Развитие робототехники в Казахстане

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Введение

Слово «робототехника» было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 г.

В основу слова «робототехника» легло слово «робот», придуманное в 1920 г. чешским писателем Карелом Чапеком для своей научно-фантастической пьесы «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы»), впервые поставленной в 1921 г. и пользовавшейся успехом у зрителей. В ней хозяин завода налаживает выпуск множества андроидов, которые сначала работают без отдыха, но потом восстают и губят своих создателей.

Впрочем, некоторые идеи, положенные позднее в основу робототехники, появились ещё в античную эпоху -- задолго до введения перечисленных выше терминов. Так, в «Илиаде» Гомера говорится, что бог Гефест сделал из золота говорящих служанок, придав им разум (т.е. -- на современном языке -- искусственный интеллект) и силу. Древнегреческому механику и инженеру Архиту Тарентскомуприписывают создание механического голубя, способного летать (ок. 400 г. до н. э.). Множество подобных сведений содержится в книге«Робототехника: История и перспективы» И.М. Макарова и Ю.И. Топчеева, представляющей собой популярный и обстоятельный рассказ о роли, которую сыграли (и ещё сыграют) роботы в истории развития цивилизации.

1. Важнейшие классы роботов широкого назначения -- манипуляционные и мобильные роботы

Манипуляционный робот -- автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальномисполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях[5].

Мобильный робот -- автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы, см. ниже).

2. Компоненты роботов

Приводы

Приводы -- это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух.

· Двигатели постоянного тока: В настоящий момент большинство роботов используютэлектродвигатели, которые могут быть нескольких видов.

· Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определённый угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как угол, на который был сделан поворот, заведомо известен контроллеру; поэтому такие двигатели часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.

· Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы весьма оригинален: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.

· Воздушные мышцы: Воздушные мышцы -- простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми[источник не указан 477 дней]. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.

· Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры -- это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Впрочем, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все ныне существующие их образцы неэффективны или непрочны.

· Эластичные нанотрубки: Это -- многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменён проводом из такого материала диаметром 8 мм. Подобные компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Колёсные и гусеничные роботы

Наиболее распространёнными роботами данного класса являются четырёхколёсные и гусеничные роботы. Создаются также роботы, имеющие другое число колёс -- два или одно. Такого рода решения позволяют упростить конструкцию робота, а также придать роботу возможность работать в пространствах, где четырёхколёсная конструкция оказывается неработоспособна.

Двухколёсные роботы, как правило, для определения угла наклона корпуса робота и выработки подаваемого на приводы роботов соответствующего управляющего напряжения (с целью обеспечить удержание равновесия и выполнение необходимых перемещений) используют те или иные гироскопические устройства. Задача удержания равновесия двухколёсного робота связана с динамикой обратного маятника. На данный момент, разработано множество подобных «балансирующих» устройств. К таким устройствам можно отнестиСегвей, который может быть использован, как компонент робота; так например сегвей использован как транспортная платформа в разработанном НАСА роботе Робонавт.

Одноколёсные роботы во многом представляют собой развитие идей, связанных с двухколёсными роботами. Для перемещения в 2D пространстве в качестве единственного колеса может использоваться шар, приводимый во вращение несколькими приводами. Несколько разработок подобных роботов уже существуют. Примерами могут служить шаробот разработанный в университете Карнеги -- Меллона, шаробот «BallIP», разработанный в университете Тохоку Гакуин (англ. Tohoku Gakuin University), или шаробот Rezero, разработанный вШвейцарской высшей технической школе. Роботы такого типа имеют некоторые преимущества, связанные с их вытянутой формой, которые могут позволить им лучше интегрироваться в человеческое окружение, чем это возможно для роботов некоторых других типов.

Существует некоторое количество прототипов сферических роботов. Некоторые из них для организации перемещения используют вращение внутренней массы. Роботов подобного типа называют англ. spherical orb robots, англ. orb bot и англ. ball bot[22].

Для перемещения по неровным поверхностям, траве и каменистой местности разрабатываются шестиколёсные роботы, которые имеют большее сцепление, по сравнению с четырёхколёсными. Ещё большее сцепление обеспечивают гусеницы. Многие современные боевые роботы, а также роботы, предназначенные для перемещения по грубым поверхностям разрабатываются как гусеничные. Вместе с тем, затруднено использование подобных роботов в помещениях, на гладких покрытиях и коврах. Примерами подобных роботов могут служить разработанный НАСА робот англ. Urban Robot («Urbie»), разработанные компанией iRobot роботы Warrior и PackBot.

Шагающие роботы

Первые публикации, посвящённые теоретическим и практическим вопросам создания шагающих роботов, относятся к 1970 -- 1980-м годам XX в..

Перемещение робота с использованием «ног» представляет собой сложную задачу динамики. Уже создано некоторое количество роботов, перемещающихся на двух ногах, но эти роботы пока не могут достичь такого устойчивого движения, какое присуще человеку. Также создано множество механизмов, перемещающихся на более чем двух конечностях. Внимание к подобным конструкциям обусловлено тем, что они легче в проектировании. Предлагаются также гибридные варианты (как, например, роботы из фильма «Я, робот», способные перемещаться на двух конечностях во время ходьбы и на четырёх конечностях во время бега).

Роботы, использующие две ноги, как правило, хорошо перемещаются по полу, а некоторые конструкции могут перемещаться по лестнице. Перемещение по пересечённой местности является сложной задачей для роботов такого типа. Существует ряд технологий, позволяющих перемещаться шагающим роботам:

· ZMP-технология: ZMP (англ.) (англ. Zero Moment Point, «точка нулевого момента») -- алгоритм, использующийся в роботах, подобных ASIMOкомпании Хонда. Бортовой компьютер управляет роботом таким образом, чтобы сумма всех внешних сил, действующих на робота, была направлена в сторону поверхности, по которой перемещается робот. Благодаря этому не создаётся крутящего момента, который мог бы стать причиной падения робота. Подобный способ движения не характерен для человека, в чем можно убедиться сравнив манеру перемещения робота ASIMO и человека.

· Прыгающие роботы: в 1980-х годах профессором Марком Рейбертом (англ. Marc Raibert из англ. «Leg Laboratory» Массачусетского технологического института был разработан робот, способный сохранять равновесие посредством прыжков, используя только одну ногу. Движения робота напоминают движения человека на тренажёре пого-стик. Впоследствии алгоритм был расширен на механизмы, использующие две и четыре ноги. Подобные роботы продемонстрировали способности к бегу и способность выполнять сальто. Роботы, перемещающие на четырёх конечностях, продемонстрировали бег, перемещениерысью, аллюром, скачками.

· Адаптивные алгоритмы поддержания равновесия. В основном базируются на расчете отклонений мгновенного положения центра масс робота от статически устойчивого положения или некоей наперед заданной траектории его движения. В частности, подобную технологию использует шагающий робот-носильщик Big Dog. При движении этот робот поддерживает постоянным отклонение текущего положения центра масс от точки статической устойчивости, что влечет необходимость своеобразной постановки ног («коленки внутрь» или «тянитолкай»), а также создает проблемы с остановкой машины на одном месте и отработкой переходных режимов ходьбы. Адаптивный алгоритм поддержания устойчивости также может базироваться на сохранении постоянного направления вектора скорости центра масс системы, однако подобные методики оказываются эффективными только на достаточно высоких скоростях. Наибольший интерес для современной робототехники представляет разработка комбинированных методик поддержания устойчивости, сочетающих расчет кинематических характеристик системы с высокоэффективными методами вероятностного и эвристического анализа.

Другие методы перемещения

· Летающие роботы. Большинство современных самолётов являются летающими роботами, управляемыми пилотами. Автопилот способен контролировать полёт на всех стадиях -- включая взлёт и посадку. К летающим роботам относятся также беспилотные летательные аппараты (БПЛА; важный их подкласс составляют крылатые ракеты). Подобные аппараты имеют, как правило, небольшой вес (за счёт отсутствия пилота) и могут выполнять опасные миссии; некоторые БПЛА способны вести огонь по команде оператора. Разрабатываются также БПЛА, способные вести огонь автоматически. Кроме метода движения, используемого самолётами, летающими роботами используются и другие методы движения -- например, подобные тем, что используют пингвины, скаты, медузы; такой способ перемещения используют роботы Air Penguin, Air Ray и Air Jelly компанииFesto, или используют методы полёта присущие насекомым, как, например, RoboBee.

· Ползающие роботы. Существует ряд разработок роботов, перемещающихся подобно змеям, червям, слизням. Предполагается, что подобный способ перемещения может придать им возможность перемещаться в узких пространствах; в частности, предполагается использовать подобных роботов для поиска людей под обломками рухнувших зданий[43]. Так же, разработаны змееподобные роботы, способные перемещаться в воде; примером подобной конструкции может служить японский робот ACM-R5.

· Роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям. При проектировании подобных роботов используются различные подходы. Первый подход -- проектирование роботов, перемещающихся подобно человеку, взбирающемуся на стену, покрытую выступами. Примером подобной конструкции может служить разработанный в Стэнфордском университете робот Capuchin. Другой подход -- проектирование роботов, перемещающихся подобно гекконам. Примерами подобных роботов являются Wallbot и Stickybot.

· Плавающие роботы. Существует много разработок роботов перемещающихся в воде подражая движениям рыб. По некоторым подсчетам эффективность подобного движения может на 80 % превосходить эффективность движения с использованием гребного винта. Кроме того, подобные конструкции производят меньше шума, а также отличаются повышенной манёвренностью. Это является причиной высокого интереса исследователей к роботам, движущимся подобно рыбам. Примерами подобных роботов являются разработанный в Эссекском университете робот Robotic Fish и робот Tuna разработанный Institute of Field Robotics (англ.) для исследования и моделирования способа движения, характерного для тунца. Так же, существуют разработки плавающих роботов других конструкций . Примерами являются роботы компании Festo: Aqua Ray имитирующий движения ската и Aqua Jelly, имитирующий движение медузы.

Системы управления

По типу управления робототехнические системы подразделяются на:

1. Биотехнические:

· командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);

· копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);

· полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);

2. Автоматические:

· программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);

· адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);

· интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);

3. Интерактивные:

· автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов);

· супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции);

· диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору стратегии поведения, при этом как правило робот оснащается экспертной системой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).

В развитии методов управления роботами огромное значение имеет развитие технической кибернетики и теории автоматического управления.

Образование

Робототехнические комплексы также популярны в области образования как современные высокотехнологичные исследовательские инструменты в области теории автоматического управления и мехатроники. Их использование в различных учебных заведениях среднего и высшего профессионального образования позволяет реализовывать концепцию «обучение на проектах», положенную в основу такой крупной совместной образовательной программы США и Европейского союза, как ILERT. Применение возможностей робототехнических комплексов в инженерном образовании даёт возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, схемотехника, программирование, теория информации. Востребованность комплексных знаний способствует развитию связей между исследовательскими коллективами. Кроме того, студенты уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.

Существующие робототехнические комплексы для учебных лабораторий:

· Mechatronics Control Kit

· Festo Didactic

· LEGO Mindstorms

· fischertechnik.

3. Мехатроника

Мехатромника -- это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. Для мехатроники характерно стремление к полной интеграции механики, электрических машин, силовой электроники, программируемых контроллеров, микропроцессорной техники и программного обеспечения.

О термине

Начиная c 1930-х годов в некоторых зарубежных странах (см. департамент Drive Technology фирмы Siemens) и СССР для названия систем обеспечения требуемых движений посредством электричества применяется термин электрический привод (сокращенно электропривод).

С развитием электрических приводов и возможностей их применения в индустриально-производственных и транспортных системах, стала очевидна необходимость полной интеграции составляющих элементов электропривода: механики, электрических машин, силовой электроники, микропроцессорной техники и программного обеспечения для наиболее полного использования возможностей электропривода и обеспечения им прецизионного движения.

Так как наиболее полное развитие данные тенденции получили в Японии, а с термином «электрический привод» как самостоятельной технической системой там знакомы не были, для описания данных систем в Японии был введен термин «мехатроника». Непосредственным автором является японец Тецуро Мориа (Tetsuro Moria), старший инженер компании Yaskawa Electric, а сам термин появился в 1969 году.

Термин состоит из двух частей -- «меха-», от слова механика, и «-троника», от слова электроника. Сначала данный термин был торговой маркой (зарегистрирована в 1972 году), но после его широкого распространения компания отказалась от его использования в качестве зарегистрированного торгового знака.

Из Японии мехатроника распространилась по всему миру. Из иностранных изданий термин "мехатроника" попал в Россию и стал широкоизвестен.

Сейчас под мехатроникой понимают системы электропривода с исполнительными органами относительно небольшой мощности, обеспечивающие прецизионные движения и имеющие развитую систему управления. Сам термин "мехатроника" используется, прежде всего, для отделения от общепромышленных систем электропривода и подчеркивания особых требований к мехатронным системам. Именно в таком смысле мехатроника как область техники известна в мире.

Связанные понятия

Стандартное определение (1995):

Мехатронный модуль -- это функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу.

К элементам различной физической природы относят механические, электротехнические, электронные, цифровые, пневматические, гидравлические, информационные и т. д. компоненты.

Мехатронная система -- совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.

Обычно мехатронная система является объединением собственно электромеханических компонентов с силовой электроникой, которые управляются с помощью различныхмикроконтроллеров, ПК или других вычислительных устройств. При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно, конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП, интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это уменьшает массу и размеры системы, повышает ее надёжность и дает некоторые другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов может считаться мехатронной.

Иногда система содержит принципиально новые с конструкторской точки зрения узлы, такие как электромагнитные подвесы, заменяющие обычные подшипниковые узлы. К сожалению, такие подвесы дороги и сложны в управлении и в нашей стране применяются редко (на 2005 г.). Одной из областей применения электромагнитных подвесов являются турбины, перекачивающие газ по трубопроводам. Обычные подшипники здесь плохи тем, что в смазку проникают газы -- она теряет свои свойства.

Мехатроника сегодня

Многие современные системы являются мехатронными или используют элементы мехатроники, поэтому постепенно мехатроника становится «наукой обо всём». Мехатроника применяется во многих отраслях и направлениях, например: робототехника, автомобильная, авиационная и космическая техника, медицинское и спортивное оборудование, бытовая техника.

Примеры мехатронных систем

Типичная мехатронная система -- тормозная система автомобиля с АБС (антиблокировочной системой).

Персональный компьютер также является мехатронной системой: ЭВМ содержит много мехатронных составляющих: жёсткие диски, оптические приводы.

· роботы

· станки c ЧПУ

4. История робототехники

робототехника мехатроника казахстан

Середина III тыс. до н. э.

Египтяне изобретают идею думающих машин: внутри статуй прячутся жрецы, чтобы давать предсказания и советы.

9 век до н. э.

В "Илиаде" Гомера упоминаются "механические слуги".

3 век до н. э.

Архимед разрабатывает математические основы механики.

2 век до н. э.

В Китае разрабатываются сложнейшие автоматы, включая целые механические оркестры.

Аль-Хорезми, автор фундаментальной книги "Аль-джебр аль-мукабала" (от ее названия происходит слово "алгебра"), вводит понятие алгоритма и десятичную систему счисления. 13 век

Альберт Великий создает автомат, ставший впоследствии известным как "говорящая голова", способный воспроизводить человеческий голос. 1456

Иоганн Гуттенберг изобретает книгопечатание. 1495

Леонардо да Винчи разрабатывает детальный проект механического человека, способного двигать руками и поворачивать голову. Механизм выглядит как бронированный рыцарь. В дневниках Леонардо появляется набросок суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа. Его суммирующую машину можно считать изначальной вехой в истории вычислительной техники. В 1500 году Леонардо да Винчи строит механического льва, который при въезде короля Франции в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. 1617

Шотландский лорд Джон Непер (John Napier) создает приспособление для выполнения простейших вычислений. 1623

Базируясь на работах Непера, профессор университета немецкого города Тюбинген, Вильгельм Шиккард, разрабатывает счетную машину для сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления шестиразрядных десятичных чисел. В письме к Кеплеру он приводит рисунок машины и рассказывает, как она устроена. 1642

Во Франции Блез Паскаль (Blaise Pascal) описывает механическую машину для суммирования и вычитания чисел. 1687

