Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В настоящее время усилия исследователей направлены на дальнейшее совершенствование робототехнических систем, Одним из путей такого совершенствования является изучение ряда важных вопросов робототехники, изложенных в этой книге. 1.2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РОБОТОВ Слово робот в английском языке впервые появилось в 192! г. после выхода в свет сатирической пьесы Карела Чапека «РУР». В этой пьесе роботы — человекоподобные машины, обладающие способностью работать без устали. Они были созданы для того, чтобы работать вместо людей. Однако в конце пьесы роботы восстают против своих создателей и уничтожают все человечество.
В большой мере именно пьеса Чапека поро. дпла бытующее и по сей день представление о роботах, как о человекоподобных машинах, обладающих интеллектом и индивидуальностью, Этот образ был подкреплен фильмом «Метрополис», созданным в 1926 г. в Германии. Робот Электро и его собака Спарко успешно демонстрировались в 1939 г. на Всемирной ярмарке в Нью-Порке. Робот СЗРО из более позднего, созданного в !977 г. фильма «Звездные войны» также способствовал этому представлению.
Современные промышленные роботы несомненно покажутся примитивными в сравнении с обра- гб зом, созданным средствами массовой информации за последние шесть десятилетий, Первые роботы, с которых началась современная робототехника, появились сразу после второй мировой войны. В конце 40-х годов в Окриджской и Аргоннской национальных лабораториях были начаты исследовательские программы по созданию дистанционно управляемых механических манипуляторов для работы с радиоактивными материалами. Разрабатывались манипуляторы копирующего типа, предназпачснные для точного воспроизведения движений руки и кисти человека-оператора. В систему входили задающий и копирующий манипуляторы. Задающий манипулятор приводился в движение человеком-оператором, при этом копирующий манипулятор воспроизводил с максимальной точностью все движения задающего.
Позднее путем установления механических связей между задающим н копирующим манипуляторами была введена обратная связь, позволяющая оператору ошущать силы взаимодействия между копирующим манипулятором н его рабочей средой. В середине 50-х годов механические способы введения обратной связи были заменены электрическими и гидравлическими, как, например, в манипуляторе Напдугпап фирмы «Дженерал Электрик» и манипуляторе М!по!ацг-1 фирмы «Дженерал Милз». Вскоре вслед за манипуляторами копирующего типа были разработаны более сложные системы, способные выполнять многократно повторяющиеся операции в автономном режиме. В середине 50-х годов Джордж С.
Девол сконструировал устройство, названное им «программируемое шарнирное устройство для переноски» вЂ” манипулятор, функционирование которого задавалось программой (следовательно, могло изменяться) в виде последовательности элементарных движений, определенных командами этой программы. Дальнейшее совершенствование Деволом совместно с Джозефом Ф. Энгельбергером этого замысла привело к созданию первого промышленного робота, выпущенного в !959 г.
фирмой «Юнимейшн». Основная идея при создании этого устройства заключалась в совмещении манипулятора с компьютером, что позволило получить машину, которую можно было «обучать» автоматическому выполнению разнообразных работ. От специализированных автоматических машин эти роботы отличались возможностью смены выполняемых операций при изменении условий производственного процесса. Изменение выполняемых роботом операций осуществлялось путем относительно недорогого перепрограммирования и переоснащения.
В 60-х годах стало очевидно, что гибкость программируемых роботов — этого нового мощного промышленного инструмента — может быть существенно повышена за счет использования средств очувствления. В начале 60-х годов Эрнст 172) разработал управляемую с помощью компьютера механическую руку с тактильными датчиками. Это устройство, названное МН-1, могло «осязать» блоки, с которыми оно работало, и использовало поступающую с датчиков информацию для управления захватным устройством, что позволяло укладывать блоки без помощи оператора.
Эта разработка является одним из первых примеров робота, способного адаптироваться к неполкостью определенной внешней обстановке. Система состояла из манипулятора АН1. Мобе!-8 с шестью степенями свободы, управляемого с помощью устройства обмена компьютером ТХ-О. Позднее эта исследовательская разработка стала частью проекта МАС, по которому в состав системы вводилась еще и телевизионная камера. В тот же период Томович и Бони [287] разработали опытный образец схвата с датчиками, измеряющими давление при соприкосновении с объектом, по которому формировался сигнал обратной связи на мотор силового привода.
Как только охват входил в контакт с объектом, с датчиков давления в компьютер поступала информация о размерах и весе объекта манипулирования. В 1963 г. фирма «Америкэн Машин энд Фаундри Компани» !АМР) начала выпуск промышленного робота Ъ'ЕКЬАТКАН. В этом же году был начат ряд разработок промышленных роботов, таких, как эдинбургский и роэмптонский манипуляторы. В конце 60-х годов Маккарти [194] со своими котлегами из Лаборатории искусственного интеллекта в Станфорде сообщили о создании компьютера, имеющего руки, глаза и уши (т.
е, оснащенного манипуляторами, телевизионными камерами и микрофонами). Ими была продемонстрирована система, которая воспринимала устные команды, «видела» разбросанные на столе блоки и манипулировала этими блоками в соответствии с полученными инструкциями. В этот же период Пайпер [235] провел исследования, касающиеся кинематики управляемого компьютером манипулятора, а Кан и Рот [140] исследовали вопросы динамики и управления манипулятором с ограничениями, Последние применили релейное управление, обеспечивающее максимальное быстродействие.
Одновременно промышленные роботы начали развиваться и в других странах, особенно в Японии. Уже в 1968 г. японская фирма «Кавасаки Хэви Индастриз» покупает у фирмы «Юнимейшн» лицензию на выпуск промышленных роботов. В 1969 г. фирма «Дженерал Электрик» закончила разработку экспериментальной шагающей платформы для вооруженных снл США — одну из наиболее необычных разработок в области робототехники. В этом же году был создан бостонский манипулятор, а в следующем — станфордский манипулятор, оснащенный телевизионной камерой и управляющим компьютером. Создание этих манипуляторов положило начало ряду наиболее !в серьезных исследований в области робототехники. Один из экспериментов со станфордским манипулятором состоял в автоматической укладке блоков по различным заданным правилам.
Это была очень сложная задача для роботов того времени. В !974 г. фирма «Цинциннати Милакрон» представила первого управляемого компьютером промышленного робота, названного Т' (Тпе Тотоггоц Тоо1 — инструмент будущего). Этот робот мог поднимать грузы весом более 40 кг и работать с движущимися объектами на сборочном конвейере. В течение 70-х годов большое внимание в исследованиях уделялось использованию датчиков внешней обстановки для повышения качества функционирования манипуляторов.
В Стан- форде Боллес и Пол [26] создали станфордский манипулятор, предназначенный для сборки автоматических водяных насосов. Управление этим манипулятором осуществлялось с помощью компьютера РРР-1О на основе информации от зрительных и силовых датчиков. Приблизительно в это же время Вилл и Гроссман [311] из фирмы ИБМ разработали управляемый компьютером манипулятор с тактильными и силовыми датчиками, предназначенный для сборки пишущей машинки, состоящей из двадцати деталей.
В Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института проводились работы [!32], связанные с использованием сигналов обратной связи от силовых датчиков. Для обеспечения правильного начального положения охвата при проведении высокоточных сборочных работ использовался метод поисковой навигации в ближней зоне.
В Лаборатории Дрейпера Невинс и др. [211] проводили исследования по методам очувствлення, базирующимся на свойствах упругих деформаций. В результате этих работ был создан прибор, названный «удаленный центр упругой податливости» [гегпо!е сеп1ег согпр!!апсе), Этот прибор монтировался на упорной пластине последнего звена манипулятора прн выполнении высокоточных сборочных работ. Бьецци [16] нз Лаборатории реактивного движения для управления удлиненным станфордским манипулятором, предназначенным для космических исследований, применил методику измерения моментов. После этого был предложен еще ряд различных способов управления механическими манипуляторами. В настоящее время робототехника представляет собой значительно более обширную область науки, чем можно было себе представить всего несколько лет назад.
Она включает вопросы кинематики, динамики, планирования стратегий, языков программирования и искусственного интеллекта. Все эти вопросы освещены в следующих разделах и составляют содержание данной книги. 1.3. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА МАНИПУЛЯТОРА Предметом кинематики манипулятора является аналитическое описание геометрии движения манипулятора относительно некоторой заданной абсолютной системы координат без учета сил и моментов, порождающих это движение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
