![]() |
Подводные роботыНе только ли космос осваивает в наши дни человек? Отнюдь нет. И на Земле есть еще обширные необжитые людьми пространства. Сейчас идет, например, интенсивное освоение Мирового океана. Ведь его огромные просторы, занимающие свыше 70%| поверхности земного шара, до сих пор таят в своих глубинах почти столь же много загадок природы, как и космос. (Слово "почти" должно навести на мысль, что сравнение не совсем правомерно, так как космос не имеет границ, а океан "заключен" во вполне определенный объем - известны и протяженность береговых линий и средняя глубина Мирового океана.) И вот что важно: по данным проведенных к настоящему времени исследований недра Земли под океаном и сам океан представляют собой кладовую несметных богатств: и рыбы, и морских животных, и ценных водорослей, и полезных ископаемых, и многих других ресурсов. Из оценок запасов, например, марганца и железа следует, что только в Тихом океане их по крайней мере в 5 раз больше, чем на всех материках. Под морским дном хранятся колоссальные залежи угля, нефти, меди, молибдена, цинка; имеются россыпи тяжелых металлов. Существует даже прогноз геологов, согласно которому под дном океана между Южной Африкой и Бразилией залегает алмазная жила, многократно превосходящая все запасы этого редкого и ценного вещества на суше. Между тем непосредственно человеку (ныряльщикам, аквалангистам, водолазам) доступна лишь малая часть шельфа - узкая прибрежная полоса, где глубина не превышает 200 м. Вся же остальная часть океана, т. е. прилегающая к материковым склонам, где глубина от 200 до 2 тыс. м, и основная (так называемое ложе), где глубина 2-6 тыс. м (в отдельных впадинах и свыше 10 тыс. м), может быть исследована и освоена только с помощью подводных аппаратов, защищающих людей от колоссального давления воды. (Оцените сами, какое примерно давление "ожидает" человека на "средней" глубине, скажем, порядка 3 тыс. м.) Для исследований океана созданы в наше время самые разнообразные подводные аппараты - от батисфер и батискафов до специальных подводных лодок, этих современных "Наутилусов". И если только какой-либо из подобных аппаратов предназначается не просто для наблюдений, а еще и для выполнения определенных практических действий, например, для взятия со дна. образцов пород, крепления ко дну датчиков, опознавательных знаков и т. п., то ему обязательно понадобится "рука": с ее помощью проще всего сделать такую работу, не прибегая ни к каким хитроумным приспособлениям. А это и значит, что ему нужен робот (рис. 78). Совершенно ясно, что в случае добычи полезных ископаемых со дна океана без роботов обойтись вообще нельзя. ![]() Рис. 78. Подводный аппарат, снабженный манипулятором Сейчас прибрежная часть морей освоена уже промышленно: здесь добывается большое количество нефти и других минеральных ресурсов. И следует сказать, что применение в этих целях роботов, особенно на стадии поиска полезных ископаемых, началось значительно раньше, чем в космосе, и в настоящее время экспериментальные разработки уступили место систематическому целенаправленному использованию подводных робототехнических устройств. Любопытно, что хронологически первые подводные роботы старше даже промышленных. Целесообразность их создания и эксплуатации была очевидна всем: стоимость систем, обеспечивающих возможность пребывания человека на глубине, огромна и превосходит стоимость самых совершенных роботов; кроме того, на глубине более 300 м выполнение . любых сложных работ, например монтажных, человеком-водолазом практически невозможно. Какие же конкретно работы "поручаются" подводным роботам? Из сказанного выше вы могли заметить, что освоение океана предполагает решение двух основных задач: изучение его и извлечение из него ресурсов. Соответственно этим задачам главным образом и конструируются робототехнические устройства: для разведки глубин океана создаются роботы-наблюдатели, для выполнения на больших глубинах нужных операций с материальными объектами роботы - специалисты в тех или иных областях подводной индустрии. Среди последних - монтажники, сварщики, ремонтники подводного оборудования и др. Но этими задачами не ограничивается применение подводных роботов. Существует множество других видов работ под водой, при проведении которых наиболее эффективной альтернативой человеку-водолазу является робот. Это прокладка коммуникаций (кабелей, трубопроводов) по дну моря, подъем затонувших кораблей, самолетов, ремонт подводной части портовых сооружений, заделка пробоин у судов, образовавшихся ниже ватерлинии, и т. п. В отношении подводных роботов может возникнуть такой недоуменный вопрос: а, собственно, как робот достигает дна океана? Когда речь шла о космических роботах, этот вопрос не возникал: подразумевалось, что "транспортом" для них служит космический корабль. Подобно космическим роботам, подводные роботы доставляются обычно к месту назначения морскими судами и спускаются с них под воду, где в зависимости от назначения они могут плавать или передвигаться по твердой опоре (по грунту, борту ремонтируемого корабля и т. д.). Как правило, подводные роботы связаны с кораблем тросом-кабелем, но бывают и автономные устройства, действующие под водой самостоятельно. "Привязной" робот состоит из двух частей: функционирующей подводной части и управляющей надводной части, размещаемой на корабле. По соединяющему эти части тросу-кабелю осуществляется энергопитание "руки" робота, двусторонняя связь между нею и "мозгом" (системой управления), а также спуск под воду и подъем манипулятора робота на поверхность. Особенности среды, в которой приходится действовать подводным робототехническим устройствам (ее большая оптическая плотность по сравнению с воздухом, замутненность), осложняют получение информации с помощью систем технического зрения. Поэтому эти устройства снабжаются еще локационными