В Англии Исаак Ньютон (Isaac Newton) открывает законы движения и закон всемирного тяготения. 1694

Лейбниц совершенствует машину Паскаля, добавив в нее возможность производить умножение и деление. 1765

Джеймс Уатт (James Watt) создает паровой двигатель. 1770

В России создается одно из первых механических вычислительных устройств - машина Якобсона. 1790

Иван Петрович Кулибин создает ряд автоматов, в том числе знаменитые часы яичной формы. Часы Кулибина по внешнему виду напоминают гусиное яйцо. В золотом корпусе художественной работы находится не только часовой механизм; здесь же встроен целый миниатюрный театр автоматов, где крохотные фигурки разыгрывают сцену, сопровождаемую мелодичным перезвоном. Ровно в полдень часы играют гимн, а в течение второй половины суток вызванивают мелодию, сочиненную самим Кулибиным. 1800

Алессандро Вольта (Alessandro Volta) создает электрические батареи. 1801

Жозеф Мари Жаккард (Joseph-Marie Jacquard) создает автоматический ткацкий станок, управляемый при посредстве перфокарт. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе.

Выдан патент на счетный прибор З.Я. Слонимского - "Снаряд для сложения и вычитания", за который автор получает Демидовскую премию. 1865

Джонни Брейнерд (Johnny Brainerd), одарённый конструктор, строит Парового Человека (Steam Man). Механизм Брейнерда был приблизительно трёхметрового роста, ни одна лошадь не могла сравниться с ним: гигант с лёгкостью тянул фургон с пятью пассажирами. Там, где обычные люди носят шляпу, у Парового Человека была труба дымохода, откуда валил густой чёрный дым. Паровой Человек мог двигаться со скоростью до 30 миль в час (около 50 км/час). 1878

На Всемирной выставке в Париже представлена стопоходящая машина академика Пафнутия Львовича Чебышева. Механизм Чебышева явился первой попыткой создания транспортного средства шагающего типа и положил начало конструированию шагающих устройств на основе траекторного синтеза. 1885

Проходят первые испытания Электрического Человека (Electric Man) Фрэнка Рида (Frank Reade). У машины был довольно мощный прожектор, а противников ожидали электрические разряды, которыми Человек стрелял прямо из глаз. Судя по всему, источник питания находился в закрытом сеткой фургоне. О способностях Электрического Человека и о его скорости ничего не известно. 1887

Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собран в Германии. 1888

Генрих Герц экспериментирует с передачей электромагнитных волн, впоследствии названных радиоволнами. 1893

Профессором Арчи Кемпионом (Archie Campion) на Международной колумбийской выставке (1893 World's Columbian Exposition) представлен опытный образец робота Boilerplate. Boilerplate был задуман как средство бескровного решения конфликтов -- иными словами, это был опытный образец механического солдата. Робот существовал в единственном экземпляре, но у него была возможность осуществить предложенную функцию -- Boilerplate неоднократно участвовал в боевых действиях. Хотя истории о Boilerplate интересны, вызывает подозрение их истинность, так же как рассказы о Steem Man и Electric Man. 1921

Чешский писатель Карел Чапек (Karel Capek) в своей пьесе "R.U.R." ("Rossum's Universal Robots") вводит в обращение слово "робот". Чешское слово "robota" означает тяжелый, подневольный труд. Человекоподобные автоматы, изобретенные инженером Россумом, не обладают человеческими чувствами и предназначены для службы людям. Но по мере усовершенствования роботы из машин-автоматов превращаются в мыслящие машины, восстают против людей и уничтожают человечество.

Слово "робот", по сообщению самого Карела Чапека, было придумано его братом Йозефом Чапеком, художником и писателем, подробности смотрите на сайте о роботах и робототехнике androbots.ru. 1950

В СССР вступает в действие первая вычислительная электронная цифровая машина МЭСМ, самая быстродействующая в Европе. 1956

В Беркли создан мобильный робот, получивший имя Squee (от squirrel - белка). Squee имеет четыре сенсора (два фотоэлемента и два контактных датчика), три электродвигателя (двигатель привода, двигатель поворота и двигатель, открывающий и закрывающий ковш, или "руки") и "мозг" из полдюжины реле. Squee охотится за "орехами" (теннисными шариками), которые освещают лучом света. Подобрав "орех", Squee отвозит его на освещаемую светом площадку и снова возвращается к охоте. 1962

В СССР начат выпуск ЭВМ "Минск-2" (с 1965 г. - "Минск-22"), разработанной под руководством В.В.Пржиялковского. В Минск-2 использовалась импульсно потенциальная элементная база и было введено представление данных в виде двоично-десятичных чисел и алфавитно-цифровых слов. Машина Минск-22 использовалась в первом луноходе. 1969

Стэнфордский (SRI) интегральный робот Шейки (Shakey) представлен как первый мобильный робот, управляемый искусственным интеллектом. Шейки обеспечивал выполнение задания, даже если оно было сформулировано в самом общем виде. Робот мог действовать в помещениях, где находилось несколько недеформируемых предметов простой формы. Система технического зрения позволяла ориентироваться в окружающей среде, избегать препятствий и принимать решения о дальнейшем маршруте. Шейки использовал бортовую ЭВМ SDS-940, телекамеру, лазерный дальномер и датчики столкновения на бампере, чтобы собрать данные, которые затем передавались по радиоканалу на стационарные ЭВМ PDP-10 и PDP-15 производства DEC. Обратные команды передавались также по радиоканалу, что позволяло Шейки перемещаться со скоростью 2 метра в час. Хотя уже через два года финансирование проекта было прекращено, Стэнфордский мобильный робот стал одной из выдающихся вех в истории робототехники. 1992

Занимаясь созданием радиоуправляемого пылесоса Марк Торп (Marc Thorpe) приходит к идее организации боев роботов. 1993

Seiko Epson Co. разрабатывает микроробота, названного Monsieur. Самый маленький в мире робот будет занесен в книгу рекордов Гиннеса (Guinness Book). 1999

Коропорация Pyxis приобретает HelpMate Robotics. Sony представляет развлекательного робота-собаку AIBO, модель ERS-111. Две дюжины моторов управляют движениями ног, головы и хвоста. Данные с цветной цифровой камеры, двух микрофонов и тактильных датчиков подаются на микропроцессор, управляющий поведением робота. Хотя стоимость первых AIBO составляет $2,500, первая партия из 5 000 роботов распродается почти мгновенно. Компания Probotics выпускает простых мобильных персональных роботов Cye, которые могут использоваться для выполнения ряда простейших домашних хозяйственных работ. Роботы имеют видеокамеру, могут управляться через Интернет и имеют возможность трансляции изображений жилища через web-интерфейс. Размеры робота - 40х25х10 см, цена - $990. NEC представляет яйцевидный трехколесный домашний робот R100, повинующийся голосовым командам. R100 записывает и отправляет видеопочту по Интернет, а также может включать кондиционеры, телевизоры и видеомагнитофоны посредством инфракрасного пульта дистанционного управления. Видеосистема способна распознавать до десятка разных людей. Рост робота - 44 см, вес - 7 кг, словарный запас - около 300 фраз. В новой модификации, которая появится в 2004 г. и получит имя PaPeRo (Partner-type Personal Robot), робот будет способен на слух и практически синхронно переводить с японского языка на английский и наоборот. Робот создан разработчиками NEC во главе с Юничи Осада (Junichi Osada).

Кевин Уорвик (Kevin Warwick) в Орегонском университете создает первого киборга (кибернетический организм). В небольшой стандартный робот Khepera включены элементы мозга морской змеи (Petromyzon marinus). Соединенный с сенсорами мозг реагирует на световые сигналы, перемещаясь в тень при освещении сенсоров. Работы ведутся Орегонским, Чикагским и Иллинойским университетами США, а также университетом Генуи, Италия.

Sony представляет своего гуманоидного развлекательного робота SDR-3X на выставке Robodex. SDR расшифровывается как Робот Мечты Sony (Sony Dream Robots). Рост робота -50 см, вес - 50 кг. SDR-3X демонстрирует быстрый шаг, гимнастические телодвижения и даже изображает танец диско. Движения робота обеспечиваются 24 динамическими сцеплениями. Два соединения на шее, два на туловище, по четыре на каждой руке и по шесть на каждой ноге. Для контроля движений используются два 64-разрядных RISC процессора. Система работает в реальном времени под управлением собственной операционной системы Sony Aperios. 2001 май

Синтия Брезел (Cynthia Breazeal), работающая в MIT Media Lab над проектом социально организованных роботов, ставит цель - научить робот KISMET не только думать, но и понимать, что всякие действия имеют последствия. Так ребенок учится вести себя через взаимодействие с другими детьми и взрослыми. Управлять своим социальным поведением и выражением лица роботу помогают 15 внешних компьютеров.

На ежегодном конкурсе систем искусственного интеллекта на приз Лебнера второй раз подряд выигрывает ALICE -- Artificial Linguistic Internet Computer Entity. Система ALICE разрабатывается с 1995 года д-ром Ричардом Уоллесом (Richard Wallace). На конкурсе члены жюри задают программе вопросы, отвечая на которые программа пытается имитировать человека. Это вариант известного теста, предложенного Аланом Тьюрингом (Alan Turing). Марвин Мински (Marvin Minsky), старейшина классической теории искусственного интеллекта, называет эту затею глупой, оскорбительной и непродуктивной и предлагает денежный приз тому, кто убедит организатора конкурса Хью Лебнера (Hugh Loebner) прекратить его.

В Xerox PARC создано третье поколение самореконфигурирующихся модульных роботов PolyBot G3. У каждого модуля (бокс 5x5x5 см) есть собственный контроллер Motorola PowerPC 555 с 1 мегабайтом внешней RAM, электродвигатель и средства для соединения с другими звеньями по протоколу CAN. Соединение может осуществляться в нескольких местах: например, к центральной цепочке могут присоединяться своеобразные "руки" или "ноги". На поверхности каждого модуля размещены инфракрасные датчики, помогающие "общаться" модулям в процессе реконфигурации робота. 2002 январь

Первый в мире серийно выпускаемый бытовой робот-пылесос Trilobite представлен на рынок шведской компанией Electrolux. Робот ориентируется с помощью ультразвукового сонара и имеет высоту 13 см при диаметре 35 см. Максимальная скорость уборки -- 40 квадратных сантиметров в секунду. Когда аккумуляторы робота "садятся", Trilobite сам находит зарядное устройство и едет заряжаться. Один из клиентов, принёсших в ремонт свой Trilobite, которого он уже назвал Матильдой, настаивая на починке, объясняет, что замена пылесоса невозможна.

Robodex-2002

Японский производитель Kawada представил робота-гуманоида, который предназначен для работы на производстве. Робот HRP-2P, что означает Humanoid Robotics Project-2 Prototype, работает под управлением ART-Linux. При росте 154 см он весит 58 кг. Kawada Industries разработала HRP-2P совместно с Национальным институтом передовой науки и технологии Японии; видеоподсистему робота, базирующуюся на трехлинзовой стереокамере, спроектировала корпорация Shimizu, а кибер-руки - компания Yaskawa. Kawada утверждает, что ее робот будет служить не только для развлечений, но и для выполнения реальной полезной работы.

В MIT создан робот, имитирующий актинию и названный Public Anemon. Робот реагирует на свет и прикосновения, шевелит щупальцами и может перемещаться на небольшие расстояния. Подобно своим живым прототипам, робот имеет мягкое трубчатое тело и несколько щупалец, которые на самом деле представляют собой световоды. Внешняя оболочка робота сделана из мягкого силикона и создаёт иллюзию органического происхождения. Когда к аквариуму подходит человек, робот с помощью световодов фиксирует изменение освещенности, определяет его причину и поворачивается в этом направлении. Когда человек пытается дотронутся до робота, тот прячет щупальца.

октябрь

Чемпион мира Владимир Крамник встречается с Deep Fritz - программой для игры в шахматы. Восемь партий Владимир Крамник и продукт немецкой компании ChessBase проводят в королевстве Бахрейн. Матч завершается вничью: при счете 3:1 после четырех игр удача изменяет Крамнику и итоговый результат становится 4:4. В списке гроссмейстеров, проигравших программе, можно найти имена Каспарова, Ананда, Широва и… Deep Blue, которому ранее принадлежал чемпионский титул в компьютерном мире. Единственное препятствие на пути к абсолютному чемпионству Deep Fritz, по словам создателей программы, -- Владимир Крамник. Робот-трансформер создан в Дартмутском колледже под руководством Даниэлы Рас (Daniela Rus). Робот может изменять форму при движении по различной поверхности. Если поверхность плоская, то робот движется, подобно змее, если же поверхность является неровной, то робот меняет форму и становится шагающим. Когда нужно подняться по лестнице, робот снова меняет форму. Робот состоит из своеобразных "молекул". Каждая молекула состоит из двух "атомов", которые могут соединяться между собой жесткой "связью". "Атомы" различных молекул могут соединяться друг с другом в пяти различных местах. Каждый из "атомов" имеет по две вращательных степени свободы.

2003

Американская комания iRobot, которая является одним из крупнейших инвестиционных проектов Acer в области робототехники, представляет робот-пылесос Roomba стоимостью $200. По данным компании iRobot, больше половины хозяев "Румбы" дают ему имена или клички.

На выставке Sony Dream World 2003 представлен робот QRIO, ранее известный под именем SONY SDR-4Х. Робот Qrio весит около 7 кг при росте в 58 сантиметров - такой размер Sony признала оптимальным и безопасным для игры с детьми. Благодаря 38 встроенным сервомоторам Qrio обладает достаточной свободой движений и хорошей координацией. Он может брать предметы, танцевать, подниматься по небольшой лестнице и держать равновесие, стоя на одной ноге. Робот знает более 60,000 слов и обладает зачатками адаптивного поведения. Движения и интеллект Qrio контролируют три встроенных компьютера на базе процессора Risc R5000 с 64 мегабайтами оперативной памяти каждый. Робот снабжен стереообъективами, семью микрофонами и 36 датчиками движения, из которых семь отвечают за безопасность.

декабрь

SONY сообщает о новой возможности робота QRIO, которого научили бегать трусцой со скоростью 14 метров в минуту. "Университеты и исследовательские центры всего мира пытались создать бегающего робота, но мы рады заявить, что сделали это первыми", -- сообщил вице-президент SONY Тоши Дои (Toshi Doi). Однако специалисты по робототехнике считают, что Sony просто улучшила механизм быстрой ходьбы и речь не идет о настоящем полноценном беге, отмечая, что до первого бегающего робота, как на этом настаивает Sony, еще далеко. Для Sony основным аргументом в свою пользу является то, что робот во время бега полностью отрывает ноги от земли.

2004 январь

Группа японских ученых рассчитывает повторить успех сообщества свободно распространяемых программ и ОС Linux в мире человекообразных роботов. Проект Kitano Symbiotic Systems Project по созданию человекообразного робота Pino финансируется японским правительством и получил имя в честь своего руководителя Хирояки Китано, эксперта по проблемам искусственного интеллекта. В Internet опубликовано полное техническое описание Pino, как его программной, так и аппаратной части. Группа начала продавать компоненты, необходимые для создания Pino. Набор таких компонентов стоит около 7,5 тыс. долл.

февраль

Авторитетный американский журнал Forbes представил своим читателям пятёрку роботов, которые, по мнению издания, в ближайшее время изменят жизнь человека. Первой названа хирургическая система да Винчи (da Vinci Surgical System), позволяющая медикам проводить операции практически на любом расстоянии. Врач удалённо управляет автоматизированными руками, которые делают всю работу. Исследования показали, что пациенты, прооперированные с помощью робота, быстрее встают на ноги, у них остаётся меньше шрамов.

Toyota объявила о проекте «Роботы-помощники». Цель компании - создание роботов, обладающих человеческими характеристиками. Toyota разрабатывает три различных типа роботов-помощников. Ходящий робот Toyota Partner Robot предназначен для заботы о престарелых и персональной помощи; его рост 120 см, вес 35 кг. Эта модель ходит, как человек, на двух ногах, что дает ему возможность использовать руки для выполнения широкого ряда задач. Ездящий робот предназначен для использования на производстве; его рост 100 см, вес 35 кг. Эта модель двигает очень быстро, не занимая при этом слишком много пространства. Робот, возящий на себе людей, способен носить своих пассажиров практически повсюду, куда им нужно пойти; его рост и вес 180 см и 75 кг соответственно. Toyota разработала новые стабилизирующие технологии для роботов. Небольшие, легковесные, высокоточные и недорогие датчики используются в качестве позиционных датчиков, определяющих положение робота. Также была разработана технология под названием “система проволочного управления” (wire-operation system). В качестве источника энергии использованы соленоиды, расположенные на его корпусе, а для движения руками и ногами применяется проволока. В результате достигается сильное снижение веса рук и ног, что увеличивает скорость и маневренность робота. Кроме того, Toyota разработала искусственные губы, которые двигаются с такой же ловкостью, как человеческие, что дает роботу возможность играть на трубе точно так же, как человек.

сентябрь

Профессор Крис Мелхиш (Chris Melhuish) из университета Западной Англии (University of the West of England) и его команда разработали робота EcoBot II, который вырабатывает энергию для своей "жизни" из мух или кусочков гнилых яблок. Авторы полагают, что "питание" -- это путь к созданию миниатюрных роботов, которые будут автономно и подолгу работать на местности, передавая по радио данные, к примеру, о загрязнении окружающей среды, в том числе -- в местах, опасных для человека. Чтобы реализовать принцип "отправил и забыл", машинки должны находить питание сами. В буквальном смысле. При обкатке технологии учёные просто скармливали роботу мёртвых навозных мух. Восемь мух позволяли роботу бегать по лабораторному столу пять суток. Предполагается, что топливные ячейки превратятся в ловушки, привлекающие насекомых запахом. "Одна из замечательных вещей в мухах, -- говорит профессор Мелхиш, -- это то, что вы можете заставить их прилететь к вам".

декабрь

Лига Бойцовых Роботов (ЛБР) 19 декабря провела первый открытый чемпионат России по боям роботов. Победителем чемпионата стал робот "Армадилло", действовавший под управлением пилота Евгения Луньева (команда ИНКС). Состоялась презентация саморегулируемого двуногого гуманоидного робота KHR-3 HUBO (аббревиатура от humanoid robot), созданного в Корейском институте науки и передовых технологий (KAIST). Рост робота - 1,2 м, вес - 55 кг. Для ходьбы робот использует 41 встроенный мотор и многочисленные сочленения, а своими пятипалыми руками умеет пожимать руки и поднимать различные предметы.

2005 март

Hitachi представила робота-гуманоида по имени Emiew, который, по утверждению фирмы, является самым быстроперемещающимся роботом из созданных на сегодняшний день. Высота робота - 1.3м. Для перемещения используются 2 колеса вместо ног. Фирма решила "уйти" от ног, потому что пыталась создать просто полезного робота, который может сосуществовать с человеком, а не робота, который движется медленнее самого человека в случае роботов QRIO и ASIMO.

май

Гусеничные автономные роботы GRUNT канадской фирмы Frontline Robotics представлены на конференции RoboBusiness. Роботы способны к командным действиям, координирующим свои усилия и помогающим друг другу в выполнении поставленной задачи. Две машины, одновременно оказавшиеся у узкого дверного проёма, могут разобраться, кому из них идти первым. Программное обеспечение канадцев позволяет роботам выбрать лидера, который и принимает решение. Если лидер "сломается", команда выберет другого.

октябрь

Компанией iRobot совместно с Центром фотоники Бостонского университета представлен робот PackBot с системой REDOWL (Robotic Enhanced Detection Outpost With Lasers), способный определять местонахождение снайперов и осуществлять наведение на цель. Система Redowl снабжена лазерным прицелом и прожектором, акустическим локализатором и классификатором, тепловизором, датчиком глобального позиционирования (GPS) и камерами инфракрасного и дневного света, а также двумя широкоугольными камерами. Машина может записывать и передавать видео с помощью камкордеров от Sony. С помощью интеллектуального ПО робот может отличить выстрелы от банального эхо, например, в горах. Снайперу достаточно сделать один выстрел, как REDOWL тут же определит его точное местонахождение. В полевых испытаниях комплекс PackBot-Redowl показал 94% точность обнаружения источников выстрелов из 9-мм пистолета, винтовки M-16 и АК на расстоянии более 100 м. Робот PackBot достаточно компактен, чтобы его носил один солдат. На 3-ей международной выставке "Робототехника - 2005" студенческим конструкторским бюро ЦНИИ РТК представлен змеевидный робот “ЗМЕЕЛОК-1”. Робот может перемещаться по разнородным поверхностям, внутри щелей и каналов, а также в жидкости, способен действовать в экстремальных и опасных условиях. Конструкция робота состоит из 16-ти опорных корпусов, последовательно соединенных активными двухстепенными ортогональными универсальными шарнирами, и минителекамеры. ЗМЕЕЛОК удостоен медали лауреата ВВЦ. Первая Российская Олимпиада Роботов прошла 18-21 октября на ВВЦ в рамках выставки "Робототехника-2005". В олимпиаде приняли участие более 100 человек, представленных 48 командами из 6 городов России. Были проведены соревнования мобильных роботов-официантов «РобоКафе», бои роботов, соревнования по отслеживанию линии, слалому, сумо, соревнования "перекрестки", соревнования по виртуальному баскетболу и конкурс в свободном классе.

ноябрь

Робот, созданный Юничи Такено (Junichi Takeno) и командой разработчиков из университета Мейдзи (Meiji University) в Японии, способен увидеть разницу между зеркальным отражением себя самого и другого робота, который выглядит точно так же. Робот основывается на анализе движений увиденного образа и своих собственных. В результате он способен отличить своё зеркальное отражение от находящегося рядом идентичного робота, копирующего его движения. Примерно в 70% случаев робот понимает, что зеркальное отражение - это он сам.

