Реферат: Шагающие роботы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московская Государственная Академия

Приборостроения и Информатики

Кафедра Информационные Системы

РЕФЕРАТ

по дисциплине

«Мобильные роботы»

«Шагающие роботы»

Выполнил студент

Бобров С.В.

Отделение дневное

Курс IVгруппа ИС-5

Преподаватель

Реферат сдан  15 декабря <st1:metricconverter ProductID=«2005 г» w:st=«on»>2005 г</st1:metricconverter>.

  Оценка____________

  Принял____________

Москва 2005

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;mso-bidi-font-weight:bold">

Содержание

1.<span Times New Roman"">                     

Введение

2.<span Times New Roman"">                     

Композиционная концепция и биологический подход в построении роботов

3.<span Times New Roman"">                     

Исследование кинематики биологических механизмов

4.<span Times New Roman"">                     

Пример шагающего аппарата

5.<span Times New Roman"">                     

История создания «многоногих» роботов

6.<span Times New Roman"">                     

Назначение шагающих роботов, роботы-андроиды

7.<span Times New Roman"">                     

Заключение<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;mso-bidi-font-weight:bold">

Введение

Созданиепромышленных роботов-манипуляторов, способных заменить человека на многихучастках современного производства, а также автоматических систем, которыемогут быть использованы в условиях, опасных для человека, является актуальнойнаучной и технической проблемой. Одним из важных классов роботов являютсяшагающие роботы, предназначенные для перемещения по труднопроходимой местности.

Хотя колесныетранспортные средства в настоящее время явно преобладают, известно, что приходьбе по неподготовленной поверхности существенные преимущества имеют шагающиесистемы передвижения. Шагающий аппарат при движении использует для опоры лишьнекоторые точки на поверхности в отличие от колесных и гусеничных машин,имеющих непрерывную колею. Кроме того, шагающий аппарат существенно меньшеповреждает почвенный покров, что может оказаться важным для некоторых районов.

Однакоуказанные преимущества шагающего аппарата определяют его высокую сложность.Большое число управляемых степеней свободы аппарата требует сложной компоновки,разработки высокоэффективных приводов, специальной организации стоп,рассеивающих энергию удара, и т.д. Система управления должна обеспечитьпереработку информации о местности, принятие решений о характере движения,контроль за их реализацией. Именно создание системы управления аппаратом –центральная проблема шагающего робота, так как опыт создания даже самых сложныхсистем автоматического управления невозможно непосредственно использовать дляпостроения системы управления шагающим роботом.

Композиционнаяконцепция и биологический подход в построении роботов

Анализируя существующие виды движителей, можнозаметить, что нет ничего более совершенного, чем природные системы. Ихадаптивная способность потрясает. Если касаться только шагающих систем, товидно, что их мобильность значительно выше, чем у созданных человекомтранспортных средств.

Человек, совершенствуя природу на базе созданиякомбинированных шагающих механизмов с другими типами движителей, способенсоздать более производительные и высоко адаптивные транспортно-технологическиемашины.

Природа не создала колеса просто потому, что система рычагов болееприспособлена для передвижения по естественному грунту. Этому способствуютсвойства опорно-двигательного аппарата шагающего движителя: дискретность колеии наличие нерабочего пространства ног. Под дискретностью колеи понимаютпрерывистость контакта движителя, в данном случае с поверхностью передвижения.Под рабочим пространством ног понимается пространство, окружающее корпус, точкикоторого достижимы для опорного элемента шагающего движителя. Эти свойствашагающего движителя позволяют предполагать высокую опорную и профильнуюпроходимость для искусственных шагающих средств передвижения. Кроме сильнопересеченной местности, для обычного транспорта непроходимой является и среда,приспособленная для обитания человека: здания с узкими проходами, резкимиповоротами, лестничными маршами.

Слепое копирование природныхобъектов без глубокого изучения их поведения, как правило, не позволяло создатьработоспособные конструкции, которые можно было бы использовать в практике:например, лесная машина фирма “Табержек”, робот лаборатории транспортных системАН СССР. Эти машины не оправдали надежды конструкторов и не показалидинамических качеств, характерных для насекомых.

