ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СОВЕТСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ

Часть 2

С 1972 года разработка роботов приняла плановый характер. Постановление Госкомитета СССР по науке и технике определило создание и применение роботов в машиностроении как задачу государственной важности и были сформулированы основные направления решения. В Институте Кибернетики под руководством Николая Михайловича Амосова создан автономный транспортный робот «Таир» с сетевой системой управления. «Таир» мог целенаправленно двигаться в естественной среде, при этом объезжая препятствия и поддерживая внутренние параметры в заданных пределах. Для передвижения робот использовал тактильные датчики, оптический дальномер, датчики состояния собственных подсистем и другие вспомогательные устройства. Для его управления была разработана нейроноподобная сеть, разделённая на шесть сфер: элементарных действий, распознавания и оценки ситуаций, решений, маневров верхнего и нижнего уровней.

В 1973 году в ОКБ ТК при Ленинградском политехническом институте созданы и введены в эксплуатацию первые в стране подвижные промышленные роботы МП-1 и «Спрут».

В 1974 году провели первый чемпионат мира по шахматам среди компьютеров. Титул первого компьютерного чемпиона завоевала советская программа «Каисса». Постановлением Совета Министров СССР ОКБ ТК назначено главной организацией в СССР по разработке промышленных роботов для машиностроения.

В 1975 году в СССР были запущены автоматические межпланетные станции «Венера-9» и «Венера-10». Совершив посадку на Венере, они передали информацию о поверхности планеты через орбитальные отсеки на Землю. Это стало первой удачной попыткой ретрансляции такого сложного сигнала автоматическими системами.

В соответствии с постановлением Госкомитета СССР по науке и технике созданы первые 30 серийных промышленных роботов для обслуживания прессов, станков, для точечной сварки, которые управлялись стационарными и подвижными пневмо-, гидро- и электроприводами.

В Ленинграде разработаны система магнитной навигации «Кедр», «Инвариант» и «Скат» для космических кораблей, самолётов и подводных лодок.

В это время в США в 1976 году Стив Джобс вместе с другом создают персональный компьютер Apple 1, с которого началась компьютерная революция.

В 1977 году В. Бурцев создал первый симметричный многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) «Эльбрус-1», и Советский Союз начал уверенно лидировать в строительстве суперкомпьютеров. Для межпланетных исследований был создан интегральный робот «Кентавр», который управлялся вычислительным комплексом М-6000. Его навигационная система состояла из гироскопа и системы счисления пути с одометром, а информация об окружающей среде поступала от лазерного сканирующего измерителя расстояний и тактильной системы, построенной на микровыключателях и упругих чувствительных элементах.

В 1979 году начат выпуск высокопроизводительных многопроцессорных УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, где производилось распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций. Благодаря технологии распараллеливания задач разработки систем искусственного интеллекта вышли на новый этап.

В Институте Кибернетики под руководством Н. Амосова создан робот "Малыш", который также как и "Таир" управлялся обучающейся нейронной сетью. Он был сконструирован в виде шестиколёсной тележки, на которой размещались магнитный компас, оптический дальномер и контактные датчики. С МАЛЫШом был проведён целый ряд фундаментальных исследований и выявлены преимущества нейронносетевой системы управления перед традиционными алгоритмическими.

В пятилетку 1975-1980 было создано более ста промышленных роботов, организовано серийное производство 40 моделей. Также началась работа по стандартизации промышленных роботов в соответствии с программой Госстандарта СССР.

В 1980 году в СССР появился первый пневматический промышленный робот с позиционным управлением и техническим зрением МП-8. Он был разработан в ОКБ ТК Ленинградского политехнического института, в котором вскоре был создан Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК). К концу 1980 года количество промышленных роботов в стране превысило 6000 штук, что составляло более 20% от мирового числа.

В 1981 в ЛПИ создали системы «Клён», «Маркер» и «Призыв» для спасения информации с терпящих бедствие летательных аппаратов и маркировки мест аварии.

Также в МВТУ им. Баумана открылся Научно-учебный центр «Робототехника», который объединил все московские вузы и институты Академии Наук, занимавшиеся робототехникой. В этом центре разработали модель самого массового промышленного робота МП-9С, серийное производство которого началось в 1982 году на АвтоВАЗе. В 1983 году на базе МВТУ им. Баумана по заказу КГБ для подразделений по борьбе с терроризмом создан мобильный робот, работающий со взрывоопасными предметами. Продолжила это направление разработка робототехнического комплекса МРК20 для работы с неразорвавшимися боеприпасами.

В США в 1982 году поступил в продажу персональный робот HERO-1. Роботы этой серии были плохо приспособлены к выполнению практических заданий, а скорее служил развлекательной цели. HERO-1 управлялся бортовым компьютером с процессором Motorola, а объём его оперативной памяти составлял всего 4 KbB. Он был снабжён датчиками движения, кроме того в комплект дополнительно входила рука-манипулятор.

В 1984 году начат серийный выпуск советской многопроцессорной супер ЭВМ – ЕС-2701 с макроконвейерной организацией вычислений. Подобная архитектура определила дальнейшие идеи организации многопроцессорных ЭВМ. В этом же году в Японии в Токийском университете создан робот Wabot-2. Он умеет читать ноты с помощью системы технического зрения, а затем играет прочитанную мелодию на органе десятью пальцами.

В Институте Кибернетики по заказу Министерства обороны СССР создан автономный робот МАВР, способный целенаправленно передвигаться в условиях сложной пересечённой местности. Благодаря оригинальной конструкции он обладал высокой проходимостью и надёжной защитой схем управления. Данные об окружающей среде поступали на бортовой компьютер через оптические и тактильные датчики и после обработки он принимал решение о направлении движения и других операциях.

Появился новый способ борьбы с пожарами – был спроектирован пожарный робот для защиты памятников деревянного зодчества музея «Кижи».

В 1985 году ЦНИИ РТК разрабатывает систему бортовых манипуляторов для МКС «Буран». Эта система предназначена для выполнения операций с многотонными грузами: выгрузка, стыковка с орбитальной станцией. В состав системы вошли два манипулятора длиной 15 метров, система управления с бортовой ЭВМ и подсистемы освещения, телевидения и телеметрии. К концу года количество промышленных роботов в Советском Союзе превысило 40 тысяч штук, что в несколько раз превзошло количество роботов в США и составило 40% всех роботов в мире.

После катастрофы на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года в МВТУ им. Баумана инженеры В. Шведов, В. Доротов, М. Чумаков, А. Калинин немедленно разработали мобильные роботы для проведения работ в зоне аварии – МРК и Мобот-ЧХВ. С их помощью провели полный цикл уборки и подготовили участок крыши третьего энергоблока для бетонирования.

По данным Е.И Юревича, на ликвидации Чернобыльской аварии было задействовано около 15 типов модульных роботов, которые имели разное назначение. Легкие роботы - роботы-разведчики использовались для изучения радиационной обстановки в помещениях Саркофага, тяжелые роботы - технологические роботы предназначавшиеся для уборки (дезактивации) территории.

На ликвидации аварии был применен совмещенный тип использования разных типов роботов. Легкий робот-разведчик обслуживал работу выполняемую тяжелыми (технологическими) роботами. Обеспечивал динамическую визуализацию рабочей площадки для оператора тяжелого робота, а также давал возможность контроля за выполнением работ. Но в большинстве легкие роботы использовались по своему прямому назначению – разведка и проведение видео, фото и гамма-съемки в помещениях 4-го блока Чернобыльской АЭС.

В 1988 году осуществлён запуск МКС «Энергия-Буран», которая стала самым масштабным проектом 1980-х годов. Автором проекта стал главный конструктор В. Глушко. Весь сложнейший комплекс систем посадки, навигации, контроля траектории движения управлялся интеллектуальной системой «Вымпел», которая являлась самой передовой технологией для того времени [10].

Промышленные роботы

Промышленная робототехника является, пожалуй, самым перспективным направлением развития. Только за 10 лет с 1969 по 1979 годы количество комплексно механизированных и автоматизированных цехов и производств выросло с 22,4 до 83,5 тысяч, а механизированных предприятий – с 1,9 до 6,1 тысяч Всего же в Советском Союзе было выпущено более 100 тысяч единиц промышленных роботов, которые заменили более миллиона рабочих.

Советские инженеры планировали внедрить использование роботов практически во все сферы промышленности: машиностроение, сельское хозяйство, строительство, металлургия, горнодобывающая, лёгкая и пищевая промышленность и другие. Так, в одном из московских ателье появился робот-закройщик. Он был запрограммирован на выполнение различных операций – от измерения всех необходимых размеров фигуры заказчика до раскроя ткани. Учитывая модель костюма, варианты использования ткани и другие параметры, робот выдаёт на выкройку на листе бумаги.

В США разработка промышленных роботов выделилась в отдельную отрасль в 1970-х годах. Появление микропроцессоров создало основу современных систем управления роботами. В 1973 году во всём мире использовались 3 тысячи промышленных роботов, из которых 30% принадлежали американской компании Unimation. В среднем, начиная со второй половины 1970-х годов ежегодный прирост продаж промышленных роботов составлял 30%. Наибольшее распространение роботы получили в автомобильной промышленности, их использовали для сварки, покраски, сборки деталей и т. д.

Первым в мире конвейерную сборку механизмов ввел Петродворцовый часовой завод в 1965 году. До этого во всём мире механические часы от начала и до конца собирались вручную. Петродворцовый часовой завод первым же и отказался от конвейерной линии, заменив её промышленными роботами. Сборка часов проходила не по конвейерной, а по «постовой» схеме, которая обеспечивала большую производительность при меньшем проценте брака. За рационализацию производства Петродворцовый часовой завод был награждён Государственной премией (бывшая Сталинская премия). Автоматизация производства на этом предприятии высвободила на сборке часов 300 человек и увеличила производительность труда в 6 раз. В 1980-е годы на заводе ежегодно производилось 4,5 экземпляров часов, а часы «Ракета» считались самыми лучшими в СССР. Роботы, разработанные на этом заводе, также использовались для сборки взрывателей и другой важной государственной деятельность.

Структура промышленного робота состоит из нескольких систем: исполнительной (двигательной), информационно-измерительной (сенсорной), управляющей (интеллектной) и системы связи (языка). Исполнительная система определяет способность робота совершать различные движения. В качестве исполнительных систем применяются механические манипуляторы, устройства передвижения, электромагнитные и пневматические манипулирующие устройства. Сенсорная система служит для восприятия и преобразования информации о состоянии внешней среды, результатах воздействия на неё исполнительной системы и о состоянии самого робота. Элементами сенсорной системы являются телевизионные и оптико-электронные устройства, лазерные и ультразвуковые дальномеры, контактные, индуктивные и тактильные датчики, разнообразные датчики положения и скорости и др.

Управляющая, или интеллектная, система выполняет следующие функции: на основе сигналов обратной связи от сенсорной системы она вырабатывает закон управления исполнительной системой; организует общение робота с человеком-оператором на заданном языке; планирует действия робота и принимает целенаправленные решения. Возможности робота главным образом зависят от программного и алгоритмического обеспечения его управляющей системы. Управляющие системы роботов создаются на базе ЭВМ или микропроцессоров. Система связи робота служит для обмена информацией между роботом, человеком-операторов, другими роботами и устройствами (в том числе технологическим оборудованием) с целью передачи заданий роботу, контроля за функционированием робота, диагностики неисправностей и т. п. Информация от человека поступает, как правило, через устройство ввода или пульт управления.

Одно из важнейших свойств промышленного робота – это перепрограммируемость. В роботах с цикловым программным управлением программируется последовательность выполнения движений от точки к точке. Цикловые роботы применяются для загрузочно-разгрузочных операций, транспортно-складских работ, а также в кузнечно-прессовом производстве, как промышленный робот «Циклон». Часто используются на сборочных операциях.

Позиционные промышленные роботы обладают более совершенной системой управления, но вместе с цикловыми роботами они уступают высокоэффективным промышленным роботам с контурным программным управлением на базе микропроцессоров. Последние применяются для автоматизации тяжёлых производственных процессов, таких как сварка, окраска, сборка и раскрой материалов. Пример такого механизма – робот «Бета» производственного объединения «ВАЗ».

Предприятие «АвтоВАЗ» являлось передовым в Советском Союзе по внедрению роботов в автомобильную промышленность. Первые 10 штук роботов «Джулия» появились в 1978 году при запуске в производство автомобиля «Нива». Они имели гидравлический привод и использовались для сварки боковин и в прессовом производстве. В 1986 году при запуске в производство ВАЗ-2108, -2109, -21099 смонтировали 30 роботов «Бета» для точечной сварки. После распада СССР завод по-прежнему использует роботы.

Космические роботы

В период Холодной войны среди крупнейших мировых держав развернулось соревнование в сфере космических технологий. Первый полёт в космос, первый выход человека в открытый космос, запуск искусственного спутника, высадка на Луну… Перед учёными стояли сложнейшие технологические задачи, которые они с блеском решали. Освоение космоса дало огромный толчок к созданию автоматических систем управления, а преимущества робота перед человеком для работы в космической среде были очевидны. На робота не влияют внешние неблагоприятные условия, такие как космическая радиация. Роботу не требуются дополнительные ресурсы, как правило, он работает на солнечных батареях. Робот идеально подходит для выполнения такой механической работы, как сбор грунта с поверхности, сканирование и отправка данных на Землю.

Первым в мире дистанционно-управляемым самоходным аппаратом стал Луноход-1, доставленный на поверхность Луны 17 ноября 1970 года советской межпланетной станцией «Луна-7». Этот аппарат весом 756 кг обладал двумя телекамерами, рентгеновским флуоресцентным спектрометром и рентгеновским телескопом, детектором радиации, лазерным рефлектором и антенной передачи информации на Землю. Каждое из восьми колёс имело свой тормоз и электродвигатель, благодаря чему луноход мог объезжать небольшие препятствия. Электричество вырабатывала солнечная батарея на крыше робота. Луноход-1 успел проехать более 10 км, передал на Землю 211 панорам и около 25 тысяч фотографий, после чего связь с Землёй оборвалась из-за выработки изотопного источника теплоты.

Вслед за Луноходом-1 был создан Луноход-2. Его основными задачами являлись фото- и видеосъёмка поверхности Луны, проведение экспериментов с наземным лазерным дальномером и другие операции. Его доставили на Луну 15 января 1973 года. От первого аппарата Луноход-2 отличался наличием третьей телекамеры, что позволило увеличить дальность видимости. Он проработал почти 5 месяцев, прошёл за это время 37 км и передал на Землю 86 панорам и около 80 тысяч кадров. Луноход-2 вышел из строя из-за перегрева аппаратуры.

Комментарии: