ЗАМЕТКИ ПО ИСТОРИИ РОБОТОТЕХНИКИ

КОЗЫРЕВ Ю.Г.

1.       ИСТОРИЯ РОБОТОВ

1.1.   ПОЧТИ ПО СВЯЩЕННОМУ ПИСАНИЮ

В начале было Слово… Термину «робот» в 2011 году исполнилось 90 лет. Этот широко использующееся сейчас выражение (производное от чешского слова «robota»), впервые применил чешский писатель Карел Чапек в пьесе «R.U.R.» (Rossum's Universal Robots) для описания человекоподобных механизмов, выполняющих рутинную работу.

Пьеса «R.U.R.» была написана в 1920 году, однако её премьера состоялась в 1921 году. Именно в этом произведении впервые в истории появился термин «робот», под которым сейчас понимают электромеханическое, пневматическое, гидравлическое (или их комбинацию) устройство, способное выполнять определённые физические задачи.

В поте лица твоего будешь есть хлеб… Примечательно, что изначально в пьесе «R.U.R.» Чапек для описания человекоподобных механизмов использовал слово «лабор», берущее начало от латинского слова labor (работа). Подобное название должно было отражать основную сущность машин - способность без устали выполнять рутинные действия.

Сотворим ему помощника, соответственного ему… Роботы Карела Чапека были копиями человека, выполненными по его образу и подобию, но обладающими нечеловеческими чувствами и свойствами.

Они вскоре стали крайне популярными персонажами и начали размножаться с поразительной скоростью на страницах появившихся вскоре многочисленных фантастических произведений[1], проявляя к людям то доброту, то коварство и злобу в ореоле собственного могущества и необыкновенных способностей. В этих произведениях взаимоотношения роботов и людей рассматривались с одной точки зрения — морально-этической, и неудивительна назревшая необходимость сформулировать рациональные принципы этих взаимоотношений.

Возлюби ближнего твоего, как самого себя. И через 20 лет в 1942 году в рассказе «Хоровод» американский писатель-фантаст Айзек Азимов придумал слово «робототехника», обозначив ту отрасль науки и искусства, которой мы сегодня занимаемся, и сформулировал свои «три закона робототехники», где ему удалось определить принципы отношения роботов к людям, и которые надолго определили наши представления о роботах:

Три закона робототехники:

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
2. Робот должен повиноваться командам человека, если эти команды не противоречат Первому Закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит Первому и Второму Законам.

Но вот спустя ещё некоторое время роботы появились в технических записках, проектах, научных статьях. Самые разнообразные технические разработки и машины стали относить к роботам. В конце концов, стало складываться общее мнение, какие из них считать роботами. В настоящее время робототехника превратилась в развитую область промышленности: тысячи промышленных роботов работают на различных предприятиях мира, в машиностроении, на транспорте, во вредных и опасных производствах, в военном деле, медицине, легкой промышленности, в быту. Подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта.

Один из пионеров промышленной робототехники, основатель и президент робототехнической фирмы «Unimation», признаваемый «отцом современной промышленной робототехники», Джозеф Ф. Энгельбергер считает, что три закона робототехники А. Азимова являются теми стандартами, которым должны следовать специалисты при создании современных роботов. Фантастические идеи и образы писателей в значительной мере предвосхитили тенденции научно-технического прогресса, а новое понятие «робот» стало в дальнейшем играть важную роль не только в литературе и искусстве, но и в науке, технике, производстве. Со второй половины прошлого века роботы все настойчивее заявляют о себе, вторгаясь во все сферы нашей жизни: в технику и быт, медицину, исследования, процессы обучения, охраны ипрочее.Поэтому редактор «Справочника по промышленной робототехнике» Шимон Я. Ноф в 1985 году предложил добавить к ранее сформулированным трем законам робототехники ещё три закона использования роботов, определяющие принципы отношения людей к роботам и образующие вместе с ними «Кодекс робототехники»:

Три закона использования роботов:

1. Роботы должны заменять людей на опасных работах (и этим оправдываются все затраты).
2. Роботы должны заменять людей на работах, которые люди не хотят делать (и этим оправдываются все затраты).
3. Роботы должны заменять людей на работах, которые они могут выполнять с меньшими затратами (на первых порах это лишит многих привычных преимуществ, но в конечном итоге все затраты оправдываются так же, как и при выполнении двух первых законов).

Таким образом, роботы предъявили нам себя как объекты взаимодействия, требующие, исходя из условий безопасности, удобства и выгоды человека, однозначных формулировок правил этого взаимодействия. Более того: право на «разумные» действия уже не принадлежит исключительно человеку.

Американский учёный, выдающийся математик и философ, основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта Норберт Винер, написавший легендарную книгу «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» (1948 г.), утверждает, что «возможность передавать и получать информацию вовсе не является привилегией людей. Поэтому нет непреодолимой границы между естественным человеческим разумом и искусственным разумом машины».

С появлением машин, наделённых качествами, свойственными человеческому интеллекту, возникает проблема рациональных с ними взаимоотношений. В этой связи, в своём последнем труде «Творец и Робот», опубликованном в 1963 году — меньше чем за год до его смерти, Винер пишет: «Одна из великих проблем, с которой мы неизбежно столкнемся в будущем, — это проблема взаимодействия человека и машины, проблема правильного распределения функций между ними».

В своем итоговом сочинении Винер уже не столько отстаивал идеи искусственного разума, сколько предупреждал о бедах, которые он может принести. Точнее, о бедах, которые способны принести упования на то, что этот разум решит те человеческие проблемы, с которыми люди не справились самостоятельно:

«Как же нам быть, если мы передадим решение важнейших вопросов в руки неумолимого чародея или, если угодно, неумолимой кибернетической машины, которой мы должны задавать вопросы правильно и, так сказать, наперед, еще не разобравшись полностью в существе того процесса, который вырабатывает ответы?.. Нет, будущее оставляет мало надежд для тех, кто ожидает, что наши новые механические рабы создадут для нас мир, в котором мы будем освобождены от необходимости мыслить. Помочь они нам могут, но при условии, что наши честь и разум будут удовлетворять требованиям самой высокой морали.

Мир будущего потребует еще более суровой борьбы против ограниченности нашего разума, он не позволит нам возлежать на ложе, ожидая появления наших роботов—рабов».

Итак, мы стали современниками появления новой общности — разумных в той или иной мере машин («automatum rationabilis» — самодействующая машина разумная), предназначенных нам в помощь, но при этом, — наделённых собственным сводом законов и правил, устанавливающих взаимные отношения с людьми и между собой?

Попробуем разобраться.

1.2.         ОТ МИФОВ ДРЕВНОСТИ…

Свои мне сказки говорит… Идея создания механических устройств, своим внешним видом и действиями подобных людям или каким-либо живым существам, увлекала человечество с незапамятных времен /10/.

В легендах и мифах человек стремился создать образ рукотворных существ, наделенных фантастической физической силой и ловкостью, способных летать, жить под землей и водой, действовать самостоятельно и в то же время беспрекословно подчиняться человеку и выполнять за него самую тяжелую и опасную работу. Еще в «Илиаде» Гомера (VI в. до н. э.) говорится о том, что хромоногий кузнец Гефест, бог огня и покровитель кузнечного ремесла, выковал из золота девушек, которые исполняли его поручения:

«... Навстречу ему золотые служанки вмиг подбегали,

Подобные девам живым, у которых

Разум в груди заключен и голос, и сила,

Которых самым различным трудам обучали

Бессмертные боги...»

У современного человека эти «служанки» непременно ассоциируются с антропоморфными, т.е. созданными по образу и подобию человека, автоматическими универсальными устройствами - роботами. А вот Гефест уже изготавливает мобильные тележки—робокары:

«Бога, покрытого потом, находит в трудах:

Пред мехами… двадцать треножных столов он работал.

