И. Артоболевский - Знакомьтесь - роботы!
Ученье — свет только в тех случаях, когда методы ученья хорошо согласованы с возможностями и способностями обучаемого. В противном случае это не свет, а сплошная тьма.
Человеком управляет разум, автоматом — логика. Именно это различие всегда определяет различие между процессом, выполняемым с участием человека, и процессом, полностью автоматизированным.
Когда возникает задача полностью автоматизировать процесс обслуживания станка, то, решая ее, прежде всего необходимо согласовать уровень организации всего процесса в целом с возможностями создаваемой системы автоматизации: в нашем случае — уровень организации "рабочего места" робота с его техническими характеристиками.
Две различные точки зрения возможны, когда решается задача такого согласования. Одна основывается примерно на таком рассуждении: "Понятно, что робот не человек! Но все-таки очень желательно, чтобы он заменял человека у станка без всяких изменений технологии и оборудования. Токарь брал заготовки из ящика как хотел, и пусть робот сам разбирается, как они в этом же ящике лежат, и пусть берет их оттуда как хочет. В общем, пусть все проблемы автоматизации решают создатели роботов, чтобы у нас с этими проблемами никаких других хлопот не было".
Этого взгляда могут придерживаться те, кто находится во власти своих интуитивных представлений о роботе, сложившихся под влиянием фантастических рассказов. Общепринятой среди специалистов по робототехнике является другая точка зрения, такая: "Понятно, что при замене человека роботом возникает ряд проблем. Решать эти проблемы следует, так сказать, с двух концов. Нужно стремиться максимально расширять функциональные возможности робота и вместе с тем так изменять технологию процесса и конструкцию машин и оборудования, так организовывать в каждом случае у каждого станка рабочее место робота, чтобы эти возможности максимально использовать".
Вероятно, мало кто может сомневаться в том, что эта точка зрения единственно правильная. Но она никогда не дает и не может дать однозначного ответа на вопрос — каковы же должны быть конструкция и устройство самого робота?
Пожелания "максимально расширить возможности робота" и "наилучшим образом организовать его рабочее место" весьма нечетко очерчивают, что именно имеется в виду, как именно следует выполнять эти пожелания. Ученые и инженеры, придерживаясь единого взгляда на подход к решению проблемы роботизации, по разному оперируют с этими нечетко очерченными понятиями.
Тем не менее первые результаты уже налицо. Первое поколение промышленных роботов уже работает у станков, машин, линий, хотя пока еще их немного.
Первое поколение
Когда говорят о людях одного поколения, то имеют в виду группу людей, живущих на протяжении одного и того же исторического отрезка времени, и совершенно не имеют в виду их способности, квалификацию или обязанности, которые они выполняли.
Когда говорят о роботах первого поколения, совершенно не имеют в виду год их выпуска, а характеризуют этим названием только уровень их функциональности, "квалификации".
Роботы первого поколения не "видят", не "осязают", они не имеют никаких "органов чувств — механизмов", которые информировали бы их о том, что происходит в рабочей зоне, там, где расположен объект манипулирования, как он себя ведет. Все, что должен делать такой робот, надо ему задать во всех подробностях до того, как он начнет работать. Его нужно "научить" заранее, в процессе работы он ничему не может научиться, опыт работы ему впрок не идет.
Робот первого поколения — автомат с программным управлением, отличающийся от всех других таких автоматов специфическим устройством исполнительного органа, представляющего собой механическую руку, обладающую тем или иным числом степеней подвижности в зависимости от ее конструкции и уровня универсальности движений, на который она рассчитана.
Несмотря на такую принципиальную простоту современных промышленных роботов, их конструктивные решения чрезвычайно разнообразны. Разнообразны конструкции механических рук, разнообразны системы управления их движениями, методы их "обучения", программирования. Инженеры и конструкторы не строили и не строят эти машины "по своему образу и подобию", и тому есть веские причины.
Руки у всех людей устроены одинаково; одно и то же число подвижных сочленений, одинаковые вид и конструкция, одинаковое количество мышц, одинаковые системы управления; мы уже достаточно подробно познакомились с их "техническими характеристиками".
