Какой он, робот будущего?

В каких направлениях будет идти совершенствование самого робота? К ним прежде всего следует отнести создание надежных систем "зрения" и "осязания" универсальной руки, сокращение до минимума площади, занимаемой роботом, увеличение подвижности робота, организацию речевой связи между человеком и роботом, полную самодиагностику и, наконец, обеспечение безопасности окружающих.

Давайте посмотрим, над чем работают ученые, какие новинки придут на производство через несколько лет.

Сегодня специалисты пытаются создать роботов, автоматизирующих укладку деталей в кассеты. "Обучение" промышленного робота сортировке деталей осуществляют в ЭНИМСе. Адаптивный промышленный робот модели УМ-40Ф2, пожалуй, один из самых перспективных, наиболее отвечающих требованиям автоматизированного производства. И вот почему. Для создания робота, умеющего выбрать из кучи заготовок одну нужную деталь, недостаточно простого программирования его движений. Робот УМ-40Ф2 снабжен датчиками и системой управления на основе мини-ЭВМ. На конце механической руки установлено захватное устройство с определенным магнитным полем. А это значит, что его "пальцы" возьмут только ту заготовку, которая требуется.

Интересное решение предложили в Институте проблем передачи информации АН СССР. В ящик с заготовками робот опускал электромагнит. Датчик усилий на конце "руки" сигнализировал о контакте магнита с содержимым ящика, после чего в обмотку магнита подавался ток. К "руке" прилипала целая "гроздь" притянутых деталей. Система управления анализировала вес "грозди" и постепенно уменьшала ток в обмотке магнита. "Гроздь" рассыпалась, и на магните оставалась только одна деталь. Робот поднимал электромагнит. Ток снова увеличивали, и "рука" переносила примагниченный предмет.

Уже создан робот, с которым можно поговорить, посоветоваться, переспросить, о чем-то и напомнить. Его разработали сотрудники минского научного отдела Московского отделения ЦНИИ связи. В принципе общение с ЭВМ не новшество. Но идея конструкторов заключалась в том, чтобы человек мог разговаривать с электронно-вычислительной машиной на своем языке, а не только с помощью перфокарт, перфолент и магнитных лент. Для этого сделали устройство, которое помогло ЭВМ понять нашу речь, научили и саму машину говорить.

Для начала новорожденный "фонемофон" самостоятельно и внятно поздравил всех сотрудников лаборатории с Новым годом. Работает он в системе "Интеллект" Министерства жилищного и коммунального хозяйства Белорусской ССР. Утром робот напоминает всем руководителям министерства о предстоящих важнейших делах. Через него можно получить все последние данные о работе подразделений министерства.

...Весь совхозный парник, за исключением транспортной дорожки, густо увит стеблями огурцов. Зеленые стены шпалер образовали длинные коридоры, пересеченные вдоль трубами надпочвенного обогрева. Двойная линия труб очень похожа на узкоколейку железной дороги. По одной из этих огуречных аллей движется робот на колесах. С дальнего конца теплицы он начал обход своих владений. Но не пытайтесь соревноваться с машиной в отборе спелых огурцов - робот окажется и зорче и проворней. Его "глаза" быстро скользят по вертикальной глади растений и лучом просвечивают все плоды. Вот он остановил свой "взгляд" на спелых огурцах. В считанные секунды бесшумно вылезла "механическая рука", и плоды один 8а другим посыпались в контейнер.

Меньше 20 мин понадобилось автоматическому сборщику, чтобы собрать созревшие огурцы. Еще не раз он пробежит по рельсам вдоль тепличных гряд. Что не собрал за одну операцию, возьмет в другой раз. Небольшая погрешность робота допустима.

Всем операциям по уборке урожая в теплице "научили" робота ученые Всесоюзного института сельскохозяйственного машиностроения, испытавшие своего первенца в совхозах "Московский" и "Заречье".

Секрет робота прост. Бесконтактный поиск осуществляется путем облучения всего растения энергией. "Глаз" робота воспринимает последнюю от облученной массы и преобразует ее в электрический сигнал. В это время робот сравнивает этот сигнал с сигналом "эталонного огурца" и, если они совпадают, мгновенно отдает приказ "руке" сорвать плод.

Новый способ уборки избирателен. Робот снимает плоды только заданного размера. К тому же он выгодно отличается от различных скашивающих все подряд и встряхивающих все растение механизмов. Робот выгоден и экономически и агротехнически (он не нарушает требований к целостности растений). В будущем его можно использовать на уборке перца, томатов, винограда.

Большое значение имеют эксперименты, проводимые в экстремальных условиях - в космосе, на дне океана, при сверхнизких и сверхвысоких температурах. Помогая ученым, робот сам сдает экзамен, становится как бы полигоном для испытания технических решений, которые потом будут использованы при разработке серийных промышленных роботов.

