Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

БНТИ. Февраль 2005

На выставке "Робототехника-2004", о которой мы уже упоминали (см. "Наука и жизнь № 4,2000г.), было представлено много интересных экспонатов - как роботов, так и мехатронных систем. Прежде чем подробнее познакомить читателей с некоторыми из них, нелишне напомнить об эволюции робототехники и помочь разобраться в терминологии. Роботов, появившихся в лабораториях ученых и в цехах промышленных предприятий в 1970-х годах, условно поделили на два класса: мобильные, способные передвигаться на довольно большие расстояния и перемещать при этом различные грузы, и манипуляторы, которые сами не передвигаются, зато их рабочий орган может занимать в пространстве любое положение и выполнять разнообразные технологические операции. Позже появились машины, не подходящие под определения роботов, но построенные по похожим принципам: в их состав входят исполнительные механические узлы, компьютеризованные системы управления с гибким программированием. Такие устройства назвали мехатронными (от слов "МЕХАника" и "элекТРОНИКА"). Например, современные посудомоечные или стиральные машины вполне можно отнести к мехатронным.

НЕОБЫЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Состояние трубопроводов необходимо контролировать не только снаружи, но и изнутри. Для труб большого диаметра мониторы существуют уже давно. Теперь есть мобильный робот, способный передвигаться и по трубам диаметром менее 100 мм.

Самое интересное в роботе - это движитель: два проволочных ершика.

Робот ползет по трубе, попеременно упираясь в стенки то передним, то задним ершиком. Когда срабатывает электромагнит, осевой размер корпуса, изготовленного из сильфона, сокращается и задний ершик продвигается вперед. Затем ходовой электромагнит выключается, и сжатая им пружина распрямляется, раздвигая сильфон и перемещая переднюю часть с ершиком на несколько сантиметров.

В передней части имеется крепление для миниатюрной телекамеры или другого прибора для контроля.

ВИЖУ И СЛЫШУ, НО ПОКА НИЧЕГО НЕ СКАЖУ

Чтобы ориентироваться в пространстве и выполнять поставленные перед ними задачи, мобильные роботы должны обладать "органами чувств". Чаще всего (как у нас, так и за рубежом) их оснащают системами технического зрения. Правда, сложность распознавания графических образов ограничивает возможности роботов "разглядывать" окружающий мир: большинство таких систем реагируют лишь на инфракрасные маячки или специальные объекты, например на нарисованные на полу или стенах полосы, исполняющие роль "путеводной нити".

Специалисты Института прикладной математики им. М. В. Келдыша установили на созданный у них аппарат "Аргонавт" еще и систему технического слуха. В ее составе два микрофона, благодаря которым робот не только слышит звуковой сигнал, но и пеленгует источник звука. На расстоянии до 10 м погрешность пеленга составляет менее 10°. Пока "Аргонавты" способны лишь собирать и передавать акустическую информацию об окружающей их среде, но вскоре разработчики планируют научить их понимать речевые команды.

СЕРЬЕЗНЫЕ ИГРЫ

Какой мальчишка не мечтает в детстве об игрушечной железной дороге! Со стрелками, с мостами и тоннелями. Нечто, отдаленно напоминающее эту игру, можно было увидеть на стенде гимназии № 1528 из Зеленограда. Здесь, правда, машинки, сделанные из деталей детского конструктора, который теперь комплектуют не только элементами привода (двигателями, электромагнитами), но и микропроцессорами, бегали не по рельсам, а вдоль проведенной по белому листу бумаги черной линии. Они проезжали перекрестки, аккуратно следовали за поворотами "дороги", останавливались на светофорах.

Школьники под руководством преподавателя информатики кандидата физико-математических наук Л. Г. Белиовской построили целый комплекс, своего рода модель автоматизированного склада.

На верхнем уровне проложена монорельсовая дорога, по которой катается тележка (можно представить, что здесь находится хранилище). Монорельс и нижний уровень связаны лифтом. Когда тележка оказывается возле лифта, она автоматически останавливается, а кабина лифта движется вверх. После того как произошла виртуальная перегрузка, кабина опускается и тележка вновь трогается в путь.

Внизу же вдоль полосы разметки движутся несколько автомобилей. Они "привязаны" к ней фотоэлементом, который включает поворотный механизм, как только машина пытается выехать на белое поле. Когда кабина лифта оказывается внизу, срабатывает "светофор". Он подает инфракрасный сигнал, и приближающаяся машина тормозит, готовясь принять груз.

Весь цикл проходит без всякого вмешательства извне. Но предварительно все управляющие системы ребята программируют с помощью персонального компьютера. Кстати, они сами и разработали программы.

МЕХАНИЧЕСКИЙ МАССАЖИСТ

Труд врача-массажиста считается одним из самых физически тяжелых. Но многие приемы массажа технически несложны, и поэтому в магазинах спортивных и медицинских товаров можно встретить самые разные устройства для самомассажа.

Специалисты Московского государственного индустриального университета и Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии пошли дальше и разработали экспериментальный образец обучающегося робота-массажиста (фото внизу). В начале процедуры робот-манипулятор последовательно прощупывает "пальцем" точки на теле пациента, запоминая форму поверхности и определяя упругость кожного покрова и мышц. Так он подбирает усилие, с которым затем будет воздействовать на те или иные участки тела. Сменные насадки позволяют имитировать подушечку большого пальца, ладонь и ее ребро.

Пока робот действует как демонстрационный, но недалек день, когда подобные ему появятся в поликлиниках и центрах здоровья.

НА РОССИЙСКИЕ АВТОМОБИЛИ БУДУТ СТАВИТЬ АБС

Антиблокировочная система тормозов (АБС) - одно из эффективных средств обеспечения безопасности автомобиля. За рубежом она применяется уже десятки лет, а вот водители, предпочитающие отечественные автомобили, пока о ней только слышали.

На наших заводах машины оборудуют гидравлическими тормозами, а для АБС, которой управляет микропроцессор, нужен электрогидравлический или электромеханический привод тормозов.

ОКБ "Контакт" при Владимирском государственном университете совместно с ОАО "АВТОВАЗ" разработало мехатронный привод для тормозной системы (фото слева). В нем применен вентильный электродвигатель с несложным электронным блоком управления. Причем по габаритным размерам привод вписывается в существующую конструкцию тормозных устройств "Лады" (фото справа). Даже без АБС привод существенно повышает эффективность торможения, поскольку срабатывает в четыре раза быстрее, чем штатные гидравлические тормоза. Если же в распоряжении автостроителей появится надежный бортовой компьютер, то число аварий на дорогах наверняка сократится, и намного.

КОСМИЧЕСКИЙ СТРОИТЕЛЬ

В Государственном ЦНИИ робототехники и технической кибернетики построили новый манипулятор для работы в открытом космосе. Он состоит из нескольких типовых модулей - звеньев, соединенных шарнирами. Каждый из шарниров позволяет соседним звеньям поворачиваться относительно друг друга, то есть обладает одной степенью свободы. Всего в манипуляторе шесть шарниров, значит, общее число степеней свободы равно шести.

Для захватных устройств манипулятора ЦНИИ РТК инженеры применили материалы с эффектом памяти формы (см. "Наука и жизнь № 10, 2004 г.). При нагреве элементов захвата "пальцы" сжимаются и удерживают инструмент или деталь; когда нагрев прекращается, захват раскрывается.

На космической станции манипулятор способен соединять разъемы, закручивать резьбовые крепежные изделия, помогать космонавту, например, удерживать закрепляемые на корпусе станции узлы и приборы.

Встроенная телекамера позволяет осматривать зону работ и контролировать действия робота.

ПОДВОДНЫЙ РАЗВЕДЧИК

Многочисленные мобильные роботы на гусеничном и колесном ходу давно уже выполняют на суше задачи разведки и разминирования для сотрудников МЧС и военных. Теперь умные машины с успехом осваивают и водную среду.

Малогабаритные телеуправляемые подводные аппараты "Гном" оснащены видеокамерой и автономным электропитанием. По прочному телевизионному кабелю они передают на поверхность изображение подводного мира, а также информацию о своем состоянии; по нему же получают сверху команды на совершение того или иного маневра.

Разработаны три модификации "Гнома": микро (масса 1,7 кг, глубина погружения 50 м), стандартный (масса 3 кг, глубина погружения 100 м) и супер (глубина погружения до 300 м).

Работой аппаратов управляют с помощью персонального компьютера, оборудованного обыкновенным джойстиком. На мониторе отображается не только картинка с видеокамеры, но также ориентация аппарата в пространстве, глубина погружения, вертикальная и горизонтальная скорости. Благодаря таким возможностям "Гном" может не только попасть в места, недоступные водолазам: в затонувшие суда, подводные пещеры, но и благополучно выбраться из них, в точности повторив обратный путь.

При исследованиях больших глубин на аппарате включаются осветители на белых светодиодах. Разрешение телекамеры и яркость осветителей позволяют различать даже очень мелкие детали затонувших объектов.

В походном состоянии сам аппарат и система управления умещаются в чемодане, который может нести один человек.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АППАРАТ ИЛИЗАРОВА

Выдающийся советский хирург-ортопед Г. А. Илизаров в середине прошлого века создал аппарат, который избавил от хромоты тысячи и тысячи людей, перенесших сложные переломы.

И поныне аппарат, названный именем изобретателя, применяется в клиниках. Однако, несмотря на всю пользу для больных, он причиняет им и немало страданий. Технология его применения требует периодической регулировки длины стержней, чтобы восстанавливаемая кость находилась в растяжении. До сих пор это делали вручную медицинские сестры. Процедуру проводили два-три раза в сутки, и стержни удлиняли на величину до 500 мкм. Пациентам было больно, и иногда даже рвались кровеносные сосуды.

Специалисты Владимирского государственного университета решили усовершенствовать аппарат Илизарова, сделав его мехатронным. Систему управления приводом, включающим микродвигатель и роликовинтовую передачу, программируют по медицинским показаниям для конкретного больного. Циклы растяжения (дистракции) теперь повторяются через более короткие промежутки времени (до 4 ч), а стержни в каждом цикле удлиняются на величину около 20 мкм. При таком режиме неприятных ощущений почти не возникает.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «БНТИ (Бюро научно - технической информации)»