124432 (717359), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Важной социальной проблемой являются изучение влияния вибраций на организм человека и разработка средств его вибрационной защиты. Перспективно направление, связанное с использованием источников вибрации с малыми амплитудами и большими частотами для различных приборов, медицинского оборудования, для создания движителей с вращательным и поступательным движением и т. д.
В этой области также важную социальную задачу призваны решить исследования причин и источников шумовых эффектов в машинах и разработка задач динамики. машин, связанных с полной или частичной локализацией шумов определенных уровней. Одновременно надо продолжать изыскания по использованию шумовых дефектов для технической диагностики машин.
К машинам автоматического действия относится новый класс машин, получающий широкое применение в технике. Это роботы, манипуляторы, шагающие и ползающие машины и т. п. Эти машины позволяют осуществлять самые сложные движения исполнительных органов и тем самым автоматизировать широкий круг технологических операций. Особое значение эти машины и системы будут иметь в тех случаях, когда необходимо освободить человека от работы в тяжелых, вредных или опасных условиях, как, например, высокая температура, повышенная радиоактивность, наличие вредных газов и химических продуктов. С помощью этих машин человек может быть освобожден от утомительных и монотонных операций на конвейерах, поточных линиях, от выполнения тяжелых погрузочно-разгрузочных работ. С помощью промышленных роботов может воспроизводиться огромное количество операций по транспортировке обрабатываемого объекта, закреплению и раскреплению их в обрабатывающих машинах, по упаковке, расфасовке, при контрольных операциях.
Подобные автоматические машины и системы уже нашли и будут далее находить применение при проведении научных исследований в космосе, в глубинах и на дне океанов, под землей. Замена человека на всех тяжелых, утомительных, трудных операциях имеет громадное социальное значение, так как она коренным образом освобождает человека от тяжелого физического труда, предоставляя человеку функции управления и введения в систему необходимой дополнительной информации. Рабочие органы этих машин, как правило, представляют собой сложные по структуре пространственные кинематические цепи со многими степенями свободы.
Задача изучения механики роботов, манипуляторов, шагающих и других машин и систем тесно переплетается с задачами управления в самом широком понимании вопросов управления, т. е. включая разработку искусственного интеллекта для них. В первую очередь должны быть развиты работы по структурному, кинематическому и динамическому анализу и синтезу различных схем механизмов, роботов, манипуляторов, шагающих и других машин и систем.
Промышленные роботы и манипуляторы, управляемые оператором или с помощью программного устройства, могут быть отнесены к роботам первого поколения. В настоящее время должны получить быстрое развитие работы по созданию роботов последующего поколения, обладающих некоторыми органами чувств человека, например, осязанием, слухом, видением, обонянием, и способных воспринимать некоторую неощутимую человеком 'информацию, например, реагировать на ультразвук, на электромагнитные и тепловые поля и т.д. К роботам еще более позднего поколения будут относиться устройства, обладающие искусственным интеллектом. В решение этой последней проблемы входят создание методов описания окружающего мира и формирования этого мира в памяти роботов, разработка специальных формализованных языков как средства для управления роботами, их обучения и управления их поведением. К проблеме искусственного интеллекта для роботов тесно примыкает проблема взаимодействия робота со средой и человеком, а также вопросы взаимодействия между человеком и роботом. Сюда относятся разработка способов общения человека с роботом, выявление характеристик в системе «человек—робот», а также исследование распределения функций между человеком и роботом в зависимости от степени автономности последнего.
Одной из важнейших в этом научном направлении является проблема создания автоматических локомоционных машин, в том числе передвигающихся с помощью конечностей, т. е. проблема механики и управления шагающими машинами и другими подобными устройствами. Создание локомоционных устройств, передвигающихся с помощью конечностей, требует решения задач структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, выбора и проектирования двигателей, разработки легких, малогабаритных и мощных приводов с высоким КПД. К этой проблеме относятся и задачи разработки экзоскелетонов, т.е. устройств, совершенствующих силовые параметры человека, увеличивающих его выносливость и создающих возможность его перемещения при повреждении опорно-двигательного аппарата.
Роботы и шагающие машины по своей структуре и функциональным характеристикам во многом копируют человека и животных. Поэтому очень важно развитие исследований по биомеханике и по физиологии. Здесь мы имеем в виду изучение биомеханических характеристик опорно-двигательного аппарата человека, животных, насекомых, затем физиологических процессов, лежащих и основе управления двигательными процессами, получения слуховой, зрительной и других форм информации, наконец, процессов пространственной ориентации и средств, обеспечивающих устойчивость живых существ.
Развитие современной теории механизмов и машин требует самого тесного сотрудничества ученых и практиков. Практика будет ставить перед теорией все новые и новые вопросы, а теория будет черпать в практике базу для своих научных исследований.
В связи с этим уместно вспомнить одно из высказываний П. Л. Чебышева. Он подчеркивал, что сближение теории с практикой дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает, сама наука развивается под влиянием ее, она открывает им новые предметы для исследования или новые стороны в предметах, давно известных.
Инженеры в поисках новых решений
Во всех научно-фантастических романах, рассказывающих о будущем, непременным спутником человека является робот. Ученый и писатель-фантаст А. Азимов даже разработал «законы» робототехники. Но это - фантастическая литература. А вот названия некоторых научных статей: «Модель очувствленного робота», «Некоторые проблемы организации стереозрения робота», «Определение положения корпуса шестиногого робота при ходьбе»... «Железный человек» уже сошел со страниц фантастических книг и стучится в нашу сегодняшнюю жизнь. Ученые и конструкторы вплотную подошли к созданию промышленных роботов, весьма интересующих специалистов многих предприятий. Дело в том, что подобные устройства стали не только экономической, но и социальной необходимостью во многих сферах производства.
Сколько еще человеку приходится выполнять тяжелой, вредной или попросту неинтересной работы! Как это ни парадоксально, появились целые отрасли, где именно присутствие человека затрудняет рост производительности труда, потому что чисто физиологические его особенности довольно ограничены и порой не соответствуют темпам современного производства. Существует несколько областей, где применение подобных роботов уже сегодня вполне оправдано. К примеру, это освобождение человека от тяжелого или монотонного и утомительного труда. И еще одна (воистину необозримая) область будущего и частично сегодняшнего применения роботов - исследование космического пространства, освоение планет Солнечной системы, завоевание глубин земли и океана на нашей родной планете...
Но все сказанное - только технический аспект применений роботов. Существует и другой, не менее важный - социальный. Дело в том, что многие предприятия испытывают нехватку рабочих, такое же положение и в сельских местностях. Роботы уже сегодня могли бы взять на себя многие технологические операции на заводах и фабриках. Думается, настала пора и для создания подобных механизмов, способных работать в сельском хозяйстве,
Что уже сделано? Роботы типа «механическая рука» с программным управлением в ближайшее время появятся в цехах заводов. Эти механизмы очень удобны для обслуживания станков, ковочных, литейных сварочных и многих других машин. Они могут снимать готовые детали, складывать их и выполнять другие операции.
Уже существуют и более совершенные модели роботов, обладающие своеобразными «органами чувств»— телевизионным зрением, осязанием и слухом. Такие механизмы способны работать с деталями, не находящимися на строго фиксированных местах, могут «дотянуться» до каждой из них.
И, наконец, пока только на столах конструкторов рождаются роботы, способные, например, собрать по чертежу узел из произвольно лежащих перед ними деталей. Более того, они смогут анализировать сложившуюся ситуацию и принимать в ней наилучшие решения.
Современные роботы строятся в основном на принципе использования биомеханических свойств человека и животных. Среди классов этих машин в первую очередь надо остановиться на промышленных роботах, которые могут выполнять практически неограниченное число операций. Все дело в том, как ориентировать подобного робота.
В зависимости от заданной программы робот выполняет те или иные производственные задачи. Программа его работы может быть заранее записана на магнитной или перфорированной ленте. «Обучение» робота можно производить даже в процессе работы. В чем суть такой операции? Человек производит вручную те операции, которые должен выполнять промышленный робот. Все эти движения записываются в программное устройство и в «память» машины.
В основном разрабатываются системы роботов, имеющих в качестве рабочих органов манипуляторы. В отличие от обычного автомата, который создается для выполнения определенной, неизменной операции, манипуляторы—сложные универсальные многоцелевые механизмы. Наиболее распространенный тип таких устройств - это машины, способные выполнять целый ряд операций по заранее составленной «жесткой» программе. Когда, например, отпадает необходимость в какой-то технологической операции, такой робот можно легко перестроить на другую, предусмотренную в его рабочей программе. Но возможны и более «умные» роботы-манипуляторы, которые способны адаптироваться к обстановке и самоперестраиваться на новую программу, на выполнение новых видов работ. Не исключается и своеобразный «полуавтоматический» режим действия такого робота, когда в очень сложных случаях в управление им вмешивается человек.
Робот, в состав которого входит манипулятор, имеет специальный исполнительный механизм, имитирующий руку человека. Полнота имитации различна в зависимости от выполняемой задачи. Более того, «руку» манипулятора по характеру выполняемых движений можно сделать более «богатой», чем человеческая. Допустим, она может вращаться в суставах, двигаться поступательно, изменять длину своих звеньев.
Аналогичные принципы положены в основу конструкции шагающих машин, где в какой-то степени копируются движения ног человека и животных. Установлено, что наилучшей из подобных конструкций следует считать шестиногую. Оказывается, что движение на шести ногах является более совершенным как в смысле устойчивости, так и в смысле возможностей маневрирования.
Возможны и комбинированные машины, которые начинают «шагать», когда нельзя «катиться», а потом снова возвращаются к колесному движению. Установив на таком устройстве специальные реактивные движки, можно научить его и «перепрыгивать» встречающиеся препятствия.
Можно предполагать, что в будущем в конструкциях роботов мы научимся использовать законы движения не только человека, животных и насекомых, как это делается сегодня, но и многих других существ, что будут созданы роботы не только ходящие и катающиеся, но и ползающие и скачущие.
Сегодня трудно еще предвидеть, когда наступит «эра роботов». Но весь предыдущий опыт науки и техники показал, что самые смелые прогнозы, представляющиеся весьма отдаленными, оказывались воплощенными в жизнь гораздо быстрее. Здесь хотелось бы отметить чрезвычайно важную закономерность развития техники, которая вселяет оптимизм. Технический прогресс постоянно ускоряется, то есть непрерывно уменьшается продолжительность того времени, которое лежит между моментом получения первых результатов в научном исследовании и моментом выпуска на их основе промышленного продукта. Причин тому несколько и первая - постоянное увеличение существующего объема знаний. Сама разработка технических нововведений напоминает цепную реакцию, когда каждое изобретение вызывает к жизни несколько новых. Одним из примеров могут служить вибрационные режимы движения и воздействия. Известно, что долгое время на вибрацию смотрели в основном как на вредный эффект, понижающий прочность и надежность машин. В дальнейшем вибрационный эффект стали использовать для транспортирования обрабатываемого материала, разделения его на фракции, сортирования и т. д. Так уже нашли применение вибрационные решета для сортирования и калибровки семян различных сельскохозяйственных культур. Сравнительно недавно осуществлено на практике вибрационное транспортирование зерна с одновременной сушкой, что позволило интенсифицировать этот процесс на 40—70 процентов.
Дальнейшее развитие должна получить теория пространственных механизмов применительно к новым видам автооператоров, роботов, манипуляторов и шагающих машин. Широко внедряться, по-видимому, будут бесступенчатые передачи, позволяющие плавно изменять скорости исполнительных и других механизмов.
До последнего десятилетия техника использовала в основном механизмы, обладающие одной и в редких случаях (в конструкциях механизмов дифференциалов) двумя степенями подвижности. Сейчас все шире применяются механизмы со значительно большим числом степеней подвижности. Это стало возможным благодаря появлению комплексных систем управления, которые обеспечивают движение отдельных звеньев механизмов по более сложным законам.
Современные инженер-конструктор, технолог, исследователь должны в совершенстве владеть методиками и конструирования новых приборов, высокопроизводительных машин, машин-автоматов, автоматических линий, удовлетворяющих высоким требованиям надёжности и точности воспроизведения перемещений рабочего органа и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