средствами обнаружения предметов, прежде всего - ультразвуковыми. В подавляющем большинстве существующих подводных аппаратов, снабженных манипуляторами, используется ручное или автоматизированное управление "рукой" непосредственно с борта аппарата, если он обитаем, или дистанционно с надводного корабля. Универсальные роботы-наблюдатели применяются для обследования дна и затонувших на больших глубинах предметов. Обычно они имеют богатую сенсорную систему: кроме подводной телекамеры, на них устанавливают локаторы, приборы инфракрасного видения, тактильные датчики, магнитометры и др. Управляют ими обычно в биотехническом режиме. Манипуляторы этих роботов имеют, как правило, гидравлические приводы, что позволяет им развивать большую мощность, а это в свою очередь дает возможность использовать их практически для любых подводных работ. Типичным примером таких робототехнических устройств служат созданные у нас подводные роботы серии "Манта", сохраняющие "работоспособность" при гидростатическом давлении до 4*107 Па (400 ат). Один из первых роботов этой серии показан на рисунке 79. В состав его системы управления входит бортовой вычислитель на базе мини-ЭВМ. Благодаря этому робот может автономно выполнять следующие "приказы" оператора в супервизорном режиме управления: взять показанный оператором на телеэкране объект, перенести его ближе к телекамере или положить в любую указанную на телеэкране точку пространства, искать предмет вслепую (на ощупь) в заданном квадрате (если вода очень замутнена или видимость потеряна из-за других причин); встречающиеся при этом на пути манипулятора препятствия робот "обходит" автоматически. ![]() Рис. 79. Универсальный (необитаемый) подводный робот Среди специализированных подводных робототехнических систем наиболее многочисленными являются роботы для добычи полезных ископаемых, особенно нефти. Будучи погруженными в море с плавучей буровой платформы, они проводят на дне все необходимые монтажные операции, начиная от установки бурового оборудования и кончая подсоединением трубопровода. Их гидравлические манипуляторы обладают большой мощностью, а система управления чаще всего бывает интерактивного типа - автоматизированная. Несложные монтажные операции выполняются в автоматическом режиме, а в остальных ситуациях роботом управляет при помощи рукоятки, находящейся на поверхности, оператор. Следующий по распространенности тип подводных роботов - роботы, предназначенные для прокладки на дне коммуникаций: кабелей, газо- и нефтепроводов. Они мало отличаются от роботов предыдущей группы, тоже имеют мощные гидравлические манипуляторы, позволяющие использовать их как на глубинах, недоступных или опасных для человека, так и на мелководье для выполнения монтажных операций, требующих силы и мощности, которыми человек не обладает. Они могут быть как плавающими, так и перемещающимися по твердой поверхности. Примером подводных роботов, передвигающихся по дну, может служить робот на гусеничном ходу (рис. 80), управление которым и снабжение электропитанием осуществляют по кабелю длиной до 8 км. ![]() Рис. 80. Робот, перемещающийся по дну с помощью гусениц Не менее важные работы выполняют робототехнические устройства, используемые для поднятия затонувших кораблей. Делают это автоматические системы всех трех поколений - биотехнические и интерактивные роботы. Простейшие из них прикрепляют к указанному оператором месту корпуса или какой-то конструкции затонувшего корабля надувные понтоны и расправляют шланги для накачивания воздуха. Более совершенные устройства, в частности второго и третьего поколения, действующие в интерактивном режиме, не только закрепляют понтоны на лежащем на дне судне, но и подыскивают сами подходящие для этого части корабля, проверяют их прочность, удаляют те, которые мешают подъему судна, освобождают корабль, долго пролежавший на дне, от ила и наносов грунта. Одна из разновидностей таких роботов используется для подъема когда-то затонувшего оружия: торпед, ракет, мин. Очевидно, что для водолаза эта операция опасна - риск для жизни очень велик, поскольку проржавевшие за долгие годы пребывания в морской воде механизмы могут взорвать их смертоносную "начинку" при любой попытке сдвинуть подобный "предмет" с места. В то же время уничтожить его на дне, там, где он лежит, можно не всегда; иногда мешает это сделать, например, близость портовых сооружений. Выручает в этом случае робот-подводник: его железные "руки" - тот инструмент, который позволяет справиться с задачей, не подвергая прямой опасности людей. Эти же роботы применяются для обнаружения и подъема на поверхность потерпевших аварию и затонувших в наши дни самолетов, кораблей, подводных лодок и др. Ныне разрабатываются и конструируются и другие виды подводных роботов, предназначаемые для выполнения самых разнообразных, подчас удивительных работ. Например, в Англии создан робот РМ-3, у которого манипулятор "держит" вращающуюся проволочную щетку. С ее помощью робот очищает днище судна и его корпус ниже ватерлинии от прикрепившихся к ним морских животных и растений, которые, образуя своеобразную бугристую корку, заметно снижают скорость судна. Этот робот может производить очистку как в сухом доке, так и под водой. Он снабжен тремя "лапами" с электромагнитами, которые позволяют ему, подобно мухе, ползти даже по вертикальной поверхности. Если очищаемая поверхность сделана из немагнитного материала, электромагниты легко заменяются на присоски. В зависимости от сложности операций управляет роботом ЭВМ или человек-оператор, причем управляющие сигналы передаются исполнительному механизму (манипулятору) по кабелюсветоводу, изготовленному из оптического волокна. За час робот очищает около 300 м2 поверхности. |
![]()
|
|||
![]() |
|||||
© ROBOTICSLIB.RU, 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: http://roboticslib.ru/ 'Робототехника' |