В этом ключе интересно рассмотреть композиционную концепцию построенияшагающих роботов, т.к. эта концепция сходна с физиологическими моделямиуправления движением в живых организмах. Сходство это основано на исследованияхроссийских ученых, проводимых в Институте проблем передачи информации. Поэтому,можно полагать, что композиционная концепция является биологическим подходом вробототехнике.

В соответствии с этой концепцией низший уровень управления локомоционнымпроцессом может быть представлен как результат коллективной работы независимыхзамкнутых систем автоматического регулирования (регуляторов). Какие-либо связимежду отдельными регуляторами (горизонтальные связи) отсутствуют. Инымисловами, шагающий робот как единый автомат может быть представлен композициейнекоторого количества элементарных независимо функционирующих автоматов, алокомоционный процесс результатом совместного действия этих автоматов. Каждыйавтомат решает свою собственную задачу и таким путем вносит свой вклад в формированиелокомоционного процесса.

Каждый элементарный автомат представляет собой замкнутую системуавтоматического регулирования и управляет только одним суставом. В то же времяотдельный сустав в различных фазах цикла движения ноги может управляться несколькимиразличными регуляторами. Одноименные суставы всех ног управляют одним изпараметров походки, например, таким как длина шага, высота тела роботаотносительно опорной поверхности или же скорость передвижения робота.Управление всеми суставами робота осуществляется параллельно, что обеспечиваетвысокий уровень распределенности системы управления.

Влияние на отдельный автомат действий остальных автоматов представляетсякак возмущающее воздействие внешней среды. Цель автомата как регулятора состоитв компенсации этих возмущений. Выходной сигнал сенсорной системы, которыйиспользуется в цепи обратной связи регулятора, содержит в себе также иинформацию о действиях других автоматов, так что отдельный автомат воспринимаетдействия других автоматов посредством сенсорной системы, а не путем каких-либоканалов связи между регуляторами. В этом случае внешняя среда отдельногоавтомата состоит из остальных автоматов и внешней среды робота в целом.

Желаемые параметры походки робота задаются более высоким уровнем системыуправления и остаются постоянными в процессе ритмичной ходьбы. Такой подход кпроблеме шагающих роботов существенно упрощает управление локомоционнымпроцессом и делает его более наглядным.

Реализация предлагаемого подхода для построения шагающих роботов можетбыть достигнута путем решения проблемы сенсорных систем для автоматов. Этапроблема была решена путем применения наборов датчиков, объединенных всенсорную систему, способную измерять каждый параметр походки.

Исследованиекинематики биологических механизмов

Человечество всегда в проектировании стремилось к созданию себе-подобногомеханизма – прямоходящего, но бипедализм людей значительно сложнее влокомоционном плане, чем шести- или четвероногость и требует развития болеесильного вестибулярного аппарата и очень серьезных систему управления на егооснове, поэтому наибольшее распространение получили «многоногие» роботы.Поскольку биологический подход к разработкам наиболее сложный (требуетсявсестороннее изучения биологических механизмов), но в то же время и наиболеепростой (не нужно изобретать велосипед – все уже давно придумано природой) былопроведено изучение передвижения насекомых.

В качестве объекта исследований выбран рыжий таракан (пруссак). Тараканы(Blattodea) — один из наиболее древних отрядов крылатых насекомых. Онипоявились в первой половине каменноугольного периода (около 300 млн лет назад),когда на Земле царил тёплый и влажный климат.В то время тараканы были самоймногочисленной и разнообразной группой насекомых. Но “процветают” они и сейчас.Так что эти насекомые вдвое старше знаменитых динозавров и в отличие от нихсовсем не собираются вымирать. Его ноги – тот универсальный биологическийобъект изучения для создания шагающей машины.

Используя кинокамеру, можно проследить бег таракана, предварительно егозасняв. Для этого таракана помещают в стеклянную пробирку и, закрепив ее,снимают бегающего таракана кинокамерой. После этого с кинокамеры всепереписывается на компьютер, где с помощью компьютерной программы PINNACLE замедляется бегтаракана и создается фильм “Тараканий бег”. Теперь можно проследить всюкинематику его бега. Работая в программе PINNACLE, создаются отдельные кадры бега таракана, с помощьюкоторых прослеживается кинематика движения его ног  при беге.

