"Взаимоотношения" роботов и ЭВМ

Рассказывая об основных узлах и принципах действия роботов, о трех их поколениях, мы исподволь постоянно затрагивали вопрос о взаимосвязи развития робототехники и вычислительной техники. Да и как могло быть иначе, если главным "органом" - "мозгом" - современного робота служит ЭВМ, если от процесса совершенствования вычислительной техники зависит научно-технический прогресс практически во всех областях человеческой деятельности (вот и вы стали уже в школе изучать новый специальный предмет - основы информатики и вычислительной техники), а в роботостроении именно этот процесс в первую очередь определяет функциональные возможности создаваемых робототехнических устройств?

Вычислительные машины представляют собой неотъемлемую важнейшую часть современной робототехники. Ведь, отвлекаясь от деталей, упрощенно можно сказать, что промышленный робот -это манипулятор, управляемый ЭВМ. Действительно, мы видели, что роботы второго и третьего поколений обязательно содержат ЭВМ, а роботы первого поколения, которые, вообще-то говоря, могут обходиться без них, сейчас тоже снабжаются ЭВМ с целью унификации и стандартизации робототехнических систем, что облегчает на практике их совместное использование и создание для них единых (стандартных) узлов, например манипуляторов.

Из описания систем управления роботов следует, что поколение, которому каждый из них относится, определяется только устройством его системы управления, возможности которой в свою очередь зависят исключительно от совершенства применяемой ЭВМ. Таким образом, ведущее положение в роботостроении занимает вычислительная техника, именно с ее прогрессом связывают дальнейшие успехи робототехники. Это обусловлено тем, что вторая главная часть робота - манипулятор тоже, конечно, совершенствуется, но без резких качественных скачков, в то время как система управления - "мозг" робота делает очередной скачок вперед с каждым крупным шагом в развитии вычислительной техники. Так, смена поколений ЭВМ, появление мини-и микроЭВМ, а также микропроцессорных вычислительных устройств заметно сказалось на модификации систем управления роботов. Миниатюризация, удешевление вычислительной техники и, главное, повышение ее надежности привели к тому, что практически в любой системе управления робота используются сейчас ЭВМ: для роботов первого поколения это микроЭВМ, для более сложных (второго и третьего поколений) - мини-ЭВМ, а для отдельных конструкций роботов с элементами искусственного интеллекта - большие ЭВМ.

Зная уже иерархическую организацию системы управления робота, можно сказать, что микроЭВМ достаточна для него, если предусматриваются только исполнительный и тактический уровни управления. Для робота же, имеющего стратегический уровень в системе управления, нужна мини-ЭВМ, а для обладающего высшим уровнем требуется большая ЭВМ или высокопроизводительная мини-ЭВМ. Впрочем возможно включение в состав сложной системы управления робота нескольких ЭВМ, дополняющих друг друга. Например, у робота третьего поколения мини-ЭВМ может реализовывать только высший уровень иерархии в системе управления, а микроЭВМ - стратегический уровень, микропроцессоры - тактический и исполнительный уровни.

Если говорить о перспективах использования вычислительной техники в роботостроении, то наиболее вероятным можно считать широкое использование микропроцессорных систем, так как несколько микропроцессоров вполне справляются с обслуживанием исполнительного уровня системы управления (1-2 микропроцессора на каждый привод манипулятора), а еще несколько микропроцессоров могут обеспечить функционирование тактического уровня. Для того чтобы система управления робота и на стратегическом уровне реализовывалась на микропроцессорах, из них нужно собирать довольно сложную систему. Тем не менее это выгодно делать для серийных образцов промышленных роботов, выпускаемых большими партиями, поскольку собираемая в этом случае микропроцессорная система все же дешевле, чем выполняющая аналогичные операции микроЭВМ. Для единичных образцов роботов со стратегическим уровнем управления целесообразно применение универсальных микроЭВМ с соответствующим набором программ.

Поскольку у современного робота система управления за исключением сенсорных устройств представляет собой вычислительную систему, иногда вместо термина "система управления" говорят просто: "управляющая ЭВМ", подразумевая под ЭВМ не только отдельную вычислительную машину, но и их совокупность, и микропроцессоры. Это оправдано тем, что функции ЭВМ как раз такие, какие мы выявили у системы управления: она получает команду через пульт управления непосредственно от человека-оператора, причем сложность и подробность команды зависит от степени "разумности" робота (т. е. самой вычислительной системы), обрабатывает эту команду в соответствии с заложенной в ее памяти программой, детализируя команду и разделяя ее на более простые, понятные нижним уровням системы управления (другим программам обработки информации той же вычислительной системы). При необходимости она запрашивает сведения о внешней среде и состоянии самого робота и получает данные от сенсорных датчиков и датчиков обратной связи. Соотнеся их с программами действий и выбрав из них оптимальную, она посылает управляющие сигналы к приводам манипулятора, и он совершает нужное движение - робот выполняет команду.

Начиная рассказ о робототехнике, мы говорили о том, что она использует новейшие достижения многих областей науки и техники, не выделяя какие-либо из них особо. Теперь мы уже можем оценить наиважнейшую роль вычислительной техники в развитии роботостроения и с уверенностью сказать, что в будущем именно она станет базой совершенствования роботов и расширения их функциональных возможностей. Несомненно, что удельный вес специалистов по вычислительной технике будет среди роботостроителей наибольшим.