Он под подножием их золотые колеса устроил,

Сами б собою они приближалися к сонму бессмертных,

Сами б собою и в дом возвращалися взорам на диво».

Сказку сделать былью — заманчиво, поэтому с накоплением знаний появляются и попытки изготовить искусственного помощника /1, 2, 7, 8/.

По сведениям Каллистрата (III в. до н. э.) и Павзания (II в. до н. э.), механик и скульптор Дедал создал несколько механических статуй (среди них статую Афродиты), которые могли воспроизводить различные виды движений; утверждают, что все они были достаточно сложными механизмами.

Жил ли в действительности Дедал — неизвестно, нодостоверные сведения о механических людях, созданных по образу и подобию человека, относятся к I в. и связаны с именем древнегреческого механика Герона Александрийского. Две тысячи лет назад он завершил свой труд, в котором систематически изложил основные научные достижения античного мира в области прикладной математики и механики, причём названия отдельных разделов этого труда: «Механика», «Пневматика», «Метрика» — звучат вполне современно.   В своем труде он описал пять простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт, блок; изложил сведения о механизмах, приводимых в действие жидкостью или нагретым паром.Изобрел прототип паровой машины и точные нивелировочные инструменты. Используя зубчатую передачу, построил прибор для измерения протяжённости дорог, основанный на том же принципе, что и современные таксометры.Автомат Герона для продажи «священной» воды явился прообразом наших автоматов для отпуска жидкостей. Сообщил, что древние обладали искусством построения культовых и театральных автоматов, центральную роль в которых играли подвижные фигуры людей. Например, им было описан театр марионеток, в котором «оживали» статуи, установленные в храме Дионисия: стоило запылать жертвенному огню, как фигуры бога Дионисия и его жены Ариадны начинали двигаться. Надо сказать, что приводы автоматов Герона представляли собой часто очень сложные механизмы с использованиемгидравлических и пневматических устройств.

Но ещё раньше великий древнегреческий учёный Архимед, живший в 287…212 г.г. до н.э., помимо многих известных открытий и изобретений, оставил о себе память, как о создателе боевых машин /6/. Известно, что он активно участвовал в обороне родных ему Сиракуз, а созданные им машины сделали город неприступным; что он погиб при взятии города римлянами, происшедшего в результате предательства. Это случилось в 212 г. до н.э., и это единственная надежная дата в биографии Архимеда.

Любопытно, что в характеристике, данной Архимеду греческим историком Полибием (201...120 г. до н.э.) в своей «Всеобщей истории», ученый представлен лишь как военный инженер. Полибий, описывая осаду Сиракуз, подробно рассказывает об архимедовых машинах, которые по его свидетельству были сооружены в мирное время задолго до нападения римлян:

«В Сиракузах было множество превосходных орудий. Гиерон дал на них средства, а Архимед изобрел и мастерски построил. Много бед причинили сиракузяне римлянам машинами с железными лапами... Лапы эти поднимали воинов в полном вооружении и кидали их вниз... Другие (машины) железными лапами или клювами наподобие журавлиных схватывали корабли за носы, поднимали их в воздух, ставили корабль на корму и затем топили. Часто корабль поднимало высоко над поверхностью моря, и, вися в воздухе, он, к ужасу окружающих, качался в разные стороны...»

Не напоминает ли это описание современные манипуляторы?

Итак, древние люди ещё верили мифам, но уже пользовались механизмами и простейшими автоматами: водяные часы — клепсидра были известны в Египте уже в XVI веке до нашей эры, ею пользовались в Китае, Индии, Греции и Риме, а в Европе она отсчитывала время до XVIII века.

