Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
Рука «Юнимейта» работала в сферической системе координат. Она могла делать повороты в вертикальной и горизонтальной плоскостях, продольные движения, а кисть – разворот и наклон.
«Версатран» имел гидравлический привод для перемещения руки, а «Юнимейт» – гидравлический для приводов манипулятора и пневматический в системе схвата.
Управление обоими роботами состояло из четырех процедур: обучение, заключающееся в запоминании заданных операций; запоминание программы (информации); ее воспроизведение (считывание) и обработка программы, связанной с преобразованием информации и организацией выполнения рабочих операций.
Управление роботами первого поколения осуществлялось с помощью двух методов: «от точки к точке» и контурного.
Управление «от точки к точке» также осуществлялось системой управления с разомкнутым контуром. Метод применяется в операциях загрузки – разгрузки, штабелирования и т. п. Для осуществления каждого из трех движений требовалось до 30 потенциометров, благодаря чему можно было выбирать 30 последовательных позиций руки. При подаче команд кисть могла двигаться от упора до упора.
При контурном управлении рука робота двигалась по непрерывно контролируемой траектории. Подобные движения программировались с помощью магнитных носителей, при этом после записи программы методом обучения было возможно ее многократное воспроизведение.
Наряду с программируемыми в 1960-е годы появились дистанционно управляемые руки, или телехирики. Они устанавливались на подвижных машинах, выполняя опасную для человека работу в экстремальных условиях: в зоне повышенной радиации, в океанских глубинах, в огне или далеком космосе.
Одной из первых машин с телехириком был танк лаборатории вооружения в штате Нью-Мексико под названием «Битл». На 80-тонной машине были установлены 2 пятиметровые руки для переноса опасных грузов. Позже с целью улучшения управления телехириками стали устанавливаться телевизионные камеры для обратной связи.
Первый телехирик для работы под водой был построен Океанографическим институтом Скриппса и назывался «Рум». Потом был создан КУРВ, поднявший потерянную американским бомбардировщиком водородную бомбу с 750-метровой глубины.
Эру космической робототехники открыл советский космический телеуправляемый аппарат «Луна-17». В 1971 г. он совершил посадку на Луне в районе Моря изобилия, взял образец грунта и доставил его на Землю.
Более высоким, по сравнению с манипуляторами, уровнем организации управления обладали автооператоры, или интегральные роботы. В отличие от промышленных роботов, автооператоры дополнялись устройствами главной обратной связи, которая должна была обеспечить автоматическое перемещение самого устройства и (или) его рабочих органов при условии координации действий с состоянием окружающей среды. Автооператоры бывают двух типов – мобильные и локальные.
Первым мобильным автооператором стала разработанная в 1967 г. в Стенфордском университете тележка «Шейки». Мобильные операторы, в частности предназначенные для исследования Марса, должны были уметь смотреть и ощупывать, двигаться вперед и назад, наносить данные на карту, поддерживать свое рабочее состояние и т. п. В зависимости от поступающей информации автооператор мог переопределять условия, при которых выбирались различные типы поведения, вырабатывая таким образом условные рефлексы и привычки.
Локальные операторы представляли собой рабочие органы машин с замкнутыми внешними обратными связями. Одним из первых образцов такой системы была «рука Эрнста» – проект системы «глаз– рука», созданный в Массачусетском технологическом институте США. В этом аппарате внешняя обратная связь механической руки с внешней средой осуществлялась благодаря каналу машинного зрения. Автооператоры принадлежали ко второму поколению роботов, они могли менять свои действия в зависимости от изменения окружающей среды.
К классу робототехнических систем относятся различные машины, предназначенные для замены ручного труда. Это могут быть робототехнические системы для очистки и мойки стен и окон зданий, взятия проб грунта, выполнения работ в труднодоