Манипуляторы, работающие в зоне радиации

Учитывая особенность робототехники как средства защиты человека от вредных воздействий, нужно признать, что робототехнические комплексы, предназначенные для работы в агрессивных средах, не менее важны, чем промышленные. А может быть, и более: без них просто нельзя обойтись, если приходится иметь дело с такой средой, а иные средства защиты или ненадежны, или слишком дороги. Первыми среди них появились роботы для зон радиации (рис. 74), так как прогресс ядерной энергетики вызвал необходимость автоматизации и механизации работ внутри ядерных реакторов и других установок, где уровень радиации делает пребывание человека невозможным. Они же являются на сегодняшний день и наиболее многочисленными, так как задача эффективной защиты человека от радиации, возникшая одновременно с началом применения радиоактивных веществ, стала мощным стимулом роботостроения. Ведь кроме как удаление за пределы зоны радиации, нет в настоящее время других способов предохранить человека от лучевой болезни: от нее нет прививок, нет методов какого-то закаливания организма, предупреждающего заболевание в случае интенсивного облучения, и тому подобных средств. А опасны для человека не только сами радиоактивные вещества, но и оборудование, машины, инструменты, которые подверглись воздействию их радиации, так как при этом они тоже становятся радиоактивными.

Рис. 74. Модель биотехнического (копирующего) манипулятора, предназначенного для работы с радиоактивным объектом; его рабочие 'руки' находятся на переднем плане

Робототехнические устройства, действующие в зонах радиации, условно можно разделить на три группы: роботы для обслуживания ядерных реакторов, роботы для ремонтных работ в радиационных установках и роботы для научных исследований с помощью радиоактивных веществ. "Родоначальником" их всех было простейшее механическое манипуляционное устройство, сконструированное для оперирования с радиоактивными веществами. Оно представляло собой металлические "руки", слегка напоминающие по внешнему виду щипцы и находящиеся в ящике, обшитом свинцом. Через прорези, защищенные толстым кварцевым стеклом, можно было следить за тем, как "щипцы" захватывают радиоактивный материал и что с ним делают. Управлял движением манипуляционного устройства экспериментатор, держа руками выступающие через специальные отверстия в ящике концы "щипцов".

Сейчас же для обслуживания ядерных реакторов используются автоматические роботы всех трех поколений - в зависимости от типа конкретных операций, которые им "поручены". Зачастую разработка и изготовление этих роботов ограничиваются единичными образцами, так как каждый из них "приспосабливают" к реактору определенной конструкции, который он будет обслуживать. Что же именно делает обслуживающий реактор робот? Производит при эксплуатации реактора загрузку радиоактивного "горючего", удаляет шлак, регулирует интенсивность ядерных реакций и т. п., т. е. осуществляет операции, которые, с одной стороны, являются самыми главными для обеспечения нормальной работы реактора, а с другой - в принципе не могут быть выполнены человеком.

Роботы, предназначаемые для проведения научных исследований с радиоактивными веществами, наоборот, однотипны и близки по характеристикам к промышленным роботам малой грузоподъемности. Очень распространены в научных лабораториях простые и дешевые робототехнические устройства первого поколения. Однако они неудобны тем, что небольшие неточности в движениях манипулятора постепенно накапливаются, и в конце концов робот начинает класть предметы, которыми он оперирует, мимо нужного места или начинает задевать манипулятором хрупкое лабораторное оборудование. Более совершенными системами являются роботы второго и третьего поколений. Так, робот "Смарт Арм" ("умная рука") с помощью телекамеры может читать буквы и знаки на лабораторных приборах и посуде. Он способен по составленной для него программе или в соответствии со знаками, нанесенными на оборудование, проводить несложные опыты: брать колбы и пробирки, сливать и смешивать содержащиеся в них вещества, отмеривая определенные их количества, загружать материалы в анализатор и т. п.

Учитывая, что в настоящее время радиоактивные вещества получили большое распространение во многих областях науки, техники, производства (в медицине, сельском хозяйстве, химической промышленности и т. д.), легко представить себе, сколь необходимы подобные роботы для нашего народного хозяйства: любое предприятие или научное учреждение, использующее радиоактивные вещества, становится первейшим потребителем робототехники. Внедрение здесь роботов дает значительный экономический эффект, поскольку стоимость устройств надежной защиты человека от облучения составляет сейчас львиную долю стоимости всего другого оборудования.

Для профилактических и текущих (вызванных какими-то неполадками) ремонтных работ в радиационных установках используются в большинстве случаев робототехнические системы биотехнического типа, так как при ремонте этих установок могут возникать непредсказуемые ситуации. Манипуляторы роботов-ремонтников отличаются избыточным числом степеней подвижности: ведь им во время восстановительных работ часто требуется перемещение по сложной траектории, чтобы "обойти" возникающие на пути препятствия. Человек-оператор "на ощупь" (по сигналам датчиков соприкосновения манипулятора) или с помощью телекамеры ориентирует "руку" робота нужным образом и выполняет необходимые ремонтные операции. Эти робототехнические устройства - самые безопасные средства устранения неисправностей в ядерных энергетических установках.

Интересный специализированный робот для ремонта ядерного реактора спроектирован и построен компанией "Испано-Сюиза". Его высота 12 м и масса 3,5 т. Несмотря на гигантские размеры и кажущуюся неповоротливость, этот мощный манипулятор успешно работает в тесном пространстве ядерного реактора, выполняя все необходимые ремонтные операции, разумеется, под "руководством" оператора. Со временем, когда будет накоплен достаточный опыт ремонтных работ в ядерных установках, появится возможность использования для их выполнения интерактивных робототехнических устройств: типовые ремонтные операции будут запрограммированы и станут осуществляться "интеллектуальными" роботами самостоятельно- в автоматическом режиме, а оператор будет приходить им на помощь лишь в особо сложных, нетипичных случаях.

Наиважнейшее требование к роботам, применяемым в ядерной энергетике,- надежность. Выход из строя или даже сбой в деятельности такого робота чреват серьезными бедами: ведь люди не только не могут без риска для жизни сделать то, что ему было "задано", но и практически лишены возможности отремонтировать его, так как он находится в зоне интенсивной радиации. Применение роботов при устранении последствий аварии на Чернобыльской АЭС показало, что в настоящее время их надежность явно недостаточна.