РОБОТ

РОБОТ — техническая система, воспроизводящая в своих действиях определенные двигательные и интеллектуальные функции человека. От традиционных автоматов Р. отличается более универсальными возможностями, способностью перестраиваться для выполнения широкого круга разнообразных операций, к-рые обычно выполняются руками человека в процессе трудовой деятельности (манипуляционные роботы), или обеспечивают автономное передвижение при работе в сложных условиях (локомоционные роботы). Внешнее сходство с человеком не является обязательным признаком Р.

Р. предназначены для автоматизации производственных процессов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и других отраслях с целью избавления человека от тяжелого, опасного, монотонного, неприятного труда, а также для работ и исследований в космосе, под водой, в агрессивных средах и других экстремальных условиях.

Классификация Р. производится по ряду признаков: по области применения (промышленные, космические, подводные, сельскохозяйственные и др. Р.); по выполняемым операциям (сборочные, сварочные, окрасочные, транспортные, исследовательские и др.); по степени участия человека в процессе управления Р. (напр., биотехнические Р., непосредственно управляемые человеком; интерактивные Р., сочетающие автоматический и ручной способы управления, когда человек следит за работой Р. и берет управление на себя или «помогает» Р. лишь в наиболее сложных случаях; наконец, автоматические Р., к-рые после их создания и наладки могут выполнять свои функции без прямого участия человека, за исключением необходимости проведения профилактического контроля и ремонта).

Автоматические Р. делят на три категории: программные, адаптивные и интеллектуальные.

Программные Р. (иногда их называют Р. первого поколения) предназначены для выполнения строго определенных операций по заранее заложенной в память Р. жесткой программе (к-рую можно заменить другой жесткой программой действий). Возможность такого «переобучения» придает программным Р. определенную универсальность, несмотря на то, что они способны функционировать лишь в полностью известных и неизменных условиях.

Адаптивные Р. снабжаются системами технического зрения, тактильными и другими датчиками, дальномерами, а также более гибкими управляющими программами. Это дает им возможность воспринимать информацию об окружающей среде, в определенной мере приспосабливаться к условиям функционирования, меняя параметры движений и даже программу действий при изменении ситуации.

Интеллектуальные Р. должны обладать развитой сенсорной и совершенными информационно-управляющими системами и быть способными на основе воспринимаемой и анализируемой информации распознавать обстановку, строить модель ситуации, принимать решения и планировать целенаправленные действия, ведущие к выполнению полученного задания, оценивать результаты своей деятельности, самообучаться по мере накопления опыта, общаться с человеком и с другими Р.

В наиболее универсальных Р. обычно содержатся следующие подсистемы: сенсорная, исполнительная, управляющая и связи.

Сенсорная подсистема обеспечивает восприятие, преобразование, обработку и анализ информации о состоянии окружающей среды и самого Р. Она может включать системы технического зрения (телевизионные камеры, оптоэлектронные устройства, фотоприемники и т. д.); локационные и дальнометрические датчики (ультразвуковые, лазерные и др.); тактильные и контактные датчики, слуховые сенсоры, позволяющие воспринимать звуковую информацию; специализированные датчики требуемых характеристик окружающей среды (температуры, давления, радиации, электромагнитных свойств, химического состава и т. д.); датчики, информирующие о состоянии исполнительных механизмов самого робота. Кроме того, сенсорная подсистема должна иметь соответствующее алгоритмическое и программное обеспечение для оперативной обработки и анализа воспринимаемых данных и передачи результатов другим подсистемам Р. в нужной форме, необходимую аппаратуру (вплоть до специализированных ЭВМ) для реализации этих функций.

Исполнительная подсистема обеспечивает непосредственное воздействие Р. на среду с помощью манипуляторов, его передвижение в пространстве и сбор информации. Она содержит эффекторные механизмы (механические руки, схваты, инструменты), средства передвижения самого Р. (шагающие, колесные, гусеничные и др.) и другие рабочие устройства, а также соответствующие приводы. Механические руки манипуляционных Р. и механические ноги шагающих Р. обычно представляют многозвенные конструкции с большим числом степеней подвижности.

Управляющая подсистема обеспечивает управление исполнительной системой робота в соответствии с полученным от человека заданием и с учетом информации от сенсорной системы. Как правило, развитые робототехнические системы имеют многоуровневую иерархическую структуру управления, при к-рой «высший» уровень, реализующий элементы искусственного интеллекта (см.), отвечает за распознавание обстановки и построение модельных представлений Р. о среде, на основании к-рых принимается решение о способе выполнения задания. Оно передается стратегическому уровню, к-рый осуществляет планирование последовательности действий Р. (расчленение крупных операций на более простые составляющие). При этом обеспечиваются определенные элементы адаптации Р. к условиям функционирования. Следующий (тактический) уровень преобразует команды на выполнение элементарных действий исполнительным механизмом в траектории перемещения его звеньев. Последний (исполнительный) уровень вырабатывает необходимые сигналы управления соответствующими приводами с учетом обратных связей от датчиков состояния эффекторной части. Подобная иерархия в какой-то мере является условной, т. к. на практике задачи уровней могут переплетаться, те или иные верхние уровни часто либо вообще отсутствуют, либо их функции берет на себя человек-оператор.

Система связи обеспечивает при необходимости общение Р. с человеком и обмен информацией с другими Р., технологическим и иным сопутствующим оборудованием, АСУ и т. д. В зависимости от типа и класса решаемых задач человек-оператор может передавать Р. информацию на самых различных уровнях, начиная от непосредственного управления отдельными степенями подвижности рабочих механизмов и кончая выдачей обобщенных заданий звуковыми командами на естественном языке. Р., в свою очередь, может сообщать данные о рабочей среде и собственном состоянии, включая сигнализацию об аварийных ситуациях, информировать о планируемых им действиях, задавать человеку вопросы, пользуясь различными индикаторами, текстовыми сообщениями или синтезаторами речи.

Р. нашли применение в промышленности для выполнения сварочных, окрасочных, погрузочно-разгрузочных, сборочных операций, для транспортировки и складирования деталей. Особенно большой эффект дает роботизация многономенклатурного и мелкосерийного производства в машиностроении, приборостроении, металлообработке, а также работ в тяжелых и вредных условиях при обслуживании металлургических, химических, энергетических установок. Р. позволяют улучшать условия труда, увеличить его безопасность и психологическую привлекательность для человека, повысить производительность труда и качество производимой продукции. В связи с этим номенклатура и количество промышленных Р. неуклонно растут (только в одной японской промышленности к началу 80-х гг. использовалось ок. 100 тыс. роботов). Следует отметить, однако, что основную долю парка индустриальных робототехнических систем составляют программные Р. первого поколения. Адаптивные Р. пока дороги и распространены в значительно меньшей степени, а интеллектуальные Р. только начинают выходить из научных лабораторий. Нет сомнения в том, что по мере того, как функциональные возможности Р. будут расти, а себестоимость снижаться, произойдет переход к их массовому выпуску и внедрению. По мнению многих специалистов, это сулит качественный скачок развития промышленности вплоть до создания квазибезлюдных производств, что может дать толчок к новой промышленной революции.

Роботизация непромышленных областей, к-рые характеризуются существенно меньшей упорядоченностью рабочей среды, требует перехода от жесткопрограммируемых к более совершенным Р. следующих поколений либо активного участия человека в процессе управления Р. В частности, Р. с биотехническим управлением находят применение в строительно-монтажных работах, в шахтах и горнорудных предприятиях, в с.-х. производстве.

Важной областью применения Р. может стать медицина. Уже разработаны экспериментальные «роботы-сиделки» для обслуживания обездвиженных инвалидов и прикованных к постели больных. Эти Р. имеют механические руки, транспортные средства, телемониторы и пульты управления с рукоятками или миниатюрными переключателями, нажимаемыми языком. Создаются инвалидные кресла с встроенными манипуляторами, к-рые управляются больным по командам, подаваемым голосом. Делаются попытки восстановления с помощью робототехнических устройств нек-рых функций, утраченных в результате инвалидности. Механические конечности с микропроцессорами используются в качестве протезов, управляемых биопотенциалами или другими командами больного (см. Протезирование биоэлектрическое). В этих же целях применяются и экзоскелетоны, надеваемые на тело человека и усиливающие движения его конечностей. Р. с техническим зрением способны помогать слепым.

Телеуправляемые манипуляторы могут найти применение в дистанционной хирургии, в частности, при проведении операций в стерильных камерах. Возможность предусматривать в конструкции Р. масштабные преобразования перемещений и усилий способствует их использованию в микрохирургии. Методы робототехники могут помочь при проведении ряда психофизиологических экспериментов и исследованиях мышления и интеллекта.

Безопасность труда на роботизированных технологических комплексах и участках. Промышленные Р. в силу ряда конструктивных особенностей (большая зона автоматического перемещения предметов, одновременное движение по нескольким координатам, высокие скорости перемещения исполнительных устройств, взаимосвязь с работой технологического оборудования и т. д.) признаны объектами повышенной опасности для обслуживающего персонала и работающих на соседних участках.

Безопасность труда обслуживающего персонала может быть достигнута за счет: использования в конструкции Р. средств защиты (оградительных, предохранительных, блокирующих, сигнализирующих и др.), исключающих возможность воздействия на работающих опасных производственных факторов; планировки роботизированного технологического комплекса (РТК) и размещения основного и вспомогательного технологического оборудования в соответствии с требованиями Труд); оборудования рабочего места оператора в соответствии с сан.-гиг. и эргономическими требованиями; применения безопасных приемов и методов работы при обучении, наладке и ремонте Р. Требования безопасности к конструкции Р. и его составным частям, организации и эксплуатации роботизированных технологических комплексов и участков устанавливаются ГОСТ.

Библиография: Интегральные роботы, пер. с англ., под ред. Г. Е. Поздника, в. 1—2, М., 1973 — 1975; Попов Е. П., Верещагин А. Ф. и 3 е н к е -вич С. JI. Манипуляционные роботы, Динамика и алгоритмы, М., 1978; Тимофеев А. В. Роботы и искусственный интеллект, М., 1978.

А. А. Петров; Л. П. Королева (гиг.).