Человек издавна мечтал создать устройство, себе подобное.. Из глубокой древности дошли до нас описания человекоподобных «механических» людей, выполнявших волю человека без его непосредственного участия.
Швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро и его сын Анри Дро (XVIII в.) славились умением чинить часы, изготавливать часы с самодвижущимися фигурками людей, птиц и животных. Автоматы Дро имитировали действия живых существ. Механическая собака стерегла корзину с яблоками. Как только из корзины брали яблоко, собака начинала лаять до возвращения его на прежнее место. Особую известность семья Дро приобрела после создания человекоподобных автоматов — андроидов — писца, художника и куклы-музыканта. С тех пор андроидами стали называть все самодвижущиеся куклы.
Андроидов из Швейцарии показывали на выставках во многих городах Европы. Они вызывали изумление и восторг зрителей.
Писец опускал гусиное перо в чернильницу и, отряхнув его два раза, после небольшой паузы начинал писать буквы. Исписав страницу, он ставил точку. Интересно, что писец двигал не только рукой, но головой и глазами. Им управляло устройство из набора кулачков на валах. Руку писца приводил в движение пружинный механизм через систему зубчатых передач. Его движения были запрограммированы. Писец умел писать определенные слова. Умение писать другие слова он мог приобрести после изменения программы, т. е. использования кулачков с иной конфигурацией. От профиля кулачков зависела выводимая писцом форма буквы, ее высота и толщина, а также расстояние между буквами.
Художник-андроид рисовал пейзажи. Движением руки управляло программное устройство кулачкового типа. Источником движения служил часовой двигатель.
Кукла-музыкант играла на органном клавесине: двигала пальцами, руками, головой, водила глазами и даже «дышала». После исполнения мелодии она раскланивалась.
Секрет ее был спрятан под клавесином и сиденьем и состоял из мехов, вдувающих воздух в флейты, кривошипно-шатунного механизма, управляющего их движением, набора кулачков и барабана со штифтами.
Робот Карела Чапека
Слово «робот» означает по-чешски «robota» — работа. Появилось оно в 20-е годы после издания пьесы Карела Чапека — «RUR». RUR — Rossunis Universal Robots — разумные универсальные роботы.
Действующие лица в пьесе — механические люди без чувств и эмоций. Их изготавливали на заводах. «Обучившись» и став «разумными», они вышли из подчинения людей.
Робот — это механическое устройство, внешне несколько похожее на человека, способное работать по заданию человека, но неспособное мыслить и чувствовать.
Слово «робот», впервые появившись в пьесе, получило материальное воплощение в машинном автоматизированном агрегате. Роботы находят применение в цехах заводов, лабораториях, спускаются на дно океана и первыми шагают по поверхности планет.
Это своеобразная система, способная воспринимать информацию, вырабатывать команды управления, производить движения.
Датчики на металлическом теле робота, подобные органам чувств человека, воспринимают информацию от внешнего мира (например, при прикасании к предмету). Информация в датчиках преобразуется в электрический сигнал и поступает в блок управления. Сюда же поступают сигнал от датчика, команда от человека — оператора, ЭВМ или программного устройства, сигнал от исполнительного механизма о выполненной команде. Блок управления обеспечивает целенаправленное поведение робота. Команда от него поступает к исполнительному механизму. Блок исполнительного механизма — «механические руки», «механические ноги» или другие средства передвижения — выполняет команду. Мы рассмотрели функции основных блоков робота, которые являются типичными для большой семьи роботов.
Мы можем...
В последнее десятилетие началось интенсивное создание и внедрение в промышленность автоматических агрегатов особого класса — роботов. Это положило начало становлению и развитию нового важного направления научно-технического прогресса — робототехнике.
Знакомьтесь, мы — роботы,— заявили человеку о себе механические автоматизированные помощники. Мы можем работать ежедневно по 15—20 часов в сутки без выходных дней и отпуска. В холод и жару, при большом шуме, в среде вредных газов, повышенной влажности и радиоактивности. Устремившись в неведомые дали, мы, роботы, первыми вступим на другие планеты, исследуем дно морей и океанов, поведаем о тайнах земных недр. Мы выполняем тяжелые механические операции вместо человека, способствуем созданию связей между автоматическими линиями, т. е. создаем условия для перехода к комплексной автоматизации производства.
Механические руки
В 40-х годах, с рождением атомной энергии, потребовалось применение «механических рук» для работы с опасными для жизни радиоактивными веществами и оборудованием при производстве ядерного горючего.
Манипуляторы устанавливались в опасной для человека зоне, а сам человек управлял ими из защищенного помещения.
Оператор приводит в действие две управляющие «руки» манипулятора. Движения звеньев двух управляющих рук посредством специальных электромеханических устройств передаются соответственным звеньям двух исполнительных рук 1 манипулятора. Исполнительные руки повторяют (копируют) движения управляющих, а их концевые звенья (механические «кисти» с захватами) воспроизводят движения кистей рук оператора.