С развитием электронной промышленности возникла проблема создания роботов для вакуумной технологии. Действительно, при изготовлении интегральных схем, полупроводниковых приборов, искусственных рубинов, сапфиров и других сверхчистых материалов нужна особая очистка в глубоком вакууме. Но и рождение кристаллов, и сборка микросхем требуют сложных технологических операций, которые должны выполнять роботы, помещенные в вакуумные камеры. Причем к ним предъявляются такие трудно реализуемые требования, как наименьшая металлоемкость, точность, измеряемая долями микрона, долговечность.

Проблема создания роботов, функционирующих в условиях вакуума, привлекла молодых ученых Московского института электронного машиностроения, Московского высшего технического училища имени Н. Э. Баумана и Владимирского политехнического института. Они решили собрать механизмы из герметичных пневматических пружин, до сих пор используемых лишь в манометрах и вакуумметрах. Пружина представляет собой полую металлическую трубку, к которой прикреплен рычаг. Под давлением сжатого воздуха, подающегося в трубку, она деформируется и отклоняет рычаг, к концу которого может быть присоединено захватное устройство. Оно, в свою очередь, состоит из двух пневматических пружин.

Преимущества механизмов из таких упругодеформируемых пневматических элементов подтверждены практикой. На сегодняшний день они не имеют аналогов среди существующих автоматических механизмов технологического вакуумного оборудования.

Испытания робототехники проводятся и в научных экспедициях. Вот, например, "Дельта" - система автономной навигации, установленная на борту орбитальной космической станции "Салют-7". Этот робот измеряет скорость движения станции, устанавливает ее положение в пространстве, прогнозирует движение "Салюта-7". Казалось бы, функции у него сугубо космические. Но проверку в условиях космоса проходят земные системы программирования робота. Кстати, Центр управления полетом уже в ходе экспедиции не раз менял программы для "Дельты". Тщательно проверяются на станции и различные датчики - "органы чувств", интересующие создателей промышленных роботов не сами по себе, а как "партнеры" управляющих систем автоматического комплекса. Наконец, экзамен на орбите сдают и световые табло - без них в цехе-автомате тоже не обойтись.

Такой же подход осуществляется и по отношению к разработкам в области автоматизации подводных исследований. Тут главные экстремальные факторы - огромное давление и агрессивная среда. А задач, стоящих сегодня на повестке дня перед подводными исследователями, множество: и сбор образцов коренных пород, и пробы грунта в труднодоступных глубинах океана, и пробы воды в придонном слое, и установка датчиков на больших глубинах, и т. д.

Первые работы в этом направлении уже проведены сотрудниками Института океанологии АН СССР. С помощью подводных телеуправляемых аппаратов были обследованы вулканические горы в Средиземном море и осуществлена серия геологических разрезов до глубины 1600 м в Тихом океане. Выявилась перспективность таких автоматизированных средств при проведении подводных работ.

...Нажата кнопка "пуск" на пульте управления, и "железная рука", еще минуту назад казавшаяся безвольной, стала наливаться силой. Вытянувшись почти на три метра в длину, она начала сжимать и разжимать пальцы. Для разминки ей предложили поиграть в кубики. Через несколько минут вырос домик почти полуметровой высоты. Затем манипулятор, словно атлет, играючи, стал размахивать пудовой гирей. Справился он и с более деликатной работой: взял хрупкую лампу и перенес ее с одного места на другое.

Это идут испытания нового электрогидравлического манипулятора, сконструированного специалистами опытно-конструкторского бюро специальных технических средств Министерства рыбного хозяйства СССР. Конечно, создавалась новая машина не ради развлечения. Установленный на подводном аппарате манипулятор опустится в глубины океанов и морей с давлением в десятки атмосфер, заступит на вахту, например возьмет пробы со дна или смонтирует простейшее оборудование.

"Наш автомат относится к числу семейства копирующих машин, - пояснял наблюдавший за экспериментами главный инженер опытно-конструкторского бюро В. М. Ерошкин. - Иными словами, в точности повторяет движения оператора, который направляет действия манипулятора через смотровой иллюминатор".

На глубине человек и манипулятор разделены корпусом подводного аппарата. В лаборатории эта преграда, конечно, условна. И поэтому всем присутствующим хорошо видны и действия оператора, и реакция на них "руки". Через так называемый задающий орган манипулятор связан с рукой оператора, который таким образом включается в систему управления. Получая сигналы в виде электрических импульсов, манипулятор копирует своей "железной рукой" движения руки человека. Каждая команда выполняется под контролем электронного вычислителя. Этот своеобразный "мозг" не только следит за тем, дошел ли сигнал по адресу, но и постоянно вносит поправки. В результате движения машины плавны и непрерывны - этим манипулятор выгодно отличается от существующего оборудования. Он имеет семь степеней свободы. Это высокий показатель. Достаточно сказать, что у руки человека двенадцать основных степеней свободы. Но манипулятор может сделать то, что руке человека не по силам - вращать кистью вокруг собственной оси.

