Три поколения роботов и области их применения

Современные роботы отличаются друг от друга структурой, функциональными возможностями и назначением. Поэтому условно все роботы можно разделить на три «поколения»:

• — программные роботы;
• — адаптивные роботы;
• — интеллектные роботы.

Роботы первого поколения — это роботы с программным управлением (программные роботы). Они предназначены в основном для выполнения заранее запрограммированной последовательности операций, диктуемой тем или иным технологическим процессом.

Исполнительным устройством такого робота чаще всего является манипулятор, представляющий собой многозвенную конструкцию, аналогичную руке человека, оснащенную рабочим органом. Для реализации движений в пространстве каждое звено манипулятора оснащается соответствующим приводом. Информационная система такого робота проста — применяются в основном датчики положения звеньев манипулятора в виде концевых выключателей. Управление такими роботами осуществляется по жесткой программе, формируемой с помощью человека-оператора. Оператор вводит исходные данные о координатах объекта манипулирования и технологического оборудования, вводит программу движений манипулятора по его звеньям, контролирует достаточную точность позиционирования рабочего органа манипулятора. В последующем робот работает в автоматическом, жестко запрограммированном режиме. Поэтому приемлемое качество управления достигается лишь при строго определенных и неизменных условиях эксплуатации робота.

Следует, однако, подчеркнуть, что именно простота формирования и изменения программы при переходе на новые операции, сделала роботы первого поколения достаточно универсальными и гибко перестраиваемыми на разные классы операций.

Функциональные возможности роботов первого поколения существенно ограничиваются малым набором датчиков в информационной системе и несовершенством управляющей системы. Последняя служит по существу лишь для выполнения жесткой программы, заранее заложенной в ее память. Способность к восприятию окружающей среды и формированию ее модели у таких роботов практически отсутствует. Поэтому они принципиально не могут функционировать самостоятельно (автономно) в недетерминированной обстановке. Их обучение, а иногда и эксплуатация требуют вмешательства человека-оператора.

Применение роботов первого поколения возможно только в технологическом процессе со строго организованной, заранее детерминированной (известной) и неизменной окружающей средой. Для высокопроизводительной работы таких роботизированных производственных участков необходимо применение вспомогательных технологических устройств и приспособлений (транспортные, загрузочные, ориентирующие устройства, накопители и т. п.), обеспечивающих организацию рабочей среды. Под организацией рабочей среды понимается прежде всего процесс придания деталям (объектам манипулирования), занимающим первоначально самое разнообразное положение, т. е. находящихся в навале, одного определенного положения, удовлетворяющего требованиям программного робота и основного технологического оборудования.

Роботы второго поколения — это роботы с адаптивным управлением, т. е. задание для такого робота формирует человек, однако робот имеет возможность в определенных пределах автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки, которая на этапе формирования задания может быть определена недостаточно точно и в ходе техпроцесса подвержена изменениям.

Расширение функциональных возможностей адаптивных роботов по сравнению с роботами предыдущего поколения достигается за счет достаточно развитой информационной системы, предполагающей применение так называемых датчиков внутренней и внешней среды. Под датчиками внутренней среды понимаются датчики, регистрирующие различные физические параметры (положение, скорость, ускорение, силы, моменты, давление, ток, напряжение и т. п.) исполнительных устройств робота. Этими устройствами могут быть манипулятор или манипуляторы, а также, возможно, и устройство передвижения робота. Датчики внешней среды регистрируют параметры окружения адаптивного робота. Такими параметрами могут быть температура, освещенность и т. п., а также изображение расположенных в некотором пространстве объектов манипулирования, основного и вспомогательного оборудования. Технические «органы чувств», входящие в систему очувствления роботов второго поколения, служат источником обратных связей для управляющей системы. Последняя, обрабатывая сенсорную информацию, синтезирует закон управления исполнительными приводами и механизмами робота с учетом фактической обстановки.

Значительный объем информации, поступающий от датчиков внутренней и внешней среды, перерабатывается управляющей системой, основу которой составляет достаточно мощная ЭВМ со сложным программным обеспечением.

Неотъемлемой частью роботов второго поколения является их программное обеспечение, позволяющее реализовать сложные алгоритмы обработки информации и управления.

Возможности роботов второго поколения, оснащенных большим числом датчиков и мощной управляющей ЭВМ с развитым программным обеспечением, значительно превосходят возможности роботов первого поколения. Благодаря способности воспринимать внешнюю обстановку, анализировать сенсорную информацию и приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации область применения роботов второго поколения существенно расширяется. Это могут быть технологические процессы без строго организованной окружающей среды (объекты манипулирования поступают в зону работы робота без заранее известной ориентации), с изменяющейся номенклатурой изделий, роботы второго поколения могут работать с неориентированными и неупорядоченными деталями, выполнять сборочные и монтажные операции и т. п.

Роботы третьего поколения — это интегральные или интеллектуальные роботы. Для робота третьего поколения задание на работу вводится человеком в более общей форме, чем для робота второго поколения.

Интеллектуальный робот обладает возможностью планировать свои действия в неопределенной и меняющейся обстановке для реализации поставленного человеком задания. Такой робот отличается развитой микропроцессорной обработкой информации, богатым арсеналом логических операций, системой распознавания обстановки и наличием элементов самопрограммирования.

Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя те или иные элементы искусственного интеллекта. Характерной особенностью интеллектуальных роботов является их способность к обучению на опыте и адаптации в процессе решения задач.

Интеллектуальные роботы предназначены не столько для имитации физических действий человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т. е. по существу — для решения интеллектуальных задач [3].