Исходя из полученных снимков, рассмотрим способформирования походки рыжего таракана. Основным типом его походки являетсяпоходка 3—3(трешками).

В каждый момент своего движения тара­кан стоитна трех ногах: передней и задней левой и средней правой (или наоборот). Каждаяпара ног выполняет различную функциональную нагрузку, и это отражается на ихдлине. Передняя пара ног наиболее ко­роткая, цепляясь попеременно за неровностигрунта, тянет тело вперед. Средняя и самая длинная — задняя пара конечностейпри разгибании в коленном суставе толкают тело таракана вперед. Он идет так,что всегда опирается на три ноги, образующие опор­ный треугольник, внутрикоторого располагается центр тяжести его тела.

Если проследить движение задних ног таракана, то можно выявить интереснуюзакономерность в движении бедра правой и левой ноги. На экране монитора четковидно, что при движении бедро правой и левой ноги таракана все время образуетодну линию. Эту закономерность можно также использовать при проектированиидвижения шагающего робота.

Однако таракан не всегда использует походкутрешками, в какие-то моменты он переходит на галоп, правда, на очень короткиймомент.

Чаще всего он использует сильное отталкиваниедвумя задними ногами в первый момент движения для развития скорости, а затемпереходит на обычную походку трешками. Использование этого шага дляпередвижения робота не вполне удобно, так как очень усложнится его управление,а если масса робота велика, то усилия для движения задних ног потребуются оченьбольшие, что не вполне можно выполнить.

Для шагающего робота в процессе выноса ногдолжен осуществляться контроль высоты положения стоп над поверхностью. Есливысота любой из стоп становится меньше допустимой, то производится подъем ногидо достижения нужной высоты, а затем продолжается вынос ног вперед. Конецдвижения определяется одним из следующих условий:

Во время вспомогательной фазы должнопроисходить восстановление горизонтального положения и заданной высотыплатформы, а также смещение центра тя­жести в зону равновесия;

Зона достаточной устойчивости может бытьопределена через разность усилий в максимально и минимально нагруженных опорах,которая не должна превышать допустимой величины. Введение центра тяжестишагающего устройства в зону допустимой устойчивости достигается путем заданиягоризонтального движения платформы, что задается блоком поддержания равновесия.

Исследование бега таракана позволило сделатьследующие выводы. Непрерывная походка типа 3—3 образуется в результате слиянияфаз прерывистой походки. Непрерывная походка экономичнее прерывистой иобеспечивает большую скорость перемещения при тех же динамических нагрузках,однако, она может использоваться только для перемещения по сравнительно ровнойповерхности.

Для общей ориентации шагающей машины в пространстве необходимо применятькомплекс управляющих алгоритмов, представляющих многоуровневую иерархическуюсистему.

Следует отметить, что кинематика шагающегоробота позволяет существенно уменьшить возможность потери проходимости, будетболее маневренной, сможет проходить по сильно пересеченной местности. Опорныеэлементы шагающего робота имеют значительно большую зону возможных контактов споверхностью передвижения по сравнению с колесом или гусеницей.

Пример шагающего аппарата

В качестве достойного примера шагающей машиныможно рассмотреть разработку Донецкого Национального Технического Университета– шагающий аппарат «Катарина».

<img src="/cache/referats/20762/image001.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1052">

Каждая конечность имеет три степенисвободы, и приводится в действие с помощью двигателя с механизмом (передача,коробка передач, редуктор). В нижней части конечности находятся три датчикаусилия для измерения реакции силы ноги.

Основные характеристики шагающего аппарата“Катарина”:

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

высота корпуса – <st1:metricconverter ProductID=«10 см» w:st=«on»>10 см</st1:metricconverter>;   <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">· длина стороны – <st1:metricconverter ProductID=«17 см» w:st=«on»>17 см</st1:metricconverter>;

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

общая масса – <st1:metricconverter ProductID=«21 кг» w:st=«on»>21 кг</st1:metricconverter>;          <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">· размер конечности – <st1:metricconverter ProductID=«40,5 см» w:st=«on»>40,5 см</st1:metricconverter>;

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

масса конечности – <st1:metricconverter ProductID=«2.8 кг» w:st=«on»>2.8 кг</st1:metricconverter>;           <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">· масса корпуса смикропроцессором – <st1:metricconverter ProductID=«3,8 кг» w:st=«on»>3,8 кг</st1:metricconverter>;

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

скорость – около <st1:metricconverter ProductID=«0,4 км/ч» w:st=«on»>0,4 км/ч</st1:metricconverter>;            <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:UK;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">·полезная нагрузка – <st1:metricconverter ProductID=«5 кг» w:st=«on»>5 кг</st1:metricconverter>;

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

длина бедра – <st1:metricconverter ProductID=«13,4 см» w:st=«on»>13,4 см</st1:metricconverter>;      <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">· длина голени – <st1:metricconverter ProductID=«20,2 см» w:st=«on»>20,2 см</st1:metricconverter>;

  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">·

поверхность касания конечности – 28,3 см2.

<img src="/cache/referats/20762/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1027"> <img src="/cache/referats/20762/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1026">


Система управления шагающим аппаратом  формирует и исполняет управляющие сигналы,обеспечивающие движение аппарата с автоматической адаптацией: к малымнеровностям поверхности по командам оператора (или верхнего уровня), задающегоосновные характеристики ходьбы и движение корпуса аппарата. На входы системыпоступают сигналы от следующих датчиков, установленных на макете: шестидатчиков кон­такта стопы с поверхностью; датчиков усилий, развиваемых ногами;гировертикали; опти­ческого дальномера. Ее выхо­ды (выходы блока преобразо­вателейкоординат) являются входами блока усилителей сле­дящих систем (БУСС), состоя­щегоиз 18 отдельных усилите­лей, на входы которых посту­пают сигналы с 18позиционных датчиков углов поворота звень­ев ног.

Система управления состоит изследующих крупных блоков: блока управляемых генераторов шаговых циклов, которыйсодержит шесть идентичных генераторов, формирующих в плоскости некоторыхвспомогательных декартовых координат замкнутые пространственно-временные кривыешагового цикла каждой ноги; блока линейного преобразования координат, которыйобеспечивает геометрическую привязку шаговых циклов к корпусу и конечностямаппарата  и  их  масштабирование; блока маневрирования, который по командам от верхнегоуровня деформирует шаговые циклы ног так, чтобы обеспечить требуемоепространственное положение корпуса аппарата; блока преобразователей декартовыхкоординат концов ног в угловые координаты звеньев ног, который состоит из шестиидентичных нелинейных трехмерных следящих систем, обеспечивающих формиро­ваниесигналов на входы блока усилителей следящих систем, а также учет границ рабочихзон ног.

Блочное построение системы управленияс относительно не­большим числом каналов связи блоков друг с другом обеспечи­ваетудобство работы с системой, позволяет вести настройку и проверку качестваработы отдельных блоков, а также легко контролировать функционирование в целом.

История создания «многоногих» роботов

Однако не менее интересно вернуться кистории создания первых шагающих роботов. Существует несколько вариантовисторий современных механизмов — обычная, которую мы изучаем по курсу физики, инеофициальная — история человеческих фантазий, которую можно проследить помножеству фантастических романов, кинофильмов, исторических материалов. Исовсем не ясно, за какой из них — истина. Взять хотя бы рисунки Леонардо ДаВинчи, по которым построили велосипед и вертолет, или произведения Жюля Верна,в которых присутствовало большое множество неизвестных его современникамустройств, ничего особенного на сегодняшний день не представляющих. И выдумаете, читая или смотря кинофильмы о роботах, киборгах, андроидах и прочихновомодных устройствах, их не увидят наши потомки? Отнюдь. Не так давно прошлановость о том, что в Японском Национальном институте современных промышленныхнаук и технологий (AIST) при сотрудничестве компании Kawada Industries былсоздан очередной робот человеческого типа. У него такой же рост (<st1:metricconverter ProductID=«154 см» w:st=«on»>154 см</st1:metricconverter>) и вес (<st1:metricconverter ProductID=«58 кг» w:st=«on»>58 кг</st1:metricconverter>). Он можетсамостоятельно ходить, садиться, ложиться и вставать, и даже носить груз,правда, пока не слишком тяжелый — <st1:metricconverter ProductID=«6 кг» w:st=«on»>6 кг</st1:metricconverter>. Но, как вы понимаете, это не предел. Поэтому весьмаправдоподобным представляется появление в течение ближайших 10-20 лет первогочеловекоподобного существа с развитым искусственным интеллектом.

<img src="/cache/referats/20762/image003.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1028">

<img src="/cache/referats/20762/image004.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030"><img src="/cache/referats/20762/image005.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1029">

В1983 году имела место еще одна очень интересная идея — совмещение лошади ивелосипеда — The Mechanical Horse (рис.3). Принадлежит она Л. А. Риггу. Вследза механизацией телеги или кареты изобретатель предложил модернизацию лошади.Интересно, почему проект заморозили?

<img src="/cache/referats/20762/image006.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032">

Идействительно, во время первой мировой войны данные футуристические идеи сталиреализоваться. Первым стало появление уже сконструированного и собранногомеханизма Walking Machine, показанного на рисунке. Данная машина передвигаласьтолько с помощью большого количества ног, работающих практически по принципугусеничного механизма...

<img src="/cache/referats/20762/image007.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">Другой вариант — это шагающий трактор, разработанный в этоже время. Как мы можем видеть, сзади у механизма находятся две шагающие ноги,приводящие механизм в движение, а спереди — колеса. Получается телега наоборот.Это была первая реализация сочетания механических ног и колес в одной.

<img src="/cache/referats/20762/image008.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">На какое-то время в истории шагающих машин наступилозатишье вплоть до технологического прорыва 60-70-х. На рисунке вы можетеувидеть изобретение 1966 года, реализованное МакГи и Франком в университетеЮжной Калифорнии. К этому стоит добавить, что это первое изобретение подобногорода, предусматривающее компьютерное управление. Называется оно Phoney Poney.

<img src="/cache/referats/20762/image009.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1036">В 1968 году Р. Мошер завершил работу над созданиемнастоящего четырехногого монстра с ручным управлением под названием GeneralElectric Walking Truck. Кстати, его изображение можно часто увидеть на многихнаучных и околонаучных сайтах. Что интересно, у Phoney Poney, так же, как и уGeneral Electric Walking Truck, было по четыре ноги.

<img src="/cache/referats/20762/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1038">В 1973 году целая команда советских ученых завершила работунад практической реализацией шестиногой машины (доктор наук, профессор В.С.Гурфункель, доктор наук А. Ю. Шнейдер, доктор Е.В. Гурфункель и коллеги).

<img src="/cache/referats/20762/image011.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1039">

<img src="/cache/referats/20762/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1040">1977 год был весьма урожайным на всевозможные реализациишагающих роботов. Началось своего рода соревнование между США и СССР, что былонормально для того времени. С американской стороны выступал тот же МакГи сосвоей командой, с советской — профессор Гурфункель и коллеги. Причем русские«шестиноги» назывались очень просто — «Маша». Их мы можемувидеть на рисунках.

<img src="/cache/referats/20762/image013.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1041">В ответ на «Машу» МакГи и команда предложили своюверсию шестиногого робота, которая весила всего… <st1:metricconverter ProductID=«136 кг» w:st=«on»>136 кг</st1:metricconverter>.

С1976 года по 1979 в исследовательском центре Komatsu Ltd. (Япония) разрабатывалсясупер-робот. Таким образом, можно отметить, что, начиная с этого периода, кгонке среди разработчиков присоединяются японцы. Устройство под названием ReCUS(Remotley Controlled Underwater Surveyor) имело восемь ног, <st1:metricconverter ProductID=«8 метров» w:st=«on»>8 метров</st1:metricconverter> длины, 5,35 шириныи <st1:metricconverter ProductID=«6,4 метра» w:st=«on»>6,4 метра</st1:metricconverter>высоты. Весить такая конструкция должна была порядка 29 тонн. Максимальнаяскорость — 0,07 м/с. До нас же дошли только чертежи.

В1979 году к московским разработкам профессора Гурфункеля присоединилсяСанкт-Петербург (тогда Ленинград). Там был также разработан и сконструирован«шестиног», но с гораздо более скромными параметрами: вес — <st1:metricconverter ProductID=«40 кг» w:st=«on»>40 кг</st1:metricconverter>, длина — <st1:metricconverter ProductID=«60 см» w:st=«on»>60 см</st1:metricconverter>, ширина — <st1:metricconverter ProductID=«25 см» w:st=«on»>25 см</st1:metricconverter>, высота ног — <st1:metricconverter ProductID=«20 см» w:st=«on»>20 см</st1:metricconverter>. И, кстати, такоестремление к минимализму очень свойственно для многоногих устройств. Во-первых,они проще в реализации. Во-вторых, в большинстве своем такие устройства имеличисто научное значение.

Новместе с тем в период 1980-1983 гг. американцы продолжили развитие тяжелыхроботов с большим количеством ног. Изобретатели Сазерленд и Спрулл создалимашину длиной в <st1:metricconverter ProductID=«2,4 метра» w:st=«on»>2,4 метра</st1:metricconverter>,развивающую скорость 0,11 м/с.

<img src="/cache/referats/20762/image014.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1042">Далее свою веху в историю вписывают японцы. Живаялегенда — TITAN III иTITAN IV (TITAN — аббревиатураотTokyo Institute ofTechnology, Aruku Norimono). Ноги TITAN IIIбыли оснащены специальными сенсорами, которые были связаны со специальнойэлектронной системой управления, именуемой PEGASUS (Perspective GaitSupervisory System). Данная система позволяла адаптировать движение механизмаотносительно изменений поверхности. Этот этап можно смело назвать этапомвнедрения интеллекта в шагающие машины. Длина ног у TITAN III была <st1:metricconverter ProductID=«1,2 м» w:st=«on»>1,2 м</st1:metricconverter> и весил он <st1:metricconverter ProductID=«40 кг» w:st=«on»>40 кг</st1:metricconverter>. Глядя на рисунок,нельзя не вспомнить персонажа мультипликационного фильма «Тайна третьейпланеты». Может быть, TITAN III был прототипом...

Назначение шагающих роботов, роботы-андроиды

<span Arial CYR"">А зачемсобственно нужны шагающие роботы? В таких механизмах есть практическаянеобходимость. Вспомните хотя бы забуксовавшие колесные машины — эту частуюкартину при бездорожье. Шагающие механизмы лучше преодолевают препятствия, и вэтом их главное преимущество.

<span Arial CYR"">Японскиеразработки TITAN III и TITAN IV принадлежат Токийскому технологическомуинституту (Tokyo Institute of Technology) — одни из первых шагающих механизмовс искусственным интеллектом, позволяющим преодолевать несложные препятствия.Так, TITAN IV в 1985 году в Government Pavilion of the Science Exhibition atTsukuba в полугодовой период опытов прошел около <st1:metricconverter ProductID=«40 километров» w:st=«on»>40 километров</st1:metricconverter> поповерхности с тремя степенями сложности. Эта модель весила около <st1:metricconverter ProductID=«160 килограмм» w:st=«on»>160 килограмм</st1:metricconverter>, адлина одной ноги (всего их было шесть) составляла около <st1:metricconverter ProductID=«1 м» w:st=«on»>1 м</st1:metricconverter> <st1:metricconverter ProductID=«20 см» w:st=«on»>20 см</st1:metricconverter>. Причем интересно, чтотакая махина развивала скорость 40 см/с. TITAN IV был прототипом для множествапоследующих разработок японских изобретателей. Перечислять нет смысла, так каких много.

<span Arial CYR"">Начиная сэтого момента, шагающие роботы стали разрабатываться и для практических целей,например, для исследования морских глубин. Акваробот (Aquarobot) разрабатывалсяв лаборатории роботов в Port Harbour Research Institute Министерства транспортаЯпонии на протяжении четырех лет (1985-1989).

<span Arial CYR"">Расстановкасил среди стран, конструирующих шагающие механизмы, несколько изменилась. Восновном, это связано с тем, что ушли русские (у нас тогда, если вы помните,началась перестройка, а потом развал СССР), но при этом достаточно интересныеразработки стали появляться и в Англии, в 90-х присоединилась Канада. Алидерами стали, конечно же, японцы и американцы.

<span Arial CYR"">Кстати, сейчастакие роботы-многоножки активно используются для различных прикладных целей.

<span Arial CYR"">Если неговорить о шагающих роботах, а только об их конечностях, то мы можем найти ещеодно применение данным разработкам, а именно — в медицине. Еще в 1948 годурусский профессор Н. А. Бернштейн нарисовал человека с протезами, повторяющимискелет ноги, но с электрическими двигателями, что являлось разработкой НИИПротезии. Стоит отметить, что сразу после войны это было очень насущнымизобретением, к сожалению, не имевшим практического продолжения в будущем. В60-е годы General Electric развила данную идею, но в варианте полноценного скелетас гидравлическим управлением. Точно такая же попытка была и с русской стороны вРоссии (Ленинград, 1970 год).

<span Arial CYR"">Основнойзадачей ученых являлось все-таки создание человекоподобного робота. И нужносказать, что  — это только одна из ветвейразвития шагающих механизмов. Ведь, согласитесь, роботы с большим количествомног больше похожи на насекомых как внешне, так и по способу передвижения. А вотсоздание двуногих машин — это ближе к рассказам фантастов, которымизачитывались в детстве наши ученые и изобретатели.

<span Arial CYR";color:black">На самом деле сейчас наиболее доступны материалы поистории шагающих механизмов. Удивительно, но она существует. Настоящее скрытопод завесой тайны. Лишь иногда проскакивают новости, которые могутнастораживать. Например, майки с датчиками температуры (электроника вживлена вткань, следовательно, ее можно вживить в любой полимерный материал), роботучится кунг-фу, самообучающиеся игрушки роботы-собаки и так далее. Будущеешагающих механизмов мы уже знаем из фантастики. Все предсказания сбываются с точностьюкак у Жюля Верна.

<img src="/cache/referats/20762/image015.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1043"><span Arial CYR";color:black">Что удивительно, если бытехнологии шагающих механизмов развивались чуточку быстрее, то мы бы совершеннопо-другому представляли себе сейчас луноход. Сейчас же мы приступимнепосредственно к андроидам, будущим человекоподобным киборгам.

<span Arial CYR";color:black">Двуногие машины имеют не менее богатую историю, посравнению с другими шагающими механизмами. Но исторический обзор начнем с 1964года, когда ленинградскими учеными была создана кинематическая модель Чебышевас двумя ногами. Советские ученые внесли не очень большую лепту в историюсоздания двуногих машин. Так, в 1990 году в Москве профессором Формальским идоктором Ленским была создана модель двуногого робота, очень похожего внешне наданную кинематическую модель. Но такого прогресса в данной сфере разработок,как в Японии, в СССР, конечно, не было.

<img src="/cache/referats/20762/image016.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1045"><img src="/cache/referats/20762/image017.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1044"><span Arial CYR";color:black">В 1969 году Иширо Като(Япония) показал миру антропоморфный двуногий механизм WAP-1. Интересным вданной разработке было то, что мышцы сделаны из резины или каучука и устройствоприводилось в движение с помощью пневматики за счет воздействия на«искусственные мускулы». Это очень новаторская идея, котораясовмещает в себе и простоту, и гениальность. Иширо Като работал при поддержкеспециальной исследовательской лаборатории гуманоидов (Humanoid Research Laboratory)при Waseda University (Токио). Интересен сам факт существования таковой в конце60-х, в то время как для Японии это были не лучшие годы. И нужно сказать,результат очевиден, поскольку за Иширо Като стоит большая часть историисовременных двуногих машин.

<span Arial CYR";color:black">Уже в 1970 году появилась усовершенствованная модельWAP-2. В ней были разработаны специальные управляемые приводы, при этом подподошвы робота встраивались специальные датчики давления, что позволялоосуществить автоматический контроль положения.

<img src="/cache/referats/20762/image018.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1046"><span Arial CYR";color:black">В 1971 году состоялосьсразу две премьеры, а именно — WAP-3  иWL-1. Обе они равноценны по значимости в истории шагающих механизмов. WAP-3 — это продолжение модели WAP-2, но, в отличие от предшественника, он имел спередицентр тяжести, что позволяло наклоняться и перемещаться не только по ровнойповерхности, но и спускаться/подниматься, например, по лестнице. Таким образом,это был первый в мире робот, способный перемещаться не только по горизонтальнойплоскости. WL-1 — это модель, управляемая мини-компьютером. Она так же, как иWAP-3, имела центр тяжести, расположенный спереди, но при этом могла менятьнаправления ходьбы, что стало возможным за счет внедрения мини-компьютера.

<img src="/cache/referats/20762/image019.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1047"><span Arial CYR";color:black">В 1972 году в МГУ быларазработана модель под именем «Рикша». В движение она приводилась спомощью двух ног, но между тем имелось еще и четыре колеса.

<span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">

<img src="/cache/referats/20762/image020.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1048"><span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">В 1973 году в Японии (Иширо Като) стартовал проектWABOT-1, целью которого было создание полностью функционирующегоантропоморфного робота. Помимо систем контроля управления, в WABOT-1 быливстроены видео- и звуковая системы, которые позволяли оценивать расстояние дообъектов и направление к ним. Таким образом, это одна из первых роботов-машин,которая имела «глаза» и «уши». Ко всему прочему WABOT-1имел внешние рецепторы и звуковоспроизводящую систему (умел говорить). То есть,первый андроид был создан в 1973 году.

<span Arial CYR";color:black">В 1980 году Иширо Като разработал WL-9DR, управляемыйс помощью 16-разрядного мини-компьютера. При этом если в предыдущих моделях«обдумывание» механизмом каждого шага составляло более чем 45 секунд,то в варианте WL-9DR на один шаг тратилось всего десять секунд. Роботы учатсяходить! И скорость у них измеряется пока в странной величине — сек/шаг.

<span Arial CYR";color:black">И в 1983 году появилась модель WL-10 и на«обдумывание» шага тратилось около четырех с половиной секунд (еслибыть точным — 4,4 сек/шаг). В модели WL-10R применялись новые типысерво-механизмов и материалов. Значительно добавлена степень свободы у членовробота. WL-10R мог свободно поворачиваться, ходить вперед и назад. Теперь сталинасущны еще одни параметры для шагающих механизмов, а именно — степени свободы.

<span Arial CYR";color:black">1984 год. Команда ученых токийского университетасоздает двуногого робота с восемью степенями свободы. При этом данный робот ужеимел автономное питание от источника постоянного тока.

<img src="/cache/referats/20762/image021.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1049"><span Arial CYR";color:black">В 1985 году Иширо Катосоздает WL-10RD. Теперь робот затрачивает от 2 до 5 секунд на каждый шаг. Присовместной работе с Hitachi Ltd. модель WL-10R находит свое продолжение и вдругом варианте — WHL-11 (Waseda Hitachi Leg-11). В WHL-11 был добавленкомпьютер и гидравлический привод.

<img src="/cache/referats/20762/image022.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1050"><span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">Как мы понимаем, роботы уже научились ходить,говорить… А вот главным событием было появление WASUBOT (аббревиатура отWAseda SUmitomo roBOT) от того же Иширо Като. WASUBOT — это робот-музыкант,который играет на пианино. Фотография, представленная на рисунке, обошла весьмир.

<span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">

<span Arial CYR";color:black">С тех пор прошло много времени. Роботы научилисьдумать, ходить, говорить, видеть, слышать и даже самообучаться. Думаю, читалиновость о том, что в Китае робота обучают кун-фу. При этом дополнительно притаком «обучении» можно усовершенствовать четкость движений механизмови приводов.

<span Arial CYR";color:black">Современные компьютерные технологии позволяют улучшитьсистемы управления. Современные химики создают отличные полимерные материалы,которые могут являться заменителем кожи. При этом в такие материалы можновстраивать электронику. Так что в «Терминаторе-4» может играть уже неШварценеггер, а реальный терминатор.

<span Arial CYR"">

<span Arial CYR"">Заключение

<span Arial CYR"">

<span Arial CYR"">И в заключение хочу остановиться на одной из современныхразработок в области шагающих роботов:

«Шагающеекресло» под кодовым названием WL-16 создано совместно с Tmsuk, фирмой попроизводству роботов. Две его «ноги» приводятся в движение при помощи12 приводов, работающих от аккумуляторной батареи. Робот может носить человека,весящего до <st1:metricconverter ProductID=«60 килограмм» w:st=«on»>60 килограмм</st1:metricconverter>. Этот шагающий робот, специально приспособленк переноске людей. Его создатели ут
еще рефераты
Еще работы по технике