Менее известен тот факт, что у всех людей приблизительно одинаковы даже относительные размеры всех звеньев руки — плеча, предплечья и характерного размера кисти. В среднем у всех людей длина плеча составляет 0,46 длины всей руки, предплечья — 0,40, кисти — 0,14. Отклонения от средних значений у разных людей очень невелики, так же как отклонения от средних величин углов поворотов в суставах.
Отсутствие в конструкции нашего тела сочленений, допускающих относительное вращение или значительные поступательные перемещения сочленяемых звеньев, можно объяснить понятными конструктивными соображениями. Мы это пытались сделать раньше. Что же касается удивительного постоянства относительных размеров звеньев живой руки, неизменно повторяющихся миллиарды раз, то нам не удалось нигде найти ответ на, казалось бы, самый естественный вопрос: чем это постоянство объясняется? Как здесь проявилась мудрость Природы? А кстати, нигде нет ответа на еще более простой вопрос: чем пять пальцев кисти лучше четырех или шести? Даже на этот вопрос вы не найдете ответа, если не считать наивных соображений о том, что четырех пальцев мало, а шести — много!
Мы не напрасно уделяем так много места рассказу об устройстве и свойствах нашего тела. Мы хотим вместе с вами разобраться в том, насколько глубоко и последовательно можно использовать в робототехнике подход, основанный на методах бионики, на изучении особенностей и свойств естественных, живых систем с целью воспроизведения этих особенностей и свойств в искусственном, неживом.
Очень полезный сам по себе, этот подход хорошо "работает", когда речь идет о внешних проявлениях деятельности живой системы, о том, что она делает. Машины и автоматы в конечном счете делают то, что раньше делал человек или что он собирался или собирается делать. На этом уровне бионический подход оказывается чрезвычайно полезным.
Но по мере того как пытаемся проникнуть в глубь изучаемых процессов, переходим от вопроса "что делает?" к вопросу "как делает?", так, к сожалению, полезность бионического подхода резко убывает.
Чрезвычайно полезно было заметить ту множественность функций, ту универсальность, какая свойственна живой руке, а затем воспроизвести эти ее "генеральные" свойства в механической руке. Но зачем делать механическую руку антропоморфной, зачем навязывать ей структурные, кинематические, другие ограничения, несущественные для механической системы? Зачем ее звеньям придавать относительные размеры, свойственные живой руке, не умея объяснить, в чем преимущество этих размеров перед какими-либо другими?
Никто не ответит убедительно на эти вопросы, на многие другие вопросы, касающиеся механизмов управления, обучения и самообучения в живых системах.
Машина — не человек. В ней все проще, понятней. Но машина — не таблица умножения, в которой всегда 2х2=4. Одну и ту же группу задач автоматизации могут успешно решать самые различные роботы, а существующее уже сегодня разнообразие и изобилие этих задач дает все основания думать, что вообще не существует одной-единственной исключительной конструкции робота, которая была бы наилучшей со всех точек зрения для любых применений.
Опыт Природы, создавшей для всех "человеческих" применений единственную "конструкцию" в виде нашего тела, не является убедительным, когда речь идет о роботах.
Наша книга не справочник по робототехнике, но два-три примера, иллюстрирующих сказанное здесь, не будут лишними.
Один из первых промышленных роботов — робот "версатран", который до сих пор выпускается в США и в Англии. Он, как и все машины с программным управлением, как все другие конструкции промроботов, состоит из двух блоков: исполнительного, включающего руку со всеми приводами, обеспечивающими ее движения, и управляющего — в виде отдельного пульта.
Описание его устройства и принципа действия, сделанное сухим, техническим языком, выглядит так. Механическая рука с кистью, к которой крепится сменный захват, проходит через прорезь в вертикальной поворотной колонке. Рука имеет три степени подвижности, три управляемых движения: два поступательных — относительно колонны — вдоль и поперек ее оси, и одно вращательное — вместе с колонной. Еще два движения имеет кисть в "лучезапястном" суставе. Шестое движение — открытие-закрытие захвата. Поступательные перемещения рука совершает в пределах 0,75 метра, допустимый поворот колонны — 240 градусов.
