнему виду
отдаленно напоминающий кентавра с парой мощных рук-манипуляторов и небольшой
"головой" с чувствительными глазами- телекамерами, посаженной на
гибкую механическую "шею", способен выдерживать сверхвысокие
температуры и значительное давление. Устойчивая связь с аппаратом
поддерживается с помощью лазерной системы, а сам он наделяется искусственным
интеллектом, позволяющим принимать самостоятельные решения в экстремальных
ситуациях для наиболее эффективного выполнения поставленных ему задач.
Еще одна интересная разработка по созданию специального
робота, способного действовать при непредвиденных обстоятельствах в опасной
для человека обстановке, ведется в рамках программы "Эврика" рядом
западноевропейских стран. Ученые из Италии, Франции и Испании разрабатывают
модель автономного мобильного робота (AMP), предназначенную для действия в
критических ситуациях - при технологических катастрофах (например, на АЭС),
стихийных бедствиях, пожарах, при угрозе крупных террористических актов. В
зараженной местности будет действовать AMP, защищенный дополнительным слоем
искусственной "кожи", которую впоследствии при обеззараживании он
самостоятельно ликвидирует. Робот наделяется искусственным интеллектом: он
сможет легко передвигаться по территории, пострадавшей от стихийного бедствия
или аварии, с помощью мощной информационно- управляющей системы воспринимать
окружающую обстановку и оценивать ее изменения. Наиболее совершенный вариант
разработки будет состоять из двух взаимодействующих совместно роботов АМР-1 и
АМР-2.
Неожиданные области применения специальных роботов
открываются в связи с изобретением японских ученых, позволяющим анализировать
и кодировать запахи. Под руководством профессора Токийского института
технологии Тоёсаки Морицуми создан робот, способный распознавать запахи, что
открывает многообещающие возможности использования таких разработок в пищевой
промышленности, косметике, парфюмерии, медицине, таможенном и сыскном деле.
Как видим, сферы применения специальных роботов весьма
многообразны, и научный поиск в этом направлении продолжается весьма
интенсивно.
Бытовые роботы предназначены для автоматизации различных
операций как непосредственно в быту человека, так и в сфере обслуживания. Эти
работы призваны реализовать важнейшую социальную задачу общества -
высвобождение времени человека для духовной жизни.. Создание бытовых роботов -
весьма сложная научная и инженерная задача, так как здесь необходимы гибкие
универсальные системы, т.е. очувствленные роботы с элементами интеллекта,
способные самостоятельно выполнять различные на первый взгляд простые работы
- приготовление пищи, мытье посуды, уборку помещений, шитье и ремонт одежды,
уход за детьми, обучение различным навыкам, развлечение людей и пр., но
совершенно не поддающиеся жесткой регламентации.
Все более расширяется применение средств робототехники в
производстве предметов одежды и пищевой индустрии. В Японии, например,
разработаны роботы для кройки и пошива одежды, на базе которых создается
безлюдное производство. Государственным колледжем в Лондоне разрабатываются
методы автоматической разделки мяса. Робот, заменяющий человека, должен
сначала определить местоположение различных костей с помощью специального
сенсорного устройства, чтобы затем посредством рабочего органа в виде режущей
петли, расположенного на конце руки-манипулятора, начать отделение мясной
массы.
Большим спросом будут пользоваться домашние роботы. Даже
при совершенных научно-технических возможностях разработка и создание
очувствленных аппаратов, которые могли бы помогать человеку в домашних
заботах,- охране дома, работе на приусадебном участке и т.п., - вполне реальная
задача. Так, президент фирмы "Unimation" Джозеф Энгельбергер
сообщил о создании в рекламных целях робота по имени "Айзек",
подающего кофе посетителям в офисе фирмы. В Великобритании разработан робот
"Ровер", призванный заменить сторожевую собаку. Оснащенный
совершенными сенсорикой и системой управления этот робот посредством датчиков
чутко "прислушивается" ко всем наружным шумам, а в случае попыток
проникновения посторонних в дом разразится громким лаем, одновременно сделав
сообщение в ближайший полицейский участок. "Ровер" выполняет также
функцию противопожарного устройства, поднимая тревогу при первых признаках
утечки газа. Во Франции, в вестибюле станции парижского метро
"Нотр-Дам", прошли успешные испытания робота- чистильщика,
оснащенного системами сухой и влажной уборок. Бортовой компьютер и система
ультразвуковой локации позволяют роботу во время работы вежливо обходить
людей, не падать по пути и даже подниматься по эскалатору.
