Знакомьтесь - роботы !
Шрифт:
Мы не напрасно уделяем так много места рассказу об устройстве и свойствах нашего тела. Мы хотим вместе с вами разобраться в том, насколько глубоко и последовательно можно использовать в робототехнике подход, основанный на методах бионики, на изучении особенностей и свойств естественных, живых систем с целью воспроизведения этих особенностей и свойств в искусственном, неживом.
Очень полезный сам по себе, этот подход хорошо "работает", когда речь идет о внешних проявлениях деятельности живой системы, о том, что она делает.
Машины и автоматы в конечном счете
Но по мере того как пытаемся проникнуть в глубь изучаемых процессов, переходим от вопроса "что делает?" к вопросу "как делает?", так, к сожалению, полезность бионического подхода резко убывает.
Чрезвычайно полезно было заметить ту множественность функций, ту универсальность, какая свойственна живой руке, а затем воспроизвести эти ее "генеральные" свойства в механической руке. Но зачем делать механическую руку антропоморфной, зачем навязывать ей структурные, кинематические, другие ограничения, несущественные для механической системы? Зачем ее звеньям придавать относительные размеры, свойственные живой руке, не умея объяснить, в чем преимущество этих размеров перед какими-либо другими?
Никто не ответит убедительно на эти вопросы, на многие другие вопросы, касающиеся механизмов управления, обучения и самообучения в живых системах.
Машина - не человек. В ней все проще, понятней.
Но машина - не таблица умножения, в которой всегда 2X2=4. Одну и ту же группу задач автоматизации могут успешно решать самые различные роботы, а существующее уже сегодня разнообразие и изобилие этих задач дает все основания думать, что вообще не существует одной-единственной исключительной конструкции робота, которая была бы наилучшей со всех точек зрения для любых применений.
Опыт Природы, создавшей для всех "человеческих"
применений единственную "конструкцию" в виде нашего тела, не является убедительным, когда речь идет о роботах.
Наша книга не справочник по робототехнике, но два-три примера, иллюстрирующих сказанное здесь, не будут лишними.
Один из первых промышленных роботов - робот "версатран", который до сих пор выпускается в США и в Англии. Он, как и все машины с программным управлением, как все другие конструкции промроботов, состоит из двух блоков: исполнительного, включающего руку со всеми приводами, обеспечивающими ее движения, и управляющего - в виде отдельного пульта.
Описание его устройства и принципа действия, сделанное сухим, техническим языком, выглядит так. Механическая рука с кистью, к которой крепится сменный захват, проходит через прорезь в вертикальной пово
ротной колонке. Рука имеет три степени подвижности, три управляемых движения: два поступательных - относительно колонны - вдоль и поперек ее оси, и одно вращательное - вместе с колонной. Еще два движения имеет кисть в "лучезапястном" суставе. Шестое движение - открытие-закрытие захвата. Поступательные перемещения рука совершает в пределах 0,75 метра, допустимый поворот колонны - 240 градусов.
Робот "версатран"
Один из вариантов предусматривает ручной набор программ с помощью специального программного барабана. Набор программы сводится к тому, что включается специальное ручное управление. С помощью отдельного блока, содержащего три вращающиеся ручки, "обучающий" последовательно переводит механическую руку из одной нужной позиции в другую.
Положение руки в каждой позиции "запоминается"
в одной из "строк", с помощью специальных штырьков, имеющихся на барабане. Программный барабан при переходе руки из одной позиции в следующую поворачивается на одну строку. Так одно за другим запоминаются последовательные положения руки, строится программа полного цикла ее движения. На этом процесс обучения заканчивается.
При автоматическом воспроизведении программы нажимом кнопки приводится во вращение программный барабан, штырьки последовательно включают приводы, обеспечивающие движения руки в соответствующих направлениях.
Описанный только что вариант управления роботом "версатран" подобен устройству кнопочной системы ручного управления. Разница только в том, что здесь человек только один раз, в процессе обучения робота, "нажимает кнопки" в строках программного барабана, вводя всю программу, а затем эту программу робот может многократно воспроизвести в автоматическом режиме. При этом, как и в системе кнопочного управления, программа управляет только включением и выключением приводов; скорости руки программой не задаются. Такие системы управления называют позиционными.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР
Второй вариант управления роботом "версатран"
существенно отличается от первого. Принцип его легко понять, вспомнив устройство магнитофона; оно позволяет с помощью микрофона записать на движущуюся магнитную ленту любую мелодию, а затем воспроизвести эту мелодию с помощью динамика.
Звук на магнитной ленте "запоминается" в форме невидимых глазу магнитных меток. В точно такой же форме на магнитной ленте можно "запомнить" перемещения руки. Каждому из управляемых движений робота можно отвести на магнитной ленте отдельную "строку", причем сигналы в этой строке могут управлять не только включениями и выключениями соответствующего привода, но и скоростью движения руки по этому направлению.
У захвата робота имеется дополнительная рукоятка, предназначенная специально для целей обучения. Руку переводят на "ручное управление". Оператор включает магнитофон на запись программы и начинает двигать захват, воспроизводя все движения, которые должен будет потом повторять робот. Движения захвата то замедляются, то ускоряются, соответственно замедляется и ускоряется работа приводов, все эти изменения регистрируются на магнитной ленте. Цикл обучения на этом кончается.
Затем оператор переключает робот на автоматический режим. С этого момента магнитная лента - результат обучения робота - становится программой его работы.