Часть 1 [1 – 12a]

История развития и современное состояние роботостроения

Самым эффективным показателем механического прогресса является уровень производительности труда. Основным направлениями повышения производительности труда в настоящее время являются автоматизация механических процессов с использованием современных средств автоматизации. Поистине революционные возможности открывают создание и внедрение миниатюрных электронных управляющих машин, промышленных роботов. Они получают самое широкое применение.

Идея создания робота зародилась давно. Впервые слово “Робот” (Robot) употребил Карел Чапек (Karel Chapek) в своей фантастической пьесе “РУР”, написанной в 1920 году. Созданное им слово “робот” вошло в международный лексикон и стало общеупотребительным. У Чапека “механические люди” – роботы, не чувствующие боли не испытывающие человеческих чувств, заменяли живых людей, работающих на фабриках и заводах. Но, конечно, робот, работающий у станка на машиностроительном заводе, и робот, “изображенный” чешским писателем К. Чапеком, - два совершенно различных создания. Первый – сплошная реальность, уже даже не сегодняшний, а вчерашний день науки и техники. Робот К. Чапека – вымысел талантливого писателя, ожившая на страницах книги мечта человека.

В то время уровень техники еще не позволял создать промышленный робот. Более 40 лет понадобилось для того, чтобы, опираясь на достижения в развитии автоматических систем управления и успехи электроники и гидравлики, ученые и специалисты смогли создать первые промышленные роботы.

В статье из журнала “Машинери мэгэзин” (“Machinery magazine”), посвященной появлению роботов на заводах США, сообщалось, что в американской металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего. Он не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденном перерыве, работает 24 часа в сутки и не интересуется пособиями или пенсионной оплатой. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо. Он никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и никогда не получает увечий на работе. Он – промышленный робот.

П.1 Атомная энергетика в настоящее время уже стала одним из столпов технического прогресса, энергетической базой нашего ближайшего будущего. Но материала, с которыми приходится иметь дело в этой области техники, обладают радиоактивностью – свойством, угрожающим здоровью и самой жизни человека, ужасным свойством, породившим трагедию Хиросимы. От лучевой болезни нет прививок, и нет способов “закаливания” организма, предупреждающих заболевание при интенсивном облучении. Опасны для здоровья не только сами радиоактивные вещества, но и оборудование, машины, инструменты, которые используются при их получении и обработке. Они сами под воздействием облучения становятся “зараженными”. А вместе с тем работы с радиоактивными веществами, процессы и технологии, связанные с научными исследованиями и производством ядерного горючего, ремонтом, монтажом и демонтажом реакторов, обслуживанием машин, приборов, устройств и систем ядерной энергетики, всего того оборудования, которое эксплуатируется в радиоактивных зонах, требует непрерывного участия людей. Так возникло противоречие между потребностями человека, которые может удовлетворить только атомная промышленность, и опасностью для его здоровья и жизни, которую она несет. Оно возникло не сегодня и не вчера, а еще в ту пору, когда не было речи об атомной энергетике, когда велись первые опыты по изучению радиоактивности, когда первые ученые и исследователи “открыли” болезнь, на своем личном горьком опыте познали ее тяжелые последствия. И еще в ту пору стало ясно – профилактика этой болезни состоит в том, чтобы защитить человека от вредной радиации единственным способом: надо отделить зону, где находится материал и оборудование, несущие смертельную угрозу, от зоны, где находятся люди. Но как же тогда производить манипуляции с этими материалами, манипуляции, с которыми сопряжены все опыты, научно – исследовательские и механические работы? Может быть, следовало встать на путь создания специальных автоматических устройств, которые бы могли все это делать полностью без непосредственного участия человека? Оказалось, что непосредственное участие человека, было, есть и будет необходимым при выполнении бесчисленного множества операций, действий и процессов, слишком они разнообразны, нестандартны, заранее непредсказуемы, чтобы их выполнение можно было поручить автомату.

Единственно правильное решение, которое могло вывести из этого тупика, опиралось на следующее рассуждение. Если нет технической возможности использовать автоматы, которые бы работали вместо человека, значит, следует создать машины, механизмы и устройства, которые будут работать вместе с человеком. Надо создать механические руки, которые можно будет устанавливать непосредственно там, где находятся радиоактивные материалы и оборудование, - в “горячей” камере, в изолированном помещении, одним словом, там, куда человеку доступ запрещен. А человека надо поместить в защищенную от радиации безопасную зону. И пусть он, находясь в этой зоне, управляет всеми движениями механических рук.

Манипуляторами называют машины и устройства, позволяющие передать движения человека – оператора из безопасной зоны внутрь камер на расстояние. Манипуляторы – первые машины, обладающие парой механических рук и умеющие выполнять этими руками человекоподобные движения. Вот почему можно смело утверждать, что именно с них началась робототехника. Почти за сорок лет, прошедших со времени появления первого манипулятора, семейство этих машин значительно расширилось и усовершенствовалось. Сейчас их используется много тысяч, а их разработка и выпуск становится отраслью промышленности, быстро развивающейся.

П.2. Гигантские продовольственные и сырьевые запасы хранит Мировой океан. Его прибрежная часть – шельф, - окаймляющая сравнительно узкой полосой материки, имеет глубину до 200 метров. Далее следует материковый склон с глубинами от 200 до 2000 метров. Наибольшую часть площади океана составляет его ложе, находящееся на глубине свыше 2-6 тыс. метров с отдельными впадинами глубиной свыше 10 тыс. метров. Но чтобы проникнуть в глубины океана, человеку нужны совершенные технические средства. И уже в течении многих лет ведутся работы по созданию глубоководных снарядов, специальных подводных кораблей, подводных лабораторий.