В последние годы все большее применение находят
робототехнические устройства для развлечений и забаа С одной стороны, они
имеют чисто прикладное значение, пользуясь все возрастающим спросом не только
у детей, но и взрослых, с другой - помогают исследователям выходить на новые
решения, оттачивать оригинальные разработки в ходе создания разнообразных
"забавных" моделей. Широкую известность получили, например,
различные шахматные автоматы. Интересен робот по имени "Кубот",
созданный американским ученым Бэттлом для игр в кубик Рубика. Определив, в
каком состоянии находятся грани куба, робот, используя специальный алгоритм,
заложенный в его память, с помощью рук-манипуляторов выполняет необходимые
движения до тех пор, пока не возвратит каждой грани один цвет. При этом даже
на самый запутанный вариант он затрачивает не более 3 минут.
Формируется перспективная концепция создания
робототехнических игр, когда микророботы, собранные играющими по принципу
известной игры "Конструктор", соревнуются между собой, например, в
прохождении лабиринта ("Микромышь" Джона Билингсли), переноске грузов
и даже в игре в настольный теннис. Робототехнические игры, таким образом,
могут стать одним из многообещающих направлений развития бытовых роботов.
Одной из наиболее привлекательных и благородных сфер
приложения бытовых роботов является оказание помощи инвалидам. Примером такой
разработки является исследование, проводимое в Токийском университете, где
создают "двурукого"робота-няню, способного выполнять целый набор
задач - от снятия телефонной трубки до накры- вания стола.
Другой японский проект, разрабатываемый с 1977 г. в лаборатории механики (г. Цукуба), ставит целью создание робота-поводыря для утративших
зрение. Движущийся колесный робот "Мелдог" ( 2.6), посылая
ультразвуковые импульсы, обнаруживает и опознает препятствия на своем пути, а
бортовой компьютер сравнивает полученную информацию с заложенной в памяти
топографической картой данного района. Таким образом, робот, получая
представление о том, что происходит в ближайшем окружении, способен заметить,
например, движущийся автомобиль или другое транспортное средство вблизи
перекрестка, который намерен перейти слепой. Кроме того, робот оснащен
оптическим датчиком для сбора информации о встречающихся на его пути
ориентирах и передачи для анализа в компьютер. "Мелдог" управляет
владельцем через электрический соединительный шнур, а посылаемые роботом
электрические импульсы поступают на электроды пульта управления, с которыми
контактируют пальцы человека. Импульсы посылаются в соответствии со
специальным кодом, освоив который слепой следует правильным путем, избегая
опасных столкновений.
Обширная область применения открывается перед
робототехникой в здравоохранении и медицине - это обучение физическим
упражнениям, физиотерапия, хирургия, протезирование и т.п. Незаменимым помощником
для тренеров горнолыжного спорта может стать разработанный профессором из г.
Ниигата Мотииоси Миура "Роботаро" - электронный лыжник, способный
по заданной программе наглядно демонстрировать элементы движения и самых
сложных маневров горнолыжников, определять рациональную программу спуска.
В клинике университета японского города Кобе в качестве
ассистента врача-физиотерапевта "трудится" робот, помогая
осуществлять программу восстановления у пациентов функций поврежденных и
больных суставов и мышц. При проведении лечебной гимнастики для поврежденной
конечности робот использует свою гибкую и подвижную "руку", с
помощью которой выполняет специальные упражнения сустава и сравнивает
результаты с предварительно заложенной в его память программой лечебной тренировки,
выдавая результаты на экран дисплея. Особенно подкупает больных
"общительность" робота, который задает темп и ведет счет
упражнениям. На решение, казалось бы, совершенно фантастической задачи
мобилизованы лучшие силы ряда университетов Японии, а также мощных корпораций
"Hitachi", "Sumitomo Donki" и др. по созданию
микроскпического робота-хирурга, способного самостоятельно передвигаться по
внутренним каналам человеческого организма, умеющего отыскивать пораженные
участки, удалять раковые клетки и производить другие сложные операции.
