Техника - молодёжи 2005-04, страница 5

дельные элементы с помощью тех кнопок и рукояток, которые этим элементам соответствуют. Конечно, навыки позволяют ему сравнительно быстро освоиться с таким управлением, но, как показал опыт, быстрота и точность движений при кнопочной системе все-таки значительно ниже, чем при системе прямого копирования.

Если поворачивать рукой рукоятку мясорубки, то кисть человека вместе с рукояткой описывает точную окружность - рукоятка подчиняется усилию руки, но, вместе с тем, направляет её движение. Работает то, что великий русский физиолог И. Павлов назвал «темным мышечным чувством»: даже отвернувшись от мясорубки, удается успешно выполнить движение. Её рукоятку можно повернуть и механической рукой копирующего манипулятора, свойство которого отражать усилия на руку оператора, и «темные мышечные чувства» помогут последнему построить необходимое для этого движение исполнительной руки. А кнопочная система не обладает свойством отражения усилий: поручив «прокрутить» мясо манипулятору с кнопочным управлением, можно сломать или мясорубку, или манипулятор...

Сегодня же роботизация многих сфер человеческой деятельности -промышленного производства, космических и подводных работ, медицины, обеспечения государственной и общественной безопасности и ряда других областей - диктует усложнение задач, с которыми должны справляться дистанционно-управ-ляемые манипуляторы робототехни-ческих комплексов, и их эффективность определяется степенью функционального соответствия.

Области применения копирующих манипуляторов достаточно широки: сборка и обслуживание космических станций, оборудования атомных, химических и других подобных производств. Механические руки, установленные на робототехниче-ских системах, помогают спасать аварийные подводные аппараты, проводят операции в дистанционной хирургии, то есть - телехирургии. Можно привести и конкретные примеры использования: ликвидация последствий радиационной аварии в ВНИИЭФ в г. Сарове в 1997 г., проведение операций в Европейском институте телехирургии в г. Страсбурге, обслуживание термоядерных реакторов.

Но современные механические руки - пока еще тоже, можно сказать, «руки-крюки»: их приближают к человеческим только двигательные возможности, наделяя лишь несколькими степенями свободы движений (как правило, это магическое число 7). Подобие человеческой тактильной, температурной и болевой чувствительности в манипуляторах

практически не используется, в копирующих манипуляторах может реализоваться только силовая чувствительность. И внедрение новых методов управления «позицией силы» манипуляторов позволит расширить технические возможности проектируемых робототехнических комплексов.

Существующие ныне системы управления манипуляторов, в основном, построены на пропорциональном принципе с контролем перемещения объекта по оптическому каналу. Это - известные в мире робототехники системы, применяемые как отдельно, так и в составе мобильных робототехнических комплексов: «НОВО» и «RASCAL» (Ирландия), «CYCLOPS» (Великобритания) и «TELBOT» (HWM, Германия, «Разведчик» и «Антитеррорист» (ЦНИИ РТК, С.-Петербург), «Богомол» (ИФТП РАН, Москва), МРК-26 и МРК-27 (СКТБ ПР МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва), и другие. При пропорциональном управлении оператор имеет набор различных выключателей, но из расчета по одному на каждую степень свободы (около семи и более): или электрозамыкатель, или реостат, или «джойстик», и т.п. Каждое из движений управляется отдельно. Возможно совмещение операций, но не более трех - в зависимости от квалификации оператора и сложности работы.

Такие системы практически достигли своего предела по возможностям выполнения сложных операций и уже не всегда эффективны. Собственно говоря, основной недостаток всех силовых координатных манипуляторов - их малая производительность: далеко не все движения человеческой руки копирует двупалая клешня, и к тому же, оператор ощущает нагрузку, возникающую на рабочих органах его металлического помощника. Иногда для осуществления силового контроля со стороны оператора такие манипуляторы оснащаются системой косвенного контроля сил в виде звукового, вибротактильного или светового сопровождения. Но очевидно, что так можно контролировать только одно или ограниченное число движений манипулятора.

Уже системы управления копирующими манипуляторами и с двусторонним действием по передаваемым перемещениям и усилиям, иначе их называют - обратимые следящие системы. В России они разработаны в г. Протвино Московской области в ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий, и ими оснащены пока только копирующие манипуляторы марки МЭМ-10, которые производит ГНЦ РФ «ИФВЭ» (рис. 1). Эти системы дают возможность оператору вместе с визуальным восприятием контролировать перемещение исполнительного органа че-

Рис. 1 «Портрет» электромеханического копирующего манипулятора МЭМ-10 (ГНЦ ИФВЭ, г. Протвино Московской обл.) с обратимой следящей системой управления по семи степеням свободы

рез задающее устройство - ощущением силовых воздействий со стороны объекта работы. Устройство -есть кинематическое подобие органа, и оператор непосредственно задает его перемещение по всем степеням свободы - причем,их количество увеличивается до четырнадцати, так как манипуляторы находятся в обеих руках человека. Оператор сосредоточивает внимание только на движении конечного рабочего органа, остальными управляет рефлексивно, получая визуальную и силовую информацию. Обратимые сле

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 4' 2 0 0 5

3