1.3.         К МАШИНАМ—АВТОМАТАМ

Автоматы, отсчитывающие время, самые древние. По утверждению К. Маркса, они были первыми автоматами, созданными для практических целей. Если возраст водяных часов — клепсидры насчитывает без малого 3,5 тысячи лет, то механические часы изготавливаются и совершенствуются более полутора тысячелетий, поскольку первое о них упоминание относится к VI веку н.э. В связи с совершенствованием механизмов часов и принципов их устройства было сделано множество научных открытий и технических изобретений.

BXVI веке немецкий часовщик П. Хенлейн изобрел часы с пружинным приводом, где впервые использовались принципы и отдельные механизмы, получившие широкое применение в разнообразных механических автоматах.

В 1675 году изобретатель Х. Гюйгенс из Голландии построил первые маятниковые часы.

Три основных направленияисследований и разработок, легших в основу робототехники, начинают складываться на рубеже XVII—XVIII веков:

исследование законов механики, их математическое обоснование и применение к разработкам машин и механизмов с использованием различных видов энергии;

попытки приложения известных законов механики и физики к объяснению явлений, происходящих в живом организме, и разработка механизмов, воспроизводящих функции отдельных живых органов, что выразилось в разработках разнообразных анималистических конструкций и андроидов;

разработка основ промышленной автоматики с последующим их развитием в методы математического моделирования и управления поведением автоматической машины в соответствии с поставленной технологической задачей.

Открытия в области классической механики гениального Исаака Ньютона (1642 —1727) нашли широкое применение при научном подходе к созданию новых механизмов и машин.

Попытки установить соответствие между механизмами и отдельными органами человека можно обнаружить еще в тетрадях Леонардо да Винчи (1452-1519). Математики Л. Эйлер и Д. Бернулли применили законы механики к объяснению некоторых физиологических явлений. Рене Декарт — французский философ, математик, физик и физиолог(1596-1650) много времени уделял изучению законов функционирования животных организмов, представляя их тонкими машинами, способными самостоятельно адаптироваться к окружающей среде и адекватно реагировать на внешние воздействия. В 1637 году Р. Декарт писал, что наступит время, когда человек создаст «бездушные механизмы», которые будут вести себя подобно людям. Увлекшись андроидами, он даже создал Франсину — механическую женщину.

К числу наиболее знаменитых создателей механических фигур относится французский изобретатель Жак де Вокансон (1709-1782). Его «Порхающая утка», получившая наибольшую известность и сохранившаяся до наших дней, вытягивала шею, чтобы взять зерно из руки, проглатывала и переваривала его, испражнялась, пила, барахталась в воде, крякала. Её движения в точности имитировали движения живой утки. Среди других моделей получили известность «Пианист», который, играя на фортепиано, поднимал голову и имитировал дыхание, а также «Флейтист», который играл двенадцать разных пьес, «производя звуки вдуванием воздуха изо рта в отверстие флейты и изменяя ее тоны действием пальцев на отверстия инструмента».Другой андроид играл левой рукой на свирели, а правой — на бубне и при этом прищёлкивал языком. Все эти автоматы были показаны в Париже в 1738 году. Вокансон создал и первого «промышленного робота». Это был механический осёл, который ткал на обычном ткацком станке. Такая пародия стала ответом лионским ткачам за их попытку избить изобретателя в ответ на намерение создать автоматический ткацкий станок. Ж. Вокансон мечтал построить модель человека с сердцем, артериями и венами, но смерть помешала достижению этой цели.

Современники Вокансона швейцарские часовщики Пьер Жаке-Дроз и его сын Анри Жаке-Дроз достигли высокого совершенства в создании автоматов - андроидов, некоторые из них сохранились до наших дней. Кстати, от имени Анри Дроза и произошло словосочетание «андроид». Созданный Дрозом-отцом андроид «Писец» мог быть запрограммирован на написание любого текста, состоящего не более чем из 40 букв.

Промышленная революция, связанная с переходом от ручного производства к машинному и начавшаяся во второй половине XVIII столетия, активизирует изобретателей и переориентирует их творческие усилия на создание новых машин и устройств, совершенствование промышленных технологий. Именно в этот период начали закладываться основы промышленной автоматики, особенно в текстильной промышленности.