По данным американских ученых, рудные выходы в Тихом океане могли бы обеспечить потребности нашей планеты в меди на 6 тыс. лет, в алюминии – на 20 тыс. лет, а в кобальте – на 200 тыс. лет.

Как же все-таки добывать металлы и полезные ископаемые, проводить исследования, строить, собирать образцы породы, флоры и фауны в глубинах океана и на его дне?

Только один ответ найден на этот вопрос – применение манипуляторов и роботов. Значит, опять возникает необходимость в том, чтобы передать движения человека на расстояние, в ту зону, ту область, куда непосредственный доступ ему закрыт навсегда.

П.3 Космос – это еще одна область, привлекательная, но запретная для человека, для его непосредственного там пребывания.

П.4 Шахты

П.5 С/Хозяйство

П.6 Главная задача токаря, фрезеровщика, шлифовщика – управлять станком. Но кроме этого, они должны также установить на станок заготовку и снять обработанное издание. Многие же изделия, детали и заготовки имеют значительный вес: 10 – 30 – 50 килограммов. Операции их обработки на станке могут занимать всего лишь несколько минут, а значительная часть времени уходит на однообразную тяжелую работу, не требующую ни искусства, ни особого мастерства: на установку заготовок, на снятие изделий.

Многие изделия машиностроения изготавливаются с применением сварки, и сварщику в течение всей рабочей смены приходится орудовать тяжелым инструментом – специальными сварочными клещами…

В кузнечных цехах…

Окраска изделий…

…

Подобных примеров можно привести множество. Рабочих мест, на которых человеку работать тяжело, где труд утомителен и однообразен, где подчас создается угроза здоровью, а то и самой жизни человека, где возможности и способности человека используются не самым лучшим образом, - миллионы, десятки миллионов.

Теперь создано средство – автомат – робот, который может заменить человека на этих местах: загружать и выгружать станки, стоять у молотов, варить, красить, обслуживать самые разные машины и оборудование.

Что же такое робот? На что он похож?

Для определения этого термина был применен метод экспертной оценки – 156 экспертам были предъявлены составленные описания нескольких разных систем, которые в современной научной и технической литературе фигурируют под кличкой “робот”. Наиболее достойными называться роботами были признаны системы, описанные так:

“Подвижные системы, способные “обучаться” и прокладывать кратчайший путь на площадке с произвольно расположенными препятствиями к назначенной цели без столкновений”. К этому мнению пришли 120 экспертов из 156.

П. Н. Белянин:

“Промышленный робот – это автономно функционирующая машина – автомат, предназначенная для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении вспомогательных о основных производственных операций без непосредственного участия человека и наделенная для этого некоторыми его способностями (слухом, зрением, осязанием, памятью и т.п.), а также способностью к самообучению, самореализации и адаптации, т.е приспособлению к внешней среде”.

Е. И. Юревич:

“Промышленный робот – это автоматически действующая машина для выполнения операций по перемещению различных объектов с целью автоматизации производственных процессов, отличающаяся возможностью и быстротой перехода на новые операции”.

Авто Оператор – автоматически действующее (без участия в управлении человека) устройство для выполнения вспомогательных и транспортных производственных операций, переналадке которого с одной операции на другую требует регулировки или замены кинематических звеньев (удлинение или укорочения рычагов, замены кулачков, перестановки кулачков и пр.).

В основе управления автооператором лежит цикловая автоматика – изменение упоров, концевых выключателей и релейных схем. Пример таких устройств – устройства, применяемые в автоматических линиях для установки и съема обрабатываемых деталей на станках, входящих в линию.

Характерные особенности а. о. – возможность выполнения одной или нескольких простых операций, наличие жесткой программы, емкость и длительность переналадки, требующий остановки, а также отсутствие человека в контуре управления.

Впервые роботы появились в США – в 1962 г. В нашей стране первая модель робота была создана в 1968 г. В 1971 – робот УМ – 1 и Универсал – 50. В Англии, Японии, Швеции из США - в 1967 г, 1971 – ФРГ, 1972 – Франция, 1973 – Италия, а в 1973 году в Японии было изготовлено 2500 роботов оригинальных конструкций, а всего их насчитывалось 2800 штук.

Данные 1980 г. : в Японии – 47 тыс. штук промышленных роботов, в ФРГ – 5850 штук, в США – 3255 шт., в ПНР – 720, в Швеции – 570, в СССР ≈ 6500 шт.

Положения: первого – работают по жесткой программе, для управления ими используется память на твердых элементах, на магнитных лентах, дисках, барабанах и других программоносителях.

Второго поколения – в них закладывается частично самоорганизующаяся системы управления, обучения и адаптации с исследованием ЭВМ. Информация о внешней среде собирается в процессе движения руки человека или робота. Управляющей ЭВМ задается только конечная цель процесса.

Третье поколение – способны распознавать предметы в пространстве, вырабатывать планы решения поставленных через них задач и контролировать их выполнение с использованием информации совокупности анализаторов (слуховых, зрительных и др.)

Экономические проблемы:

- резкое сокращение сроков освоения продукции;

- повышенная производительность труда научно – технического;

- возможность автоматизации и модернизации существующего оборудования;

- сокращение сроков создания новых технологических процессов, применительно нереализуемых при участии человека;

- развитие комплексной автоматизации в том числе многосерийного и единичного производства с сохранением быстрой смен. выпуск. продукции.

Соц. эфф.: улучшение условий труда и изменение характера труда, снижение травматизма.