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

Больше роботов – хороших и разных

Знакомьтесь: Роботино, Змеелок-3, Турист и Амур выручат вас в любой ситуации на Земле и на Марсе – прилетят, приползут, приедут.

Многие считают, что робототехника – конструирование и изготовление роботов самых разных конструкций – удел лишь немногих профессионалов. Однако выставка-презентация достижений в области робототехники, мехатроники и приборостроения, проходившая в рамках III Международного форума «Роботы-2012» в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) 23–24 ноября 2012 года, доказывает обратное. Представленные на ней робототехнические конструкции – разработки студенческих и даже школьных коллективов – ничуть не уступают многим изделиям коллективов инженеров ведущих фирм мира, а в чем-то их и превосходят. Ведь фантазия ребят, для которых техническое творчество становится делом всей жизни, поистине безгранична.

Описать в одной короткой заметке все представленные на выставке конструкции, конечно же, невозможно. Поэтому познакомимся лишь с некоторыми разработками, которые показались наиболее интересными автору этих строк (и будем надеяться, что создатели остальных роботов на нас не обидятся)…

Автономный робот лаборатории робототехники Московского института электроники и математики Национального исследовательского университета Высшая школа экономики (МИЭМ НИУ ВШЭ)

Этот робот на колесной тележке задуман как автономно действующая конструкция, предназначенная для перемещения по пересеченной местности, поиска различных объектов и их транспортировки. Робот управляется с ПК на базе операционной системы Линукс, где могут быть запущены две отдельные программы. Серверный компонент позволяет давать роботу различные задания, выполнять его тестирование и реализует прочие технические функции. А далее робот самостоятельно выполняет задачу, ориентируясь на местности при помощи лазерного дальномера на базе игрового контроллера (сенсора) Kinect от Microsoft. (Контроллер Kinect предназначен для игровой приставки Xbox 360 и обеспечивает, при его «штатном» использовании, распознавание в трехмерном пространстве положения тела и движений играющего.) Другая программа – клиент позволяет оператору дистанционно управлять роботом: при помощи видеокамеры контроллера Kinect и микрофона оператор видит и слышит происходящее, а также может передавать свой голос при помощи встроенных в робота аудиоколонок.

«Турист» для походов по Марсу, «багги» повышенной проходимости и «роботы-пауки»

Пока, к сожалению, марсианские просторы исследуют лишь зарубежные «Спириты» и «Курьозити». Однако и в России есть свои разработки таких роботов-разведчиков далеких планет. Одна из них – робот «Турист» (ТелеУправляемый Робот-Исследователь Сухопутных Территорий), созданный в МГУПИ в рамках международной исследовательской программы «МАРС-500» Института медико-биологических проблем РАН и Европейского космического агентства. Робот «Турист» хотя и не попал на Марс, но успешно использовался как прототип марсохода при имитации марсианских исследований. В ходе этих экспериментов робот «Турист» перемещался по пыле-песчаному грунту, имитирующему поверхность Марса, проводил разнообразные измерения температуры, влажности, давления, газового состава атмосферы и передавал данные на борт «спускаемого аппарата», а также при помощи дистанционно управляемого оператором (наблюдающим ситуацию через установленную на роботе видеокамеру) манипулятора – «руки» –собирал «образцы» и устанавливал на поверхности «Марса» различные стационарные датчики.

Другая интересная разработка Международной лаборатории «Сенсорика» – четырехколесный автономный робот «Амур». Он оснащен цветной аналоговой видеокамерой с системой оцифровки изображения, сонаром (звуколокатором) и системой управления моторами колес на базе нетбука. Дистанционное управление роботом осуществляется по беспроводному каналу Wi-Fi на расстоянии до 100 метров. Система распознавания в поступающем с видеокамеры изображении заранее установленных на окружающих предметах цветовых меток позволяет роботу «Амур» ориентироваться в пространстве (например, в помещении), отыскивать двери, обходить препятствия и т.д.

Вездеходный колесный робот «Разведчик», также разработанный в МГУПИ, призван выполнять несколько другие задачи. Это – «багги» повышенной проходимости, который может передвигаться по любому грунту, снегу и льду, а также через препятствия (например, каменные обломки). «Разведчик» тоже управляется по беспроводному каналу Wi-Fi и при помощи встроенной видеокамеры передает оператору изображение всего, что робот «видит» перед собой.

Впрочем, как всем известно, колесные движители, даже самые совершенные, все же уступают по проходимости шагающим конструкциям. Поэтому для реальных применений в сложных условиях (например, при поиске пострадавших при землетрясениях или при исследовании гористой местности) более предпочтительными, видимо, окажутся шагающие роботы. Два таких «осьминога», чем-то напоминающих пауков, были представлены на стенде Политехнического колледжа №39.

Робот-змея и «танцующий» манипулятор

Шагать, ездить на колесах… Есть и еще один способ передвижения по земле, в различных извилистых, узких норах и трубах: ползание. Но для этого конструкция робота должна быть особой. На манер кольчатого червя, такой робот состоит из множества шарнирно сочлененных сегментов, и его «тело» изгибается подобно змее.

Именно так ползает робот «Змеелок-3», представленный Центральным научно-исследовательским и опытно-конструкторским институтом робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК). Его оснащение – 30 сервоприводов, обеспечивающих изгибы «тела» и за счет этого – движение со скоростью до 0,5 м/с по поверхностям с наклоном до 30 градусов, а также видеокамера, передающая на компьютер оператора цветное изображение.

А вот другая разработка ЦНИИ РТК – манипулятор «Шея», построенный по тем же принципам, напоминает кобру, танцующую под музыку заклинателя змей. Его назначение – помогать в выполнении различных технологических операций (осмотр объектов, их транспортировка, сборочные операции и пр.) в опасных для человека условиях – в космосе, в зараженной среде, в ядерном реакторе и пр. Главное его отличие от обычного манипулятора – «руки» заключается в гораздо большем числе степеней свободы (грубо говоря – возможных для данной конструкции различных направлений поворотов, наклонов и других изменений конфигурации). Если обычный манипулятор имеет, как правило, 2–3 сочленения, в которых допускается поворот и наклон, то манипулятор «Шея» может изгибаться почти как угодно, практически под любыми углами, а значит, сможет «пролезть» даже в узкий извилистый «проход» между различными объектами-препятствиями и доставить в нужное место видеокамеру или рабочий инструмент. Именно за такое большое число степеней свободы и «сверхгибкость» подобные системы получили название «гиперизбыточных».

«…а мне летать охота!»

Но ведь можно не только ехать, ходить или ползать. Можно – летать! Этот принцип нашел воплощение в конструкциях четырехвинтовых беспилотных летающих роботов, разработанных МГУПИ. Полуторакилограммовый геликоптер управляется по радио и оснащен камерой высокого разрешения, которая записывает видеоизображение на встроенный накопитель информации.

…и учиться

А вот робот с именем Robotino (от которого прямо-таки «веет» итальянским колоритом), представленный международной лабораторией «Сенсорика», не просто способен автономно перемещаться в любых направлениях на трех колесах-роликах, но и дает возможность учиться создавать подобные конструкции. Фактически это – базовая робототехническая система для изучения и разработки собственных конструкций учащимися университетов и колледжей. Поэтому робот Robotino состоит из типовых модулей (электроприводов, видеокамеры, различных датчиков), которые можно отключать/подключать независимо.

Двигатель – без статора

Наконец, еще одна разработка, с которой хотелось бы познакомить читателей, – это бесстаторный электродвигатель, представленный на стенде молодежной научно-исследовательской лаборатории Детского молодежного центра «Сокольники».

Все знают, что обычный электродвигатель содержит в своей конструкции два электромагнита – неподвижно закрепленный статор и вращающийся внутри него ротор. Именно взаимодействие магнитных полей, создаваемых обмотками ротора и статора, порождает вращение. Но и статор, и ротор представляют собой тяжелые и громоздкие пакеты ферромагнитных пластин с целым ворохом электропроводов, намотанных на них, и это отнюдь не способствует компактности двигателей.

В отличие от традиционного электродвигателя, безроторный мотор Детского молодежного центра «Сокольники» основан на применении эффекта Биффельда-Брауна. Данный эффект основан на возникновении ионного ветра вблизи острия электрода, находящегося под высоким напряжением: как известно, на таком острие напряженность электрического поля максимальна, возникает коронный разряд, ионизирует прилегающий воздух, и потоки этих ионов создают поток воздуха. Он весьма слабый, но достаточный, чтобы, например, поднять в воздух легкую конструкцию из фольги и тонких палочек – «ионолет». А если такие электроды расположить горизонтально на роторе в виде легкой цилиндрической рамки, то ионный ветер приведет такой ротор во вращение. Мощность подобного двигателя, правда, невелика.

Может быть, некоторые из описанных конструкций покажутся кому-то слишком простыми. Но это – первые шаги студентов и школьников в такой сложной, но многообещающей сфере деятельности, как робототехника. И вполне может статься, что уже через несколько лет мы увидим созданных ими роботов, которые по своим возможностям «заткнут за пояс» японские и американские конструкции, столь знаменитые сегодня.

Фото автора.

На фото: 1. Эмблема международного форума «Роботы-2012». 2. Создавать роботов по силам каждому – при помощи конструктора Lego Mindstorms NXT. 3. Автономный робот лаборатории робототехники МИЭМ НИУ ВШЭ (перекрестная стереопара, инструкция по просмотру в Интернет-журнале «Мир 3D»). 4. Робот «Турист» - прототип марсохода (перекрестная стереопара). 5. Автономный робот «Амур» – «желтый чемоданчик» с «глазом» - видеокамерой. 6. Робот-вездеход «Разведчик» преодолевает препятствие (перекрестная стереопара). 7. «Роботы-пауки», разработанные в Политехническом колледже №39 (перекрестная стереопара). 8. Робот «Змеелок-3» действительно напоминает змею (перекрестная стереопара). 9. Манипулятор, имеющий семь степеней свободы: в каждом из трех сочленений допускается поворот и наклон, а для оконечного инструмента – вращение (рис. из «Википедии»). 10. Манипулятор «Шея» имеет гораздо большее число степеней свободы и благодаря этому может изгибаться практически под любыми углами. 11. Летающие четырехвинтовые беспилотники на стенде МГУПИ (перекрестная стереопара). 12. Робот в полете (перекрестная стереопара). 13. Учебный робот Robotino (справа) и его «младший собрат», оснащенный сонаром (слева) (перекрестная стереопара). 14. Безроторный двигатель на эффекте Биффельда-Брауна.

Автор: Дмитрий Усенков

Источник: www.nkj.ru