Ж. Вокансон создавал не только андроиды, но и автоматические ткацкие станки. Еще в 20-е гг. XVIII в. Бушон и Фалькон из Лиона спроектировали ткацкие станки для производства шелковой ткани с рисунком, которые частично управлялись, выражаясь современным языком, с помощью перфокарт или перфолент. Впоследствии эти станки были усовершенствованы Вокансоном и французским изобретателем Жозвфом Мари Жаккардом (1752-1834), а в 1805 г. Жаккард создает автоматический станок, на котором с помощью перфокарт можно производить ткани с заранее запрограммированным рисунком. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе.Только во Франции в течение 7 лет были введены в действие 10 тыс. таких станков.

В это же время в промышленности появляются станки, оснащённые механизмами, обеспечивающими изготовление деталей сложной конфигурации /5/. В двадцатых годах XVIII века замечательный русский инженер Андрей Константинович Нартов (1694—1756) создал токарно-копировальные станки с автоматическим суппортом—держателем резца, предложил применять в конструкциях станков сменные зубчатые передачи и шкивы. Через 70 лет в 1795 г. 23-летний кузнец и механик Генри Модсли также построил свой первый токарный станок с крестовым суппортом. С 1810 г. он стал владельцем предприятия, выпускающего станки, сконструировал и построил много различных машин, комопоновки которых стали классическими. О его конструкторском таланте говорит тот факт, что созданные им машины надолго пережили создателя и проработали на его заводе по 70—90 лет. Вершиной творчества Г. Модсли стала автоматическая станочная линия для обработки деревянных корабельных блоков, построенная в 1815 г. и проработавшая до 1900 г.

На рубеже XVIII и XIX вв. в трудах Л. Карно, Г. Монжа, X. Ланца, А. Бетанкура и других возникает наука о машинах. В 1841 г. Р. Виллис определил понятие механизма, и с этого времени к машине начинают подходить как к объекту, требующему научного исследования.

Начало новому этапу в исследовании машин и механизмов положил российский математик, академик Петербургской Академии наук П.Л.Че-бышев (1821-1894), увязав вопросы структуры и синтеза механизмов в единое учение о построении механизмов на основе математических методов. В опубликованной им в 1853 г. работе «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов» задачи теории механизмов были впервые описаны на языке математики.

Английский математик и логик Джордж Буль (1815-1864), разработал основы математической логики и создал так называемую Булеву алгебру, которая в дальнейшем легла в основу реализации всех выполняемых современными ЭВМ вычислительных и логических операций. Основная работа Д. Буля «Исследование законов мысли» была опубликована в 1854 г.

Создание программируемых ткацких автоматов Жаккарда явилось одним из важнейших событий, определивших дальнейший технический прогресс промышленности и послуживших толчком к развитию робототехники. Другим не. менее важным событием стало создание первой вычислительной машины в почти современном значении этого слова. На основе способа программирования, примененного Жаккардом, идею вычислительной машины высказал, а затем развил выдающийся английский математик, экономист и механик Чарльз Бэббидж (1792-1871), который вошел в историю вычислительной техники как «отец вычислительной машины». В 1823 г. им была построена аналитическая машина, содержащая все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере: устройство для хранения цифровой информации (память); устройство, выполняющее операции над числами (арифметическое устройство); устройство для управления обработкой (устройство управления); устройство ввода информации с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.

В 1843 году Августа Ада Лавлейс, 28-летняя дочь великого английского поэта Джорджа Гордона Байрона, публикует свои комментарии к статье Луи Фредерико Менабреа «Очерк аналитической машины, изобретенной Ч.Бэббиджем», где по существу заложила научные основы программирования на вычислительных машинах за столетие до того, как стала развиваться эта научная дисциплина.

XIX век завершился началом разработки и внедрения в развивающееся промышленное производство весьма эффективных технологических устройств и станков-автоматов. Одновременно в этот период начинают формироваться соответствующие научные направления, заявляет о себе вычислительная техника.

1.4.   ЗНАКОМЬТЕСЬ: РОБОТЫ!

Четыре источника робототехники зародились в древности: мифы (источники идей), марионетки (куклы—андроиды), машины—автоматы (часовые устройства, нуждающиеся в периодической подзарядке энергией) и манипуляторы, управляемые оператором (метательные машины в том числе). С течением времени эти источники трансформировались в три составных части робототехники, сформировавшиеся в ХХ веке в виде:

·        способности к перемещению собственному и (или) объекта;

·        целенаправленного поведения (интеллект);

·        адаптации к окружающей среде (органы чувств).

В годы второй мировой войны возникли три новых технологии, и их появление оказало решающее влияние на успех робототехники:

технология сервоуправления;

бурное развитие вычислительной техники;

успехи физики твёрдого тела — обеспечили экономическую целесообразность работ в названных направлениях.

Если рассматривать промышленный робот как программно-управляемый многоцелевой автомат манипуляционного типа, предназначенный для промышленного применения или научных исследований, то одним из самых первых промышленных манипуляторов был поворотный механизм с захватным устройством для удаления заготовок из печи, разработанный в США Бэббитом в 1892 г.

Дальнейшее усовершенствование этого устройства приводит к появлению предшественников современных роботов, а именно — дистанционных манипуляторов для работы с опасными радиоактивными материалами. Ими оказались интенсивно разрабатываемые в 1940-1950 гг., особенно в США, Франции и ФРГ, копирующие дистанционные манипуляторы. Появление таких манипуляторов сыграло важную роль в последующем развитии манипуляционных систем, передаточных механизмов, систем очувствления и аппаратных средств робототехники.

Отсчёт времени возникновения современных роботов следует вести с 1956 г., когда в США были созданы первые промышленные манипуляторы с программным управлением, получившие общепринятое название промышленных роботов (ПР) и поступившие с 1961 г.

в коммерческую эксплуатацию. В 1956 г. американский инженер Джордж К. Девол сформулировал принципы применения теории управления в решении общих задач оптимального перемещения предметов труда и материалов в производственном процессе, установив, что управление погрузочно-разгрузочными и транспортными механизмами и процессами может быть поручено компьютеру. Относительная простота программирования управляющего компьютера становится основой для создания гибкого оборудования, пригодного для эффективной работы в изменяющихся условиях производства. Такой подход и обусловил создание первых механических манипуляторов с программным управлением, т.е. промышленных роботов. Патентная заявка на программируемый манипулятор была сделана Р. Деволом в 1954 г., а в 1959 г. он и инженер—конструктор Джозеф Ф. Энгельбергер изготовили первый работающий робот «Unimate», который с 1961 г. был введен в эксплуатацию на литейном участке заводов фирмы «GeneralMotors».

Роботы морально не стареют. В том же 1961 г. фирма «Unimation» выпустила первые промышленные роботы модели «Unimate MarkII». Эта конструкция примечательна уже тем, что технические решения и механизмы, отработанные на её базе, отнюдь не устарели морально за прошедшие 50 лет. Некоторые образцы роботов «Unimate» отработали до конца ХХ столетия, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

Начиная с 60-х годов прошлого века, первые американские промышленные роботы с торговыми марками «Unimate» и «Versatran», предназначенные для обслуживания технологических процессов - литья под давлением, ковки, механической обработки, точечной сварки, нанесения покрытий, - поступили на промышленный рынок. Они представляли собой уже достаточно совершенные системы с обратной связью и контролируемой траекторией движения, имели числовое программное управление и память, могли состыковываться с ЭВМ. Уже в первых роботах «Unimate» и «Versatran» был реализован принцип программирования обучением. Применение роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным: затраты на приобретение роботов «Unimate» или «Versatran» (25-35 тыс. дол. за изделие) окупались за 1,5 - 2,5 г. Как было сказано в одной из статей того времени «В американской металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего, который не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденный перерыв, работает 24 ч. в сутки и не интересуется пособиями или пенсией. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо, никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и не получает увечий. Это промышленный робот».

