CC BY
63
разработки, в исследовании, не имеет права быть принят для использования в этой технике.
Концепция программы на период до 2040 года, предлагаемая РКК«Энергия», была представлена Председателю Правительства России.
Предложения в их основе получили одобрение. Работы в данном направлении необходимо продолжать, имея в виду их соответствующее отражение в программах и бюджете Роскосмоса на перспективу.
УДК 681.5
Е.И. Юревич
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ РОБОТОТЕХНИКИ
Современная робототехника возникла как промышленная робототехника в машиностроении (где все предельно детерминировано, кроме номенклатуры самих роботов) и сразу же начала чрезвычайно быстро разрастаться. Первое обстоятельство позволило в промышленных роботах первого поколения использовать простейшее программное управление (ЧПУ), заимствованное, как и приводы, из станкостроения. Второе обстоятельство породило модульный принцип построения роботов, который был предложен в СССР и до настоящего времени является господствующим у всех производителей роботов в мире.
Следующим направлением развития роботов стала экстремальная робототехника. Толчком к ее развитию в нашей стране оказалась авария на Чернобыльской АЭС. Именно здесь модульный принцип показал свою эффективность и в этой области робототехники. Сборка роботов из отработанных функциональных компонентов — модулей — позволила ЦНИИ РТКбуквально в двухмесячный срок спроектировать, поставить и ввести в эксплуатацию до 15 мобильных роботов различного назначения. Одновременно
4 3 2 1
Рис. 1. Типовая структура модульного робота «Робопоезд»
1, 2, 3, 4— варианты модулей: манипуляционного, сенсорики, связи, энергопитания
стало очевидным, что в этих условиях вследствие неопределенности и изменчивости внешней среды программное управление пригодно только в качестве нижнего уровня супервизорного управления, а основным способом стало дистанционное управление с помощью джойстиков и оснащения роботов системами технического зрения и другими сенсорными системами.
Далее в ходе развития экстремальной робототехники начало развиваться адаптивное управление с постепенным наращиванием использования методов искусственного интеллекта. Но в русскоязычном переводе термин 1Ще11ш-gence — это искусственный разум. И так получилось, что именно экстремальная робототехника стала авангардом развития робототехники в целом. Достигаемые здесь результаты стали затем осваиваться промышленной робототехникой и другими ее разделами.
Современной тенденцией в развитии экстремальной робототехники являются модульные робототехнические системы с оперативно изменяемой комплектацией, в том числе и непосредственно в ходе выполнения очередной работы. Это так называемые реконфигурируемые роботы, т. е. роботы с переменной структурой. Высший уровень таких роботов, предел их развития — самоорганизующиеся роботы, автоматически эволюционно совершенствующие свою структуру в ходе функционирования.
Для реализации этих возможностей, очевидно, необходимо располагать типоразмерными рядами основных функциональных модулей. На рис. 1 это иллюстрируется обобщенной конструкцией наземного мобильного робота подобного типа.
4
К 110-летию открытия СПбГПУ
Этапы миниатюризации функциональных компонентов
=г
£
Рис. 2. Развитие миниатюризации функциональных компонентов роботов
Такой робот может иметь произвольное число транспортных двухколесных модулей с различными сочленениями. Колеса могут быть снабжены гусеницами или заменены педипуляторами из тех же шарнирных модулей, из которых формируются манипуляторы. Транспортные модули загружаются различными информационными и силовыми модулями.
Именно подобный подход должен придти на смену традиционному накоплению парка специальных роботов фиксированной структуры. Это не только обеспечит покрытие всей требующейся сегодня и в будущем номенклатуры робото-технических систем с обеспечением указанной структурной адаптации, но и резко сократит расходы на их проектирование и производство, упростит техническое обслуживание.
На рис. 2 показано развитие процесса миниатюризации функциональных компонентов роботов.
На рубеже перехода от мини- к микроразмерностям возникает процесс постепенного конструктивного слияния функциональных компонентов роботов и соответственно появляется параллельная нить дальнейшей миниатюризации
путем объединения информационных компонентов на общей однородной структуре , прежде всего нейросетевой. В более далекой перспективе этот процесс должен охватить и силовые компоненты — приводные и энергопитания. Возрождением модульного принципа построения робототех-нических систем в новой размерности станет, как показано на рис. 2, создание многофункциональных модулей типа клетокживых организмов.
Развитие реконфигурируемых систем на основе многофункциональных модулей привело
И Г*1* 9 -
2 2 Щ
Рис. 3. Самореконфигурируемый миниробот M-TRAN ill (AIST/Tokyo Institute Technology, Япония)
к становлению нового научно-технического направления самоорганизующихся систем, которое помимо робототехники охватило уже ряд других видов техники различного назначения.
На рис. 3 приведен пример такого реконфи-гурируемого робота в нескольких компоновках.
Показанный на рис. 3 реконфигурируемый робот состоит из многофункциональных модулей в виде двух поворотных половин, внешние стороны которых снабжены устройствами механического и электрического соединения с другими модулями и И К дальномерами. Управление модулем осуществляется с помощью микропроцессоров, которые объединяются в локальную сеть робота.
Ближайшие этапы развития этого направления — создание теории и методики проектирования само- и взаиморемонтирующихся, а затем и самовоспроизводящихся систем. Следующий этап — это самосовершенствующиеся системы и, прежде всего, конечно, эволюционное развитие «технического разума». Отправной точкою последнего служат основанные на знаниях современные системы искусственного интеллекта.
Основные технические перспективы этого направления связаны с системами наноразмер-ности, формирующимися из сотен и тысяч единиц многофункциональных модулей-аналогов клетокживых организмов. Миниробототехника при этом выполняет роль полигона для физиче-
ского моделирования и исследования структур и способов группового управления такими большими системами. Конечно, эти перспективы найдут прежде всего применение непосредственно в самой робототехнике.
В рамках указанного нового направления возникла и новая проблема группового управления большими распределенными, в общем случае асинхронными, системами, которая кардинально отличается от подобной проблематики традиционной робототехники.
Как показано на рис. 2, на рубеже перехода от мини- к микроразмерности в робототехнике наряду с указанным развитием модульных роботов развивается процесс постепенного взаимного проникновения отдельных функциональных модулей и их слияние с целью сокращения массогабаритных параметров. Одним из результатов такой интеграции являются и указанные многофункциональные модули.
Как показано, начало этого интеграционного процесса было положено исследованиями перспектив объединения информационных модулей роботов — сенсорных, управляющих, связи — на основе технических нейронных сетей.
Конечно, рассмотренные здесь тенденции относятся к развитию робототехники в целом, однако наиболее острая потребность в их реализации существует в экстремальной робототехнике, включая космическую, подводную, военную.
