|
|
По методу управления, или степени
непосредственного участия человека в управлении, роботы подразделяются на три
класса: биотехнические, интерактивные и автоматические.
Биотехнические роботы функционируют только с
непосредственным участием человека-оператора, который фактически берет на
себя управление исполнительными механизмами. В зависимости от способа
реализации биотехнического управления (с помощью задающего механизма,
кнопочного или клавишного пульта, биоимпульсов, либо преобразующей ЭВМ) можно
выделйть дистанционно управляемые копирующие роботы, командные,
управляемые человеком с пульта управления, экзоскелетоны (киборги) и
полуавтоматические роботы.
Биотехническое управление может использоваться также в
интерактивных и автоматических системах эпизодически в режиме обучения робота
или в аварийных ситуациях, при выполнении отдельных ответственных операций,
которые по каким-либо причинам невозможно произвести автоматически. Если
ручное управление выполняется непрерывно, то робот теряет один из главных
признаков - автоматичность и, по существу, вырождается в ту или иную машину -
манипулятор, 'автокар, грузоподъемный кран и т.п.
Копирующие роботы имеют задающий (управляющий)орган,
кинематически связанный в определенном масштабе с исполнительным, а
перемещение человеком-оператором задающего органа полностью копируется
исполнительным с учетом геометрического и силового масштабов.
Копирующие манипуляторы находят применение уже свыше 30
лет для выполнения различных работ в зонах повышенной опасности (например, на
атомных электростанциях) с грузами, достигающими значительных масс. Например,
фирмой "General Electric" разработан копирующий манипулятор с
шестью степенями свободы, способный переносить грузы массой до 2720 кг. Однако в последние годы копирующие манипуляторы уступают место более совершенным устройствам
- полуавтоматическим, а также интерактивным.
Командные роботы управляются оператором с помощью кнопок,
клавиш или рукояток отдельно по каждой из степеней подвижности; при этом
движение рабочего органа не связано кинематически с задающим устройством, а
на пульт управления поступает информация о среде функционирования робота.
Так, с помощью одного переключателя можно заставить "руку"
двигаться вперед или назад; другого - регулировать скорость движения;
третьего - задавать положение схвата и т.д. Очевидно, что этот способ
непригоден для работ, где требуется высокая точность движений.
Экзоскелетоны - это антропоморфные конструкции, обычно
"надеваемые" на тело человека и управляемые им, значительно
расширяющие его физические и двигательные возможности. К таким устройствам
можно отнести также механические протезы и искусственные конечности, в том
числе с биоуправлением (от биотоков мозга), для возмещения физических и
двигательных функций инвалидов с искалеченными или отсутствующими конечностями.
Полуавтоматические роботы, помимо задающей системы в виде
рукоятки, управляющей несколькими степенями подвижности, имеют малую ЭВМ или
специальный вычислитель, которые преобразуют сигналы с рукоятки в сигналы,
управляющие движениями исполнительных органов. Этот метод управления
предпочтительнее, чем командный, так как обеспечивает выполнение
согласованных движений под контролем компьютера.
Интерактивные роботы в отличие от биотехнических имеют
устройства памяти для автоматического выполнения отдельных действий и могут
управляться попеременно оператором или автоматически. В зависимости от формы
участия человека-оператора интерактивное управление может быть трех видов: 1)
автоматизированное, когда происходит чередование во времени автоматических
режимов управления с биотехническими; 2) супер- визорное, когда все части
заданного цикла операций выполняются роботом поэтапно, но переход от одного
этапа к следующему осуществляется после подачи оператором соответствующей
целеуказательной команды; 3) диалоговые, предполагающие разнообразные формы
общения оператора с роботом во время выполнения задачи на языках любого
уровня, вплоть до подачи команд голосом, текстом и т. п.
Большое число биотехнических и интерактивных роботов
управляются оператором на расстоянии, зачастую весьма значительном, т.е.
относятся по этому признаку к дистанционно управляемым, или телеуправляемым
аппаратам. Они используются главным образом там, где пребывание людей
сопряжено с опасностью или просто невозможно: в некоторых отраслях промышленности
(например, на атомных станциях), военном деле, научных исследованиях (космос,
подводные глубины и т. д.)
Важнейшим компонентом телеуправляемых систем является
линия связи - проводная, радио, оптическая или волоконно-оптическая - между
оператором и роботом, поэтому перспектива развития и совершенствования
телеуправляемых роботов в значительной степени зависит от решения проблем
передачи информации на расстоянии. При этом предстоит разработать методы не
только быстрой, но и эффективной передачи информации. Ныне решение этой
проблемы находится в центре внимания исследователей, в частности, в США и в
нашей стране разработка необходимых систем передачи информации связана прежде
всего с перспективами использования телеуправляемых роботов для освоения
космоса.
И, наконец, наиболее совершенный класс роботов - роботы с
автоматическим управлением могут полностью или частично функционировать без
участия оператора. К ним относятся автооператоры и автономные роботы.
Автооператоры - непрограммируемые автоматические манипуляторы,
т.е. устройства, выполняющие цикл несложных действий по жестко заданной,
неизменяемой программе, к роботам относятся достаточно условно
(автоматы-манипуляторы). Они находят применение главным образом в
промышленном производстве для автоматизации процессов литья, штамповки,
механической обработки и др.
Автономные роботы могут функционировать вполне
самостоятельно без непосредственного участия в их управлении человека-
оператора. Как правило, это очувствленные роботы с элементами искусственного
интеллекта (см. космические и подводные роботы).
Опыт выполнения исследовательских программ показал, что
автономные роботы для более эффективного функционирования должны наделяться
также элементами интерактивного дистанционного управления, что позволяет в случае
необходимости переходить от автономного режима управления на режим по
командам оператора. Такие аппараты названы гибридными роботами. Они действуют
подобно сторожевым собакам, выполняющим большую часть своих обязанностей
самостоятельно, полагаясь лишь на органы чувств и инстинкты, но при этом они
постоянно остаются в подчинении хозяина- человека, который в нужные моменты
может отдавать приказы координационного характера.
Гибридные системы управления роботами особенно
перспективны для исследований космоса и подводных глубин. Комбинация человек-
машина имеет большую надежность, чем каждый из этих компонентов в
отдельности. Целесообразно организовать совместную работу нескольких людей,
наделенных высокими интеллектуальными способностями, с множеством машин,
имеющих средний "уровень интеллекта"
Одной из своеобразных областей деятельности человека, где
уже используются телеуправляемые гибридные роботы, - военное дело. Ведутся
интенсивные работы по созданию автономных роботов, которые найдут применение
на поле боя, а также в операциях за линией фронта, например, в разведке.
Особый вид деятельности, где автономные и гибридные роботы весьма эффективны,
- поиск и обезвреживание бомб. Такие устройства начали разрабатываться в
1970-х гг. для борьбы с терроризмом, ставшим поистине бедствием конца XX в.,
захлестнувшим весь мир.
В области производства телеуправляемых аппаратов для
обезвреживания бомб лидирует лондонская фирма "Морфакс", с 1975 г. выпускающая телеуправляемое устройство "Уилбарроу" ( 2.13). Аппарат перемещается с
помощью гусеничного хода, обладая способностью преодолевать ступеньки и
разворачиваться в узких местах, оснащен телевизионной камерой, дробовым
ружьем для вывода из строя детонатора, а также разнообразными грузоподъемными
и захватными устройствами. Другие известные устройства британских форм,
подобные аппарату "Уилбарроу", - роботы "Хантер"
(охотник) и "Хардиан" (охранник) - находились во время проведения
Олимпийских игр 1984 г. в Лос-Анджелесе на случай обнаружения бомб. Выше
упоминалось также о весьма совершенном автономном телеуправляемом (гибридном)
роботе-функционоиде "Odex-1" калифорнийской фирмы
"Odetics", предназначенной для военных целей.
По принципу управления роботы можно подразделить на виды,
в целом соответствующие трем поколениям роботов: жестко- программируемые
(программные), адаптивные (очувствленные) и гибкопрограммируемые
(интеллектуальные).
Жесткопрограммируемые - это такие роботы, программа
действий которых содержит полный набор информации, не изменяющейся в процессе
работы, несмотря на изменение внешних условий.
Адаптивные роботы имеют сенсорное обеспечение, позволяющее
корректировать программные действия в соответствии с получаемой информацией о
внешней среде и состоянии самого робота, т.е. приспосабливать свои действия к
изменению внешних условий.
Гибкопрограммируемые роботы способны полностью формировать
программу своих действий на основе поставленной цели и получаемой информации
об окружающей среде.
|