Робот принимает самостоятельное решение

Промышленные роботы - автоматические манипуляторы - в отличие от обычных автоматов обладают высоким универсализмом. И несмотря на это, они во многих отношениях все же остаются "жесткими" автоматами. Малейшее изменение окружающей обстановки делает робот беспомощным. Такая беспомощность проявляется во многих отношениях. Если, например, будет убрана деталь с привычного для него места, то робот, подчиняясь определенной "жесткой" программе, схватит своей "рукой" пустоту, добросовестно ее перенесет и станет устанавливать в рабочую зону станка. Случайное же препятствие на пути движения "руки" робота может стать причиной аварии.

Как видим, роботы первого поколения хотя и уверенно шагнули в жизнь, в практику промышленного производства, но все же могут не очень-то много. В связи с этим появился, если можно так сказать, своеобразный психологический барьер. От роботов ждали фантастического совершенства, а его пока нет. На определенном этапе внедрения робототехники, прямо скажем, появилось какое-то разочарование. А потом, когда выяснилось, что нынешние роботы еще и дороги, сложны и капризны в эксплуатации, появился и убедительный повод для сомнений. Некоторые производственники стали сомневаться: нужны ли они?

Ученые сегодня говорят, да и опыт и практика многих промышленных предприятий подсказывают, что роботы необходимы для дальнейшего развития науки, техники и производства. Практика показала, что и роботы первого поколения можно эффективно использовать, если применять их не отдельно, а в роботизированных комплексах участков и цехов, комплексно-автоматизированных производствах. Это направление и лежит в основе развития роботизации в промышленном производстве. Робототехнические системы будут играть здесь важнейшую роль. Роботы-исполнители и роботы-командиры, управляемые совместно от общей системы ЭВМ в масштабах линии, участка, цеха, завода, начинают выпускать продукцию под контролем минимального количества операторов.

Ученые и производственники уже сегодня возлагают весьма большие надежды и на роботы второго и последующих поколений. Это объясняется тем, что уже появилась необходимость поручить нашим механическим помощникам и информационную деятельность, присущую только человеку, наделить их способностью воспринимать окружающую обстановку, "научить" сопоставлять, анализировать и оценивать факты, принимать оптимальные решения и находить пути к их осуществлению. Иначе говоря, появилась необходимость наделять наших помощников-роботов способностью осязания, очувствления. Такие роботы уже не будут бездумно брать и переносить пустоту. Они найдут необходимый предмет. Причем, что под руку попадется брать тоже не станут, а ощупав со всех сторон, убедятся, что это именно то, что нужно. Такие роботы называются адаптивными.

Адаптивная система, имитирующая осязание, "учит" автоматический манипулятор распознавать детали, измерять их размеры, осваивать и выполнять со знанием дела новые профессии и даже, можно сказать, с умом. Для этого роботы оснащаются всевозможными приспособлениями, приборами и системами, вплоть до телевизионного зрения.

...Включив пульт управления, человек дает команду роботу - и тот начинает двигаться по монорельсу. Но вдруг без чьей-либо помощи плавно притормаживает. Оказывается, в зоне действия робота появился посторонний предмет. Инфракрасный "глаз" робота, обнаружив незнакомый предмет, сразу среагировал. Дальнейшего продвижения не произошло.

Специальные электронные устройства - микропроцессоры и мини-ЭВМ обеспечивают правильное исполнение команд. Ученые Экспериментального научно-исследовательского института металлорежущих станков (ЭНИМС) "обучают" автоматический манипулятор сортировать детали. Они работают и над другой интересной проблемой - "обучением" роботов ряду функций, выполняемых в настоящее время механизмами станков. Например, объединение его с обрабатывающим центром (многоцелевым агрегатом, сочетающим в себе возможности различных станков) позволит в дальнейшем доверить манипулятору осуществлять смену режущих инструментов. Ученые надеются также, что им в самое ближайшее время удастся заставить манипулятор не только устанавливать детали, но и очищать их струей жидкости или воздуха, производить измерения.

Адаптивные роботы, как мы видим, намного "умнее" нынешних автоматических манипуляторов. Получая надежные сведения о внешнем мире с помощью технических органов "осязания", "зрения", "слуха", более совершенного электронного "мозга", они могут приспосабливаться к изменениям окружающей обстановки.

Адаптивные роботы должны добывать такую информацию, которую даже человеку не всегда удается получить. Бывает, что для этого недостаточно его совершенных пяти чувств. Такие роботы должны также не только собирать информацию о внешнем мире, но и перерабатывать ее, осмысливать, выбирать наиболее подходящий к случаю вариант поведения.

Создание роботов второго и последующих поколений, обладающих способностями чувствовать мир, совершать целесообразные поступки - идея очень заманчивая. В то же время ее реализация сопряжена с большими трудностями. И тем не менее, ученые и инженеры успешно реализуют сегодня многие идеи, находят решения многих теоретических и практических проблем.

Создаются, например, более совершенные исполнительные механизмы. Известно, что человеческой руке с ее большим функциональным богатством очень трудно подражать. И все-таки ученые и инженеры создают искусственные "механические руки", система управления которыми позволяет такой "руке" выполнять самые различные движения. Делаются попытки наделить роботы и другими качествами человека, например умением передавать и воспринимать информацию в речевой форме. Ведь гораздо удобнее отдавать роботу приказания устно, чем нажимать нужные кнопки на пульте управления.

Некоторыми этими качествами уже обладает экспериментальный робот ЛПИ-2, демонстрировавшийся на ВДНХ СССР.

- Внимание! Начали...

Когда прозвучали эти слова, "рука" рванулась вперед и ее черные "пальцы" сомкнулись на цоколе лампочки, подняли ее и застыли над столом. И вот навстречу первой "руке" взлетела вторая "рука" с растопыренными "пальцами". Бережно обхватив стеклянную колбу, вторая "рука" опустила цоколь лампочки в электрический патрон и рывком ввернула ее. А когда лампочка вспыхнула, "рука" отнесла ее в одно из гнезд стоящей сбоку кассеты. Так закончилось испытание лампочек. Робот проверил, горит она или нет.

- Ну, а если бы лампочка не загорелась?

- Тогда "рука" опустила бы ее в кассету для бракованных изделий. Выполнить с удивительной точностью все запрограммированные команды помог "руке" фотоэлемент, смонтированный здесь же, рядом с патроном. Он тонко реагирует на вспышки и подсказывает роботу, как поступить с той или иной лампочкой.

Такой робот кроме фотоэлемента имеет и "мозг" - микроЭВМ, и супервизорное "зрение" - глаз телекамеры, то есть все необходимые технические устройства, заменяющие органы чувств. Следует добавить также, что захватывающие "пальцы" этого робота имеют двенадцать ультразвуковых датчиков. Часть из них, действуя как локаторы, помогает "пальцам руки" скользить над столом точно на уровне цоколя лампочки. Другая группа наводит "руку" робота на цель, третья определяет расстояние до лампочки и помогает схватывать ее в нужный момент.

Учеными решаются и многие другие проблемы создания более совершенной робототехники. Им удалось практически реализовать проект "глаз-рука". Известно, что такая система работает медленно. Телекамера дает массу избыточной информации. Разработанная и практически примененная система программного обеспечения позволяет получать необходимую информацию о размерах, форме и положении предметов, появляющихся в зоне действия робота. Создается и другое оборудование для оснащения адаптивных роботов, с помощью которых они могли бы получать надежные сведения о внешнем мире.

Специалисты Ленинградского института авиационного приборостроения (ЛИАП) и объединения "Кировский завод" совместными усилиями создали сравнительно недорогие, но весьма эффективные роботы, способные не только видеть, но и узнавать предметы - узлы и детали трактора. Такой робот успешно руководит доставкой самых различных деталей на сборочные конвейеры.

Подвесной конвейер, разветвляясь по цехам, доставляет на сборочные участки необходимые комплектующие изделия точно по графику. Руководит этим конвейером, определяя, какую деталь куда направить, робот. Находится он над основным руслом транспортного конвейера. На одной стороне робота в определенном порядке расположены излучатели, на противоположной - соответствующие им фотоэлементы-датчики. Когда над конвейером, покачиваясь и вращаясь на крючках, проплывает топливный бак, крыло или кабина трактора, часть излучателей робота перекрывается в определенной последовательности, что тут же замечают соответствующие им фотоэлементы и посылают сигналы об этом в вычислительное устройство. По комбинациям света и затемнения электронный "мозг" распознает, что именно находится над конвейером, "припоминает", куда следует посылать ту или иную деталь, и включает нужную стрелку.

Работниками высшей квалификации называют роботов типа "Пума", созданных в результате совместных усилий советских и финских специалистов. Эти роботы универсальны. Им доверяют выполнять операции, которые требуют соблюдения особо высокой степени точности.

На Международной выставке "Роботы-85" мы наблюдали за действиями одного из таких роботов. Его заставляли выполнять весьма замысловатые операции. За считанные минуты и с удивительной виртуозностью "Пума" с помощью своей "руки" собирала из металлических цилиндриков правильную пирамиду. Затем она аккуратно разбирала это ажурное сооружение и каждый цилиндрик с поразительной точностью возвращала на место. За время работы ее механическая "рука" ни разу не промахнулась, продемонстрировав поистине ювелирное искусство.

"Пума" вобрала в себя последние достижения робототехники, микроэлектроники и других отраслей науки и техники. При разработке базовой модели "Пумы" конструкторы взяли за основу человеческую руку. Они постарались научить свой робот воспроизводить все ее многообразные движения. "Пума" имеет шесть степеней свободы. Кроме того, у нее вращаются "пояс", "плечо", "локоть". В трех измерениях передвигается "кисть", которую можно оснащать различными захватами и инструментами.

Обладая шестью степенями свободы, "кисть руки" "Пумы" может выполнять манипуляции в пределах сферообразной зоны, ограниченной длиной "руки". Поэтому робот с высокой эффективностью выполняет различные виды монтажных, сварочных и других операций.

Управление "Пумой" ведется с помощью новейшей микропроцессорной техники. В состав системы управления включено несколько микропроцессоров, в том числе центральный и управляющие - по одному на каждый шарнир. Привод исполнительных органов осуществляется от сервомотора. Необходимые при управлении сигналы обратной связи поступают от встроенных в моторы импульсных датчиков.

Одно из главных достоинств "Пумы" - ее исключительная адаптивность - способность приспосабливаться к изменениям в работе. Это обеспечивается датчиками "чувств", которые имитируют функции некоторых органов человека. На изменение команд, подаваемых центром управления, влияет информация, получаемая от этих чувствительных элементов. Эффект адаптивности наилучшим образом проявляется при выполнении сварочных и шлифовальных работ, операций сборки и контроля, при удалении с заготовки заусенцев.

По своим качествам "Пума" - это прообраз робототехники будущего.

Интересны и другие разработки, которые ведутся в научных организациях нашей страны. Они охватывают все новые области робототехники. Создаются простые и надежные технические органы "чувств", всевозможной конструкции приводы и системы управления.

Советские ученые далеко продвинулись вперед и во многих разделах робототехники.