"Если такой микроробот будет создан, то это может вызвать настоящую
революцию в медицине", - считает один из разработчиков программы
профессор Токийского университета Ивао Фудзимаса.
Дальнейшее совершенствование и повседневное использование
бытовых роботов находятся в прямой зависимости от успехов в области
разработки систем искусственного интеллекта.
Роботы-проектировщики предназначены для автоматического
расчета и проектирования машин и сооружений, разработки технологических
процессов, систем управления, информационного обеспечения и т.п. В настоящее
время они существуют лишь в виде отдельных систем автоматизированного
проектирования (САПР), еще далеких от совершенства, но интенсивно
развивающихся.
Проблема роботизированного проектирования (проектирования
с помощью роботов) становится особенно актуальной в связи с разработкой и
созданием гибких производственных систем, состоящих из нескольких
роботизированных модулей и содержащих столь много переменных, что человеку-проектировщику
становится не под силу увязать их между собой. Идеальным инструментом для
решения таких задач проектирования становится моделирование на компьютере с
помощью роботов. Примером такого робота-проектировщика может служить система
"GRASP" (Graphical Robot Application Simulation Package - пакет
программ для графического моделирования работ с помощью робота), созданная в
Ноттингемском университете (Великобритания). Путем анализа и оценки большого
массива исходных данных и параметров система позволяет устранить противоречия
и обеспечить оптимальную планировку рабочего оборудования роботизированного
модуля ГПС с выдачей графического изображения.
Дальнейшее развитие роботизированного проектирования в
гибких автоматизированных производствах предполагает оснащение их системами,
обозначаемыми по международной терминологии: CAD (Computer - aided Design -
компьютерная система проектирования) - аналог отечественной системы
автоматизированного проектирования; САМ (Computer - aided Manufacturing -
компьютерная система производства) - аналог отечественной автоматизированной
системы управления техническими процессами (АСУТП); CAI (Computer - aided
Inspection - компьютерная система контроля).
В таких единых интегрированных системах CAD-CAM-CAI, или
то же что CAD-MAT (МАТ - Manufacturing and Testing - изготовление и контроль)
роботам-проектировщикам отводится важная роль.
Исследовательские роботы - это роботы, предназначенные для
поиска, сбора, переработки и передачи информации об исследуемых объектах.,
Такими объектами могут быть труднодоступные, а также недоступные для человека
сферы - космическое пространство, океанские глубины, недра Земли,
эктремальные лабораторные условия и т.п. - либо области, где требуются
выявление, переработка и анализ огромных количеств информации, например,
информационный поиск и разведка, искусство и литература.
Ярким примером современных исследовательских роботов
являются автоматические аппараты для исследования космоса и планет, или
космические роботы. На протяжении уже многих лет мы являемся свидетелями
штурма космоса семейством очувств- ленных роботов. В октябре 1959 г. с помощью советской автоматической станции "Луна-3" впервые удалось
сфотографировать обратную сторону Луны, что явилось началом прямого изучения
лунной поверхности. Советский космический аппарат автоматической станции
"Луна-16" 24 сентября 1970 г. доставил на Землю образцы лунного грунта. Аналогичная операция была проведена в феврале 1972 г. автоматической станцией "Луна-20". Очувствленные космические роботы
"Луноход-1" (1970 г.) и "Луноход-2" (1973 г.), доставленные на поверхность Луны автоматическими станциями "Луна-17" и
"Луна-21" и управляемые человеком-оператором в супервизорном
режиме, получили и передали на Землю ценнейшую информацию о лунной
поверхности.
Первый в истории человечества очувствленный космический
робот "Луноход-1" ( 2.7) имел довольно сложный сенсорный аппарат с
элементами искусственного зрения в виде бортовых стереоскопических
телевизионных камер, совершенную двигательную систему в виде 8-колесного
шасси с автономно управляемыми мотор-колесами и манипулятор для взятия проб
грунта, что позволило ему выполнить сложную программу перемещений и исследований
на поверхности Луны.
Космические роботы вошли в состав посадочных модулей
американских автоматических лунных аппаратов серии "Сервойер".
Каждый такой робот, оснащенный рукой-пантографом с рабочим органом в виде
экскаваторной лопаты, способен с целью забора лунного грунта копать траншею
на расстоянии 1 м от посадочного модуля.