Робот — хороший пример того, как сумма ранее известных составных частей (манипуляторов, вычислительной техники, сенсорики) дает новое качество — принципиально новый тип технического устройства, обладающего в достаточно развитом варианте искусственным интеллектом, искусственными органами чувств (сенсорика), способностью воспринимать окружающую среду и активно воздействовать на нее, обучаясь и совершенствуясь в ходе этого процесса.

Современные понятия о роботах сформулированы в нормативных документах и ГОСТах, истолкованы в технической литературе.

Робот (Р) — автоматическая машина, включающая перепрограммируемое ус­тройство управления и другие тех­нические средства, обеспечивающие вы­полнение тех или иных действий (в за­висимости от назначения Р), свойст­венных человеку в процессе его тру­довой деятельности. Наиболее совер­шенный Р представляет собой ма­шину, способную самостоятельно и комплексно решать задачи самоуправ­ления, адаптации с окружающей сре­дой и выполнения трудовых дей­ствий. Различаясь техническим уров­нем и показателями систем управле­ния, информационного обеспечения и исполнительных органов, роботы об­разуют обширный класс машин, пред­назначенных для выполнения самых разнообразных операций. Общим при­знаком роботов является возможность быстрой переналадки для автомати­ческого выполнения различных дей­ствий, предусмотренных програм­мой.

Промышленные роботы достаточно подробно описаны в технической литературе — см. /9, 12...15/.

Понятие «промышленный робот» сформулировано в ГОСТ 25686—85. В тех­нической литературе часто встречается и более короткое определение: ПР — перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения.

Зачем нужны роботы? Современное развитие робототехники вызвано, как минимум, пятью причинами.

Одной из основных причин разрабо­ток и внедрения роботов является, конечно, экономия средств. По сравне­нию с традиционными средствами авто­матизации они обеспечивают большую гибкость технических и организацион­ных решений, снижение сроков ком­плектации и пуска в производство автоматизированных систем.

Вторая причина — требование высокой производительности в сочетании с мобильностью современного производства:

продукция должна появляться на рынке сразу же при возникновении спроса на неё;

продукция должна быть конкурентоспособной, удовлетворять требованиям качества и стоимости.

Третья причина — стремление изменить условия труда работа­ющих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяже­лого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижения по­терь рабочего времени от производ­ственного травматизма и профессио­нально-технических заболеваний.

Четвертая причина — возможность применения роботов для выполнения работ в экстремальных и опасных условиях окружающей среды.

Пятая причина — экономия и высвобождение рабочей силы для решения других технико—экономических и хозяйствен­ных задач.

Перспективы. Машиностроение и приборостроение стали первыми и основными потребителями средств робототехники, в том числе и потому, что роботы сами по себе являются продуктами машиностроительного производства. На первом этапе были решены задачи обслуживания промышленными роботами технологического оборудования и выполнения трудоемких основных технологических операций, таких, как сварка, окраска, сборка и т.д. Затем — перешли к созданию автоматизированных производств без участия человека (или — с минимальным участием).

Число промышленных роботов увеличивается с каждым годом. С каждым годом расширяются и области их применения. В середине XX в. возникло и сформировалось новое научно-техническое направление — робототехника. К нему приковано внимание многих специалистов, научно-исследовательских и опытно-конструкторских организаций различных отраслей в промышленно развитых странах. Это направление в настоящее время считается одним из самых актуальных и перспективных. Оно стало стимулятором развития новых областей знания и принципиальноновой отрасли — роботостроения. Сегодня на рынке разработчики и производители предлагают более 700 моделей промышленных роботов. Публикуют справочники, каталоги и отдельные коммерческие предложения.

