§ 3.12.4. Проблемы в создании промышленных роботов.

Адаптивные и интеллектуальные роботы являются новым классом сложных автоматических устройств, для создания которых необходимо решение многих проблем теории автоматического управления, искусственного интеллекта и создание соответствующих технических средств.

Типовой задачей, решаемой интегральным роботом, является осуществление заданных преобразований во внешней среде с помощью соответствующих сенсомоторных операций, согласованно осуществляемых его подсистемами. Поэтому основной проблемой при создании такого робота является обеспечение необходимых функциональных возможностей отдельных подсистем и робота в целом. Рассмотрим вначале с позиций теории управления интеллектуальный робот как систему, основанную на применении принципа обратной связи. Понятиям, применяемым в робототехнике, можно сопоставить аналогичные понятия в теории автоматического управления; связь между этими понятиями иллюстрируется табл. 3.6. Из этой таблицы видно, что при определенной трактовке понятий «проблемная среда», «восприятие информации» и др. обычную задачу управления по принципу обратной связи, рассматриваемую в теории автоматического управления, можно трактовать как частный случай по отношению к типовой задаче робототехники.

Таблица 3.6

Связь между понятиями в теории управления и робототехнике

№ п/п	Теория автоматического управления	Робототехника
1	Объект управления	Проблемная (внешняя) среда
2	Исполнительное устройство	Эффекторная подсистема
3	Датчики состояния объекта	Сенсорная подсистема
4	Измерение выходных переменных объекта	Восприятие внешней среды
5	Исходное состояние объекта	Начальное состояние среды
6	Требуемое состояние объекта	Целевое состояние среды
7	Идентификация объекта	Формирование модели среды

А именно, в этом частном случае «проблемная среда» означает некоторый динамический объект, состояние которого характеризуется набором выходных переменных; «восприятие внешней среды» вырождается в частный случай измерения величины этих переменных. Функциональные возможности обычных автоматических систем с обратной связью ограничиваются только решением задач поддержания заданного значения регулируемой величины и отслеживания входного сигнала. Поэтому основная проблематика теории автоматического управления связана с изучением динамического (временного) аспекта процессов в системах с обратной связью. Регулируемой переменной является некоторая скалярная или векторная величина, которая и описывает состояние управляемого объекта (среды).

В адаптивных роботах также существуют обратная связь от среды, однако здесь большое значение приобретает пространственный аспект описания среды, в связи с чем значительно усложняются сами задачи описания среды и организации процессов управления, направленных на ее преобразование.

Как указывалось ранее, расширение функциональных возможностей роботов с позиций теории управления определяется следующими факторами:

а) объемом информации от сенсорных датчиков;

б) избыточностью степеней свободы исполнительного механизма;

в) многоуровневой организацией хранения и переработки априорной, текущей и обучающей информации.

Характер проблем, возникающих при создании интеллектуальных роботов, можно проиллюстрировать на примере одной из типовых сенсомоторных задач, решаемых манипуляционным роботом.

Пусть, например, требуется произвести сборку сложного изделия, состоящего из нескольких деталей, местоположение и ориентация которых заранее точно не известны. Выполнение этой операции требует решения следующих основных задач в процессе разработки алгоритмического и программного обеспечения робота.

1. Формализация описания каждой детали и цели функционирования робота, т.е. в данном случае результата операции сборки.

2. Формирование алгоритмов и программ, обеспечивающих распознавание каждой детали, ее местоположения и ориентации по информации от сенсорной подсистемы.

3. Формирование алгоритмов и программ, отображающих технологию сборки, т.е. планирование последовательности сборки.

4. Формирование алгоритмов и программ эффекторной подсистемы, осуществляющей перемещения деталей по требуемым траекториям в соответствии с управляющими воздействиями, поступающими от планирующей и сенсорной подсистем.

Необходимыми условиями для успешного функционирования робота в соответствии с разработанными программами является наличие требуемого уровня сенсорного обеспечения и адекватных решаемой задаче характеристик механической (исполнительной) части робота. Под уровнем сенсорного обеспечения понимаются состав и характеристики сенсорных датчиков, обеспечивающих систему управления роботом необходимой информацией для осуществления сборки и соответствующие программы переработки информации. Для решения этих задач могут быть привлечены методы, развиваемые в рамках исследований по искусственному интеллекту.