В июле 1976 г. на поверхность Марса был доставлен
американский космический робот-лаборатория "Викинг"' ( 2.8). В
отличие от "Луноходов" этот аппарат стационарный, но тоже снабжен
манипулятором с грунтозаборным устройством, успешно работавшим более двух
лет, на протяжении которых поддерживалась связь с Землей.
Эти выдающиеся эксперименты имели большое значение не
только для космических исследований, но и для развития робототехники, они
показали, насколько сложным и, казалось бы, невыполнимым может быть задание,
даваемое космическому роботу.
По прогнозу известного специалиста, руководителя программы
по автономным системам и космической механике (Лаборатория реактивного
движения, США), Эвапьда Хиера, дальнейшее развитие космических роботов и
манипуляторов будет осуществляться в следующих 4-х направлениях: 1)
исследовательские системы, 2) глобальные и обслуживающие комплексы, 3)
системы "индустриализации" космоса, 4) транспортные системы.
Теперь одним из самых совершенных
"обслуживающих" космических роботов следует считать дистанционно
управляемую манипуля- ционную систему (ДУМС) ( 2.9) транспортного
космического корабля многоразового использования "Спейс Шаттл",
разработанную канадскими учеными по заказу Национального управления по
аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) США; она предназначена
для съема с орбиты различных грузов и объектов с помощью манипуляторов с
шестью степенями подвижности, радиусом действия 15,2 м и грузоподъемностью около 30 т (!), а также для производства ремонтных и аварийных работ, для
чего манипулятор оборудован двумя телекамерами. Системой управления ДУМС
предусмотрено несколько режимов управления: от ручного - с пульта кормового
поста корабля "Спейс Шаттл", до автоматического - по программе,
заложенной экипажем на Земле или уже в космосе. Подобные манипуляторы для
съема отработавших спутников с орбит и обслуживания космических кораблей
разработан также в нашей стране.
С наступлением в обозримом будущем эпохи создания и
использования стационарных космических станций следует ожидать новых
достижений в области космической робототехники. Интересна разработка,
представленная коллективом специалистов США, работающих над космической
программой "АРАМИС". Дистанционно пилотируемый обслуживающий модуль
(ДПОМ) ( 2.10) оснащен четырьмя манипуляторами, два из которых, предназначенные
для работы с объектами, размещены на лицевой стороне модуля, а два других,
менее мощных, используемых для причаливания к объекту, расположены по бокам.
Ниже манипуляторов смонтирована полка со специализированными рабочими
органами, а под ней - стеллаж с запасными частями, предназначенными для
обслуживания и ремонта объекта. Телевизионные камеры установлены по центру
робота и над "Илечевыми суставами"
Такой космический робот предназначен для технического
обслуживания космических аппаратов и способен выполнять операции в космосе не
хуже человека. В основу его управления положен принцип "дистанционного
присутствия", согласно которому оператор может управлять с Земли
действиями модуля в космосе так, как если бы он находился на его борту. Два
манипулятора захватывают на орбите спутник, вышедший из строя, а два других
выполняют ремонтные работы. Для доставки обслуживающего модуля к рабочему
месту разработан транспортный космический робот, так называемый маневрирующий
орбитальный аппарат (МОА).
Исследования и разработки, направленные на создание и
совершенствование космических роботов, бедутся во всех ведущих промышленных
странах; с середины 1990-х гг. предполагается внедрение в конструкции
космических аппаратов новейших средств искусственного интеллекта,
обеспечивающих возможность адаптивного управления космическими роботами.
В связи с нарастающим интересом к освоению ресурсов
мирового океана во всем мире создаются подводные роботы, предназначенные для
исследования и освоения подводных глубин. Исследование и освоение океанских
глубин так же, как и космоса, связано с тяжелыми и опасными для человека
условиями, поэтому применение подводных роботов является одним из
магистральных направлений в решении этих проблем.
полезных ископаемых, поиске и подъеме затонувших судов,
ведении спасательных работ, а также освоении животных и растительных ресурсов
подводных глубин. По своеобразной прогнозной классификации специалиста Центра
океанских систем ВМС США (штат Калифорния) Скотта Хармона, развитие подводных
автоматических аппаратов будет формироваться в трех направлениях: 1) роботы,
ползающие по океанскому дну на довольно значительные расстояния, предназначенные
для разведки и добычи полезных ископаемых, осуществления поисковых работ,
осмотра, укладки или ремонта кабелей и трубопроводов и т.п.