Идеи робототехники проникают в другие отрасли и сферы человеческой деятельности (транспорт, строительство, военное дело, космос, медицина, бытовое обслуживание, развлечения и т.д.), где используются роботы немашиностроительного применения, сформировавшие обширный класс служебных роботов (СР) различного назначения.

Предполагают, что к 2020 году число промышленных роботов достигнет 2 млн. единиц, а общее количество вместе с роботами немашиностроительного применения составит 10 млн. /3, 4/.

В предыдущих разделах кратко и весьма схематично изложены основные этапы возникновения и развития роботов. Подробно с историей робототехники можно ознакомиться на сайте /8/, где наглядно показано, что история робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством. Практически невозможно отделить ее от истории развития науки, техники и тем более от истории возникновения и становления компьютерных технологий.

1.5.   СЛУЖЕБНЫЕ РОБОТЫ

Служебные роботы (СР) – условное название групп роботов и робототехнических систем, обеспечивающих автоматизацию операций и процессов во всех сферах человеческой деятельности кроме машиностроения и приборостроения и предназначенных для замены человека или содействия ему при проведении действий в самых разнообразных условиях: от космических и глубоководных исследований, обслуживания атомных станций, ликвидации последствий техногенных аварий и катастроф, использования в интересах вооруженных сил, полицейских и других спецподразделений, до выполнения сложнейших медицинских операций, организации учебного процесса, быта, досуга и пр.

Классификация служебных роботов.Внутри обширного класса служебных роботов находят свое место транспортные, бытовые, медицинские роботы, роботы для автоматизации операций в сельском хозяйстве, добычи полезных ископаемых и т.д. Особое место занимает экстремальная робототехника, продукцию которой применяют в условиях чрезвычайных ситуаций, обслуживании объектов ядерной энергетики, военном деле, подводных работах, исследованиях космоса. Поэтому описания и классификацию служебных роботов приводят обычно по областям применения.

Литература

1. Артоболевский И.И. и Кобринский А.Е. Знакомьтесь — роботы! М., «Мол. гвардия», 1977 г., 240 с.
2. Бусленко В.Н. Наш коллега — робот. М., «Мол. гвардия», 1984 г, 222 с.
3. Великович В.Б Роботы XXI века// «Сборка в машиностроении, приборостроении» № 11, 2004.
4. Великович В.Б. Тенденции развития робототехники//«Сборка в машиностроении, приборостроении» № 2 2005.
5. Житомирский С. В. Создающие машины. М., «Знание», 1977 г. 48 с.
6. Житомирский С.В. Ученый из Сиракуз: Архимед. М., «Мол. гвардия», 1982 г. 191 с.
7. История Европы. Т.1. Древняя Европа. — М.; Наука, 1988. — 704 с.
8. История робототехники: с древности до наших дней/www.myrobot.ru/articles/hist.php.
9. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник.— М.: Машиностроение, 1983. – 376 с.

10.Мифы народов мира. Энциклопедия. (В 2 томах.) Гл. ред. С.А. Токарев. — М.: «Советская Энциклопедия», 1987.

11.Не счесть у робота профессий/П.Марш, И.Александер, П. Барнетт и др.; Пер. с англ./Под ред. В.С. Гурфинкеля. М.: Мир, 1987.—182 с.

12. Современные промышленные роботы. Каталог/Под ред. Ю.Г. Козырева, Я.А. Шифрина. М.: Машиностроение, 1984. 152 с. , ил. (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

13. Козырев Ю.Г. «Программно-управляемые системы автоматизированной сборки»//М: Изд. Центр «Академия», 2008, - 304 с.

14. Козырев Ю.Г. «Применение промышленных роботов»//М: КноРус, 2011, - 488 с.

15. Козырев Ю.Г. «Захватные устройства и инструменты промышленных роботов»//М: КноРус, 2011, - 312 с.