Робот-кузнец, робот-электросварщик
Промышленный робот — «это автономно функционирующая машина-автомат, предназначенная для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении вспомогательных и основных производственных операций без непосредственного участия человека». Он состоит из программатора (управляющего механизма) и манипулятора (испол-нительного механизма). УМ-1, УМ-IT, УМ-1П, Универсал-50, УПК-1 — первые отечественные промышленные роботы.
УМ-1 способен заменить рабочего при установке заготовки в станке и снятии с него готовой детали. Но сначала его нужно обучить работать. Для этого с пульта ручного управления командуют рукой робота, т. е. учат его работать. Совершая первоначальное движение рукой, робот «запоминает» его. В это время его движения кодируются на перфоленте в виде пробитых отверстий. Перфолента — программа дальнейших самостоятельных действий робота.
Перемещение руки, кисти и зажим детали в ней осуществляется гидроприводом со скоростью 1000 мм/с. Робот способен подымать груз до 10 кг.
В кузнечно-прессовых цехах работают роботы-кузнецы. Робот УМ-IT обслуживает пресс горячей штамповки. Он подает заготовку в нагревательную печь, вынимает ее при t° близкой к 400°С из печи и устанавливает заготовку в штампе. Смонтирован УМ-IT на тележке 1. Рука 2 в чехле для защиты от нагрева и пыли имеет возможность повернуться по вертикали на 580 мм и по горизонтали на 700 мм.
Роботы-кузнецы, вспомогательные рабочие, грузчики скоро станут штатными тружениками промышленных предприятий.
Робот-электросварщик. Он сваривает детали в автомобиле. На тележке 1 смонтирован корпус 2, башня 3, рука 4, запястье 5. Движения и режимы работы робота запрограммированы. Программа определяет последовательность движения руки, ее направление в пространстве и скорость. Изменяя программу, изменяют движения и режимы работы робота.
Мастер на все руки
Так называется робот для обслуживания в больницах. Он подает кофе, разбирает и разносит почту по палатам, вызывает для больных лифт, включает освещение, радио и телевизор.
«Мастер на все руки» — автомат на мини-тележке — работает по программе. Запрограммированы траектория движения с учетом расположения палат, почтового ящика и т. д. Двигатель у него электрический. Источник энергии — аккумуляторная батарея. При израсходовании энергии робот сам возвращается к зарядному устройству.
Кресло, управляемое человеческим голосом
Инженеры-механики и электрики из Калифорнийского университета в Санта-Барбара изобрели кресло, управляемое человеческим голосом. Самоходное кресло принимает команду «вперед» и начинает двигаться, команду «направо» — поворачивает направо. Оно «понимает» 16 слов. По команде человека оно может включить телевизор или радиоприемник, электроосвещение или механический перелистыватель газет. Больничное кресло предназначено для людей, лишенных конечностей.
Робот-медсестра
В больницах Японии больных обслуживает «электронная сестра». По заданию врача робот-медсестра несколько раз в день измеряет пульс, записывает частоту дыхания и сообщает о температуре больных. Таких измерений в течение одной смены нужно сделать около трехсот. «Электронная сестра» освобождает медсестер от однообразных и монотонных процедур.
В ФРГ разработана автоматизированная система наблюдения за больными. От 32-х пациентов через каждые 30с поступает информация, т. е. данные о физиологическом обследовании больных. Система регистрирует информацию о каждом больном. Затем сравнивает полученную информацию с нормой и выдает рекомендации. Робот-регистратор — хороший помощник врачам.
Робот-металлург
В одном из цехов ленинградского промышленного объединения «Знамя Октября» работает робот-металлург. Он выдерживает высокую температуру и ослепляющий свет жидкого сплава, огненные искры и запыленный металлом воздух. Робот — силач. Он легко удерживает в своих руках объемистый ковш с жидким металлом и самостоятельно заливает сплав в форму.
Робот-шахтёр
Еще в марте 1968 г. наши газеты сообщили о том, что в шахтах Донбасса начали работать роботы.
Робот-шахтер — это комплексный агрегат, состоящий из комбайна для добычи угля, транспортера и гидравлического крепления. В шахту робот спускается без человека и добывает ежечасно до 100 т каменного угля.
Передвижения робота, установка крепления, выбор наилучшей скорости резания зависят от крепости пласта; подается уголь на общий транспортер без участия человека.
Роботы-часовщики
Петродворцовый часовой завод. Сборочный цех. На конвейере часы «Ракета». Собираются часы из 250 деталей. Некоторые из деталей в десятые и сотые доли миллиметра. Например, цапфа оси баланса имеет диаметр 0,07 мм. Детали настолько малы, что рукам человека трудно их вытачивать, закаливать, шлифовать и собирать.
На помощь пришли роботы: они изготавливают детали, собирают из них узлы и отлаживают, устанавливают центральные мосты в часах, механизмы завода пружин, монтируют колесные системы. Еще не все сборочные операции выполняют роботы, однако в ближайшем будущем все операции будут механизированы.
4 млн. в год наручных электронных кварцевых часов с шаговым двигателем выпускает часовой завод.
Робот-няня и домашняя хозяйка
На улицах и в парках английских городов можно увидеть робота-няню с ребенком в коляске.
Если ребенок заплачет, робот начинает петь и качать коляску. Под убаюкивающую мелодию ребенок засыпает.
В Норвегии робот — домашняя хозяйка. Он выполняет до 20 различных поручений: открывает двери, кипятит чай, работает с пылесосом, натирает паркет И т. д.
По одному из проектов возможности бытового робота-«домашней хозяйки» значительно увеличатся. Робот приобретет два «чувства»: зрение и осязание. Двухметровой складывающейся рукой он сможет перемещать вещи в квартире весом до 40 кг, накрывать стол и убирать его, мыть посуду, готовить постель, гладить белье, чистить овощи.
"Краб" и "ОСА" под водой
Несмотря на многовековую историю, океан — загадка для ученых. Многие его тайны еще не разгаданы. Но ясно одно, что морские просторы могут дать людям металл и пищу.
Осваивать дно человек начал давно. Но углубился в океан не намного. Впервые швейцарский физик Август Пикар в батискафе погрузился в воды Средиземного моря на глубину свыше 3-х км. Пикар не только был первым человеком в мире, который опустился в океан на такую глубину, но и первым человеком, который еще в начале 30-х годов нашего столетия поднялся в воздух на стратостате на высоту более 16 км.
Август Пикар со своим сыном Жаком построили глубоководный аппарат «Триест». В 1960 г. Жак Пикар и Дон Волш опустились на глубину 10 919 м. «Триест» имел манипулятор — механическую руку. С тех пор и началось время создания подводных роботов: появились «Бобр», «Звезда-З» и другие.
На морское дно опустился робот. Дно осветилось. Работая клешнями, робот прощупывает дно. Ему посильно найти затонувшее судно и взять пробу грунта. Это «Краб» — автомат-геолог, первый советский разведчик морских глубин С судном он связан кабелем. Управляется оператором, по заданию которого исследует дно Черного моря.
А на дно Финского залива опустилась ОСА . Огромная тарелка весом около 12 т с экипажем из трех человек погружается на глубину до 600 м. Манипулятором берет пробу грунта до 20 кг или просто зависает как вертолет над косяком рыбы и сообщает о его местонахождении рыболовному судну.
«ОСА» окрашена в красный, белый и оранжевый цвета. На рубке — герб нашей Родины, на корпусе — эмблема Гипрорыб-флота: рисунок морского конька, контуры земного шара и кремлевской стены. В составе первого экипажа «ОСА» — ведущие конструкторы института: М. Львов, О. Моргунов и начальник участка В. Громов. На костюмах гидронавтов белые буквы «СССР».
Поточная линия из роботов
По обе стороны движущегося транспортера — сборщики автомобильных колес. Каждый выполняет определенную операцию. Точно и качественно закручивает гайки. Труд монотонный и однообразный. Но он не угрожает интеллекту, потому что... его нет. Ведь сборщики — роботы. Их 23 и 2 в запасе на случай аварии. Они заменят 50 человек (46 рабочих и 4 мастера).
Робот имеет подвижную руку, блок управления ее движениями и корректировки. Она протягивается на расстояние 2 м и имеет 6 степеней свободы (рука человека имеет 27 степеней свободы). Поднимает груз до 45 кг. Радиальное перемещение руки 76 см, а вертикальное — 100 см.
Рука робота может работать в двух режимах — обучения и режима автоматических повторений движений по программе.
Чтобы робот научился самостоятельно закручивать гайки, его обучают. Учеба заключается в «заучивании» всей рабочей программы с помощью оператора. Этапы рабочей операции регистрируются в памяти робота. Научившись, он самостоятельно повторяет многократно все этапы операции. Нажав на кнопку, можно стереть память и обучить робота новым операциям.
Другая поточная линия из 26 роботов сваривает и собирает кузова автомобилей.
С применением роботов создаются условия для перехода к полной автоматизации производственных процессов.
Ленинград. Машиностроительный завод. В цехах длинными линиями вытянулись ряды станков-автоматов. Безлюдно. Обычно заготовки к станкам подвозят, затем подносят, закрепляют и снимают их после обработки вспомогательные рабочие. Но их нет в цехе. И если присмотреться, то вместо них работают роботы. Их целая бригада. Каждый робот обслуживает один—три станка и специализирован на выполнении определенных запрограммированных операций.
Трудится бригада роботов в две смены, без перерывов, может работать без выходных дней и отпуска.
Робот-луноход
Первыми разведчиками космоса были автоматы: искусственные спутники, космические корабли, луноход с автоматическими приборами и системами. Первую дорожку на Луне проложил советский робот-луноход. Он выполнял задания, получая команды от оператора с Земли. Передвигаясь, передавал изображение лунного рельефа, брал пробы грунта.
Робот-луноход имел самоходное шасси, которое обеспечивало передвижение с двумя скоростями, передний и задний ход, повороты. Ходовая часть состояла из четырех блоков. Каждое колесо имело свой привод. Луноход имел автоматическую систему безопасности движения.
Вскоре роботы-космонавты станут действовать не по командам оператора с Земли, а самостоятельно ориентироваться на местности и принимать решения.