("Крабы"); 2) роботы, перемещающиеся в толще воды на сравнительно
небольшие расстояния, оснащенные несколькими манипуляторами и предназначенные
для осмотра, технического обслуживания и ремонта подводных частей судов и
сложных сооружений (например, буровых установок), восстановительных и
спасательных работ на затонувших судах и т.п. ("Осьминоги"); 3)
роботы, плавающие в толще воды на значительные расстояния, оснащенные мощными
и дальнодействующими сенсорными устройствами и системами связи, способные
перемещаться с очень вольшой скоростью и предназначенные для визуального
осмотра, наблюдения, гидрографической съемки и т.п. ("Акулы").
В зависимости от характера связи с надводным судном
подводные роботы делятся на автономные и неавтономные (привязные).
К настоящему времени в мире создано более 100 подводных
автоматических аппратов различного назначения, снабженных манипуляторами.
Одним из первых отечественных подводных роботов был созданный в 1968 г. Институтом океанологии АН СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими
вузами исследовательский телеуправляемый от ЭВМ аппарат "Манта"
(типа "Осьминог") с очувствленным захватным устройством, оснащенный
двумя гидравлическими манипуляторами грузоподъемностью 50 кг с семью степенями подвижности каждый. Система управления и сенсорный аппарат робота позволяли
брать объект, указанный оператором на телеэкране; переносить его ближе к
"телеглазу" для изучения либо укладывать в бункер, а также
выполнять поиск объектов вслепую (на ощупь) в случае потери видимости из-за
замутненной воды.
Специалистами из Японского центра научно-технических
исследований моря (г. Йокосука) создан ряд дистанционно управляемых
глубоководных роботов "Долфин" ( 2.11) с глубиной погружения до 3300 м ("Долфин-ЗК"), предназначенных для осмотра подводных сооружений, сбора образцов и
ведения геологической разведки на океанском дне ("Краб");
предполагается также использование его в качестве исследовательского зонда
для обитаемого подводного аппарата "Синкай-2000". Для связи с
надводным судном, приема команд и передачи информации на поверхность
используется волоконно-оптический кабель, имеющий значительно большую информационную
пропускную способность, чем традиционные мерные проводники.
В последние годы усилия исследователей и разработчиков
обращены на создание автономных подводных роботов, наделенных совершенными
управляющими системами и искусственным интеллектом. Такие роботы, способные
плавать или перемещаться, минуя препятствия, самостоятельно возвращаться на
базу, обладают большой эффективностью и универсальностью, их не сдерживает
тяжелый соединительный кабель.
Управляемые компьютерами автономные очувствленные
подводные аппараты канадской фирмы "ISE" (International Submarin
Engineering), ведущей в мире, хотя и имеют высокую начальную стоимость (1-2
млн. дол.), но существенно дешевле в эксплуатации, чем привязные аппараты,
так как не требуют постоянного присутствия высококвалифицированного
инженера-оператора Они способны самостоятельно в соответствии с заложенным в
компьютерную память маршрутом плавать в обширном районе океана
("Акула"), разведывая с помощью телекамер и акустических датчиков
месторождения различных ископаемых, обнаруживая повреждения в трубопроводах и
кабелях связи и др., и возвращаться после выполнения задания на базу.
Робот фирмы "ARCS" (Autonomous Remote Controlled
Submersible - автономный дистанционно управляемый подводный аппарат) может
плавать со скоростью 8 км/ч на глубине до 300 м, питаясь от аккумуляторных батарей и передавая информацию по акустической линии связи. Другой
подводный робот канадской фирмы - гидрографическая система "DOLPIN"
(Deep Ocean Logging Platform Instrument for Navigation - глубоководная
океанская навигационная платформа) опускается лишь на 5 м ниже уровня воды, но передвигается со скоростью до 24 км/ч, поддерживая связь с оператором с помощью радиосигналов, передаваемых посредством специальной антенны-шноркеля,
выступающей из воды и служащей одновременно для забора атмосферного воздуха,
необходимого дизельному двигателю аппарата.
Несмотря на научно-технические и финансовые трудности,
программы создания новых и совершенствования существующих автономных роботов
осуществляются довольно успешно.
|