Начался следующий этап эксперимента. Манипулятору предложили решить некоторые из подводных задач. "Рука" его опустилась в стоящий рядом ящик. Оттуда она вернулась, вооруженная сверлом. Действуя кистью, как дрелью, автомат быстро проделал в деревянной доске отверстие. Затем, поменяв инструмент, он стал работать ломиком, молотком и дночерпателем. Навешивал гайки на болты, открывал и закрывал заслонку воображаемого трубопровода, подносил телевизионную камеру. Было проиграно и аварийное поведение манипулятора. На этот случай кисть может, как хвост ящерицы, в нужный момент отделиться от "руки".

Объявили перерыв. А манипулятор продолжал без устали трудиться. Но теперь уже самостоятельно, по заданной программе.

Еще немало испытаний предстоит пройти "железном руке", прежде чем она отправится па Черное море, где ее установят на подводном аппарате "Тинро-2". А конструкторы уже думают над другими, более совершенными манипуляторами. Ими по решению Министерства рыбного хозяйства СССР будут оснащены все подводные аппараты отрасли.

Опыты продолжаются. Одна из важных задач науки сегодня - полное освобождение человека от необходимости непрерывно управлять аппаратом, т. е. создание такой системы "взаимоотношений" человека с роботом, при которой последнему сообщается лишь конечная цель и предоставляется свобода выбора способов ее достижения. Подобные технические решения очень нужны производственникам. Скажем, подводный робот кроме средств передвижения в воде, наблюдения и "общения" с окружающей средой (манипуляторов) должен иметь воспринимающие внешнюю среду датчики и вычислительную систему. Их конструкции можно будет использовать и в ряде отраслей промышленности.

В Институте океанологии разработано так называемое супервизорное управление роботом, предельно упрощающее действия оператора. Последний задает лишь положение объекта, который следует взять манипулятором. И все. Подчиняясь приказу человека, закодированному в соответствующей программе, манипулятор сам найдет объект, к ощупает его своими датчиками, оценит, как удобнее его взять, и, оторвав от грунта, перенесет и положит в бункер.

Тут есть что перенять при разработке промышленного робота для индустрии завтрашнего дня. Впрочем, подобные системы в разных вариантах уже разрабатываются применительно к автоматизированным комплексам в автомобиле- и станкостроении, металлургии, радиоэлектронике, приборостроении, сельскохозяйственном машиностроении, а также в металлообработке.

Впрочем, не во всех отраслях эта работа ведется достаточно активно. Так, в приведенном выше перечне нет, к примеру, пищевой промышленности. А ведь на предприятиях этой отрасли доля ручного труда, даже несмотря на внедрение в последнее время механизированных и автоматизированных линий, еще высока. И приходится кондитерам делать вручную как раз то, что в "железных" отраслях сегодня уже поручено роботам - переносить изделия, загружать их в лотки, выгружать готовую продукцию, а зачастую - и расфасовывать, упаковывать.

Почему же пищевики отстали от машиностроителей? Спросим об этом специалиста. Вот что ответил начальник конструкторского бюро Министерства пищевой промышленности РСФСР: "Специфика предприятий нашей отрасли понятна и тем, кто на них никогда не бывал.

Во-первых, мы имеем дело с продукцией, требующей стерильности на всех этапах производства, точного соблюдения технологических режимов. Брак здесь исправить бывает практически невозможно, пропадает ценное сырье. Наконец, как это ни странно, у нас сама по себе продукция требует особенно деликатного обращения, даже более нежного, чем детали в радиоэлектронике. Вот и получается, что "стальным рукам" пищевики пока еще не доверяют. Но мы не собираемся с этим мириться. На московской кондитерской фабрике "Большевик" уже начал действовать первый в отрасли и, надо думать, один из первых в мировой практике специализированный робот, помогающий загружать печенье в печь и разгружать готовые изделия. Производительность труда на этих операциях возрастает в несколько раз, качество продукции не ухудшается, а люди избавлены от необходимости работать в не очень-то приятных условиях постоянной жары. Конечно, не все шло безукоризненно, но энтузиастов хватает и в КБ и на предприятиях. Заинтересовались новинкой и на других родственных фабриках. Так что надеемся - робот в ближайшие пять - семь лет станет привычным помощником специалистов пищевой промышленности".

Что ж, монолог оптимистический. Как и в других отраслях, на предприятиях пищевой промышленности робот способен снизить потребность в ручном труде, помочь в автоматизации участков и цехов, где выпускаются макароны и конфеты, консервы и печенье, молочные продукты и хлеб... Особенно перспективно использование роботов на обслуживании агрегатов, в которых продукты проходят термообработку, а также на расфасовке и упаковке готовых изделий, на транспортировке емкостей от одного участка к другому.

Существуют проекты роботов для текстильных предприятий. Скажем, наблюдение за работой ткацких станков и устранение обрывов нити вполне по силам роботу. Пригодится он и при окраске тканей, проверке качества продукции, подготовке ее к отправке заказчику.

Робот будущего... В принципе в каждой отрасли народного хозяйства можно найти технологические возможности для внедрения таких машин. Речь идет не только о промышленности. В сельском хозяйстве роботу, по-видимому, поручат управлять техникой на полях, обслуживать тепличное хозяйство, помогать ремонтникам и животноводам. А как бы пригодился робот в прачечной, химчистке!