Введение

В настоящее время возник класс автоматических информационных систем, предназначенных для поиска, сбора, переработки и передачи полезной информации из различных труднодоступных для непосредственного контакта человека пространств. К числу таких пространств относится космическое пространство, поверхности планет и различных космических тел, подводное пространство Земли или "подводное" пространство других планет, подземные полости, пещеры и т. п. Задачи, связанные с исследованием указанных труднодоступных пространств, могут быть решены с помощью автоматических информационных систем (так называемых информационных роботов). Исследования труднодоступных сред и пространств с помощью автоматических роботов могут либо полностью решить поставленную задачу, либо дать исходный материал для проведения более тщательных и глубоких исследований с помощью специальных устройств с человеком-исследователем.

Необходимо отметить, что робот будет собирать, оперативно обрабатывать и передавать информацию о состоянии параметров исследуемой среды, перемещаясь и зондируя ее. При этом он должен обладать способностью выбирать участки наибольшей информационной емкости, перемещаться и проводить их анализ.

Для того чтобы информационный автомат при нахождении в зоне исследования мог максимально использовать свои возможности он, в общем случае, должен быть оснащен комплектом датчиков и специальной телевизионной системой, расположенной на подвижной платформе и, поэтому, обладающей способностью осуществлять обзор пространства в различных направлениях, а также специальными манипуляционными устройствами, предназначенными для проведения ряда операций над объектами, представляющими определенный интерес. Необходимый комплекс таких операций призваны выполнять исполнительные органы управляемых механизмов, которыми оснащается информационный робот. Эти устройства играют роль "механических рук" и позволяют автомату получать максимум информации при расположении его в зоне исследуемого пространства.

Важной особенностью информационных автоматов является их мобильность, т. е. способность перемещаться по исследуемому пространству, выбирая на нем наиболее информативно емкие участки и исследуя их. Для этой цели могут быть применены различные самодвижущиеся средства перемещения, причем в зависимости от свойств исследуемой среды следует выбирать различные оптимальные мобильные средства передвижения. Для того чтобы полезная информация, получаемая роботом, могла быть передана на приемную станцию и там правильно интерпретирована, она должна быть привязана к координатам исследуемого пространства. Это может быть осуществлено только в том случае, если информационный робот будет снабжен соответствующей системой ориентации и стабилизации. В зависимости от типа и сложности задач, выполняемых информационным роботом, системы ориентации также будут иметь различную сложность. Это в первую очередь определяется тем, для каких перемещений предназначен автомат: по поверхности или в пространстве.

Кроме перечисленных задач, информационные роботы и манипуляторы находят также широкое применение в различных областях новой техники и промышленности. Ниже в качестве примеров будут рассмотрены некоторые из таких систем.

При проведении работ и исследований по ядерной физике, в некоторых областях химии и ряде других областей используются роботы и манипуляторы различных типов. Эти автоматы обеспечивают возможность дистанционного выполнения разнообразных операций, функционально эквивалентных движению рук человека в зонах, пребывание в которых человека-оператора является либо весьма нежелательным, либо вообще недопустимым.

Подводные аппараты, предназначенные для проведения научных исследований, связанных с изучением фауны и флоры морских глубин, аппараты, осуществляющие ремонтные или монтажные работы на больших глубинах, также оснащаются специальными информационными системами и манипуляторами.

Неоценимыми помощниками ученых при проведении научных экспериментов и исследований на искусственных спутниках Земли и космических станциях станут некоторые типы роботов и манипуляторов.

Следует иметь в виду, что современная техника располагает совершенными автоматическими устройствами и вычислительными машинами, которые не только являются промежуточным исполнительным звеном между объектом и человеком, но и способны в ряде случаев решать определенный круг задач или операций без участия последнего. Характер выполняемых ими операций независимо от того, относятся ли они к сфере умственной или физической деятельности человека, в какой-то степени приобщает их к категории машин, называемых роботами.

Успехи, достигнутые в области кибернетики и теории информации, позволили создать автоматы, способные выполнять весьма сложные функции управления и регулирования лучше и быстрее чем человек, способные автоматически реагировать на разнообразные изменения внешних условий. Все эти успехи теснейшим образом связаны с результатами моделирования живых организмов [Л. 1] и воспроизведения на моделях таких процессов и действий, свойственных живым организмам, как память, условные рефлексы, внешнее поведение и др., и приобретают большое практическое значение в ряде отраслей промышленности, где требования безопасности делают необходимым передачу ряда сложных функций управления и контроля, выполнявшихся ранее исключительно человеком, автоматическим и телемеханическим устройствам.

Несмотря на большую актуальность данной проблемы, к сожалению, в настоящее время нет монографии, в которой было бы обобщено и проанализировано большое количество материалов по этому вопросу, опубликованных в периодических и патентных изданиях. Настоящая работа призвана в некоторой степени восполнить этот пробел.

Книга преследует цель ознакомить читателей с различными современными типами информационных роботов и манипуляторов, а также (на основе новейших патентных материалов) с перспективными типами этих систем. Читатель ознакомится с принятой авторами общей классификацией этих систем и с наиболее перспективными направлениями в каждом классе; с некоторыми положениями анализа и синтеза структурных схем и отдельных элементов роботов и манипуляторов некоторых типов. Изложенная классификация роботов и манипуляторов дана по типу внешней зависимости. Приводятся принципиальные схемы и конструкции зависимых (по способу перемещения, внешнему энергетическому снабжению, дистанционному управлению) и независимых роботов (частично или полностью автономных).

В книге рассмотрены принципиальные и конструктивные особенности роботов, их структурные схемы и конструкции некоторых манипуляторов, используемых в роботах, системы управления исполнительными механизмами (блок-схемы и электронные схемы), устройства силовых и управляющих блоков.

В книге значительное внимание уделено ряду общих вопросов, возникающих при выборе рациональных структурных и кинематических схем манипуляторов; приводятся результаты анализа кинематики движений рук человека, исходя из возможностей имитации этих движений с помощью исполнительных органов манипуляторов; кратко излагается принцип биоэлектрического управления манипуляторами; освещаются функции сенсорных органов, в частности органов визуальной информации; анализируются некоторые вопросы точности взаимно координированных, пространственных перемещений исполнительных органов манипуляторов; проводятся классификация и сравнительный анализ различных типов манипуляторов, рационально имитирующих движения и усилия рук человека. При этом описываются основные структурные и кинематические схемы, типовые звенья и узлы, а также технические характеристики некоторых элементов.

В заключение можно отметить, что, по мнению авторов, такая книга будет полезна и интересна широкому кругу читателей как специалистов, работающих в этой области, так и инженерно-технических работников смежных областей. Кроме того, такая книга будет также полезна студентам вузов и техникумов.