2006

· С 15 по 18 мая в Хаммельбурге (Hammelburg) на севере Баварии (Германия) прошли состязания наземных роботов ELROB (European Land-Robot Trial). В соревнованиях приняли участие 20 команд из 5 европейских стран. ELROB показал достижения европейского сообщества в области автономных наземных роботов (UGV - unmanned ground vehicles) и был призван обеспечить продвижение прогрессивных технологий. ELROB сопровождался исчерпывающей выставкой, представляющей широкий ряд аспектов робототехники.

· Специалисты лаборатории NEC System Technologies создали робота-дегустатора. Спектрометр, встроенный в руку робота, определяет содержание воды, "узнает" белки и другие вещества.Благодаря этому, он может распознавать сыры, фрукты, сорта вина (причем определять его подлинность прямо через стекло бутылки), подбирать к вину подходящую закуску и наоборот. Весь процесс занимает около 30 секунд. Забавный казус приключился с роботом на одной из презентаций: когда некий репортер, рассказывавший о роботе, поместил под сканер свою руку, японский дроид громко объявил, что это "бекон". Тогда руку роботу протянул и телеоператор. В ответ машина идентифицировала его как "острую копченую ветчину".

ноябрь

· Компания Foxconn Electronics объявила о разворачивании массового производства роботов Ugobe Pleo. Представленный широкой публике в начале года робот-динозаврик Pleo обладает привлекательным внешним видом и разумной функциональностью: 38 датчиков, способность автономного взаимодействия с хозяином посредством набора команд, различные настроения превращают динозаврика в неприхотливое домашнее животное.

· В Корнеллском университете в Итаке (штат Нью-Йорк) создан робот, передвигающийся на 4 конечностях и способный самостоятельно оценивать причиненные ему повреждения и определять, как приспособиться для продолжения выполнения задания. Робот оснащен датчиками, которые дают ему информацию о пространственной ориентации и позволяют создавать компьютерную модель собственной конфигурации и движения. Эта особенность позволяет менять программу, если происходит нечто непредвиденное.

2007 январь

· Компания iRobot представила программируемого робота iRobot Create. Create ориентирован на студентов, профессиональных разработчиков и энтузиастов. Новинка построена на базе роботизированного пылесоса Roomba. iRobot Create оснащен набором интерфейсов для подключения дополнительных внешних устройств и имеет широкие возможности программирования. >>

· Игровую приставку Nintendo Wii подключили к промышленному роботу-манипулятору фирмы Kuka. Благодаря этому с роботом можно играть не только в теннис, но и сражаться на мечах. Технологии, заложенные в Wii, начинают серьезно рассматриваться в качестве одного из возможных интерфейсов управления роботами. >>

· Марек Михайловски (Marek Michalowski) из Университета Карнеги Меллона совместно с Хидеки Козимой (Hideki Kozima) из японского Национального института коммуникационных технологий разработали небольшого, похожего на цыпленка робота, который способен чувствовать ритм и танцевать в такт музыке. Робот, названный Keepon, совершает очень находчивые танцевальные движения. Этот небольшой желтый робот является частью большого проекта по созданию роботов, которые могут синхронизировать свое поведение с человеческим партнером. Например, синхронизация темпа голоса и жестов докладчика со слушателем считаются залогом для гладких и комфортабельных взаимодействий. >>

· Специалисты Массачусетского технологического института (MIT) разработали робота Domo, способного взять у хозяина тарелки и положить их на полку. Аарон Эдсингер (Aaron Edsinger), занимающийся разработкой робота, сообщил, что Domo является следующим поколением роботов, спроектированных в MIT, предшественниками которых были Kismet и Cog. Мозг Domo - 12 компьютеров, которые анализируют окружающий мир и решают, на чём сосредоточить своё внимание. >>

· В Португалии создан зоопарк для роботизированных существ. Автор проекта Robotarium X - художник Леонел Моура (Leonel Moura) - ранее уже прославился рядом работ на стыке робототехники и искусства. В новом зоопарке для роботов будут уживаться автономные механизмы различных "видов": многоножки, роботы на колесах и ползающие роботы. >>

· Робот-милиционер, разработкой которого занимался МГТУ имени Баумана, стал самым широко освещаемым в рунете робототехническим устройством. Скорость передвижения робота - 5-10 километров в час, время работы без подзарядки - 8 часов. Функционально робот предназначен в первую очередь для предупреждения граждан. Если человек совершает или пытается совершить преступление, робот выдает ему всю правовую информацию и говорит, что материалы съемки могут быть использованы в суде. Испытания робота проходили в г. Пермь. >>

июль

· Флорентин Вергеттер из Геттингенского университета и группа специалистов сделали робота Runbot, который ходит почти так же быстро, как человек. Робот воспроизводит механизм ходьбы человека и животных, как его описал в 1930-е годы физиолог Николай Бернштейн из России. Бернштейн указывал, что головной мозг включается в процесс регулирования ходьбы, только когда заданные параметры, такие как рельеф или наклон поверхности, меняются. Остальное время движением управляют локальные нервные цепочки. Ранее созданные шагающие роботы ходят только за счет того, что просчитывают каждый угол и каждую миллисекунду движения. "Runbot от них отличается, - говорит Вергеттер. - Технически можно ходить, как эти роботы, но очень неуклюже. Люди так не ходят. Половину цикла ходьбы мы ничего не делаем, просто заваливаемся вперед. Так мы продвигаем себя снова и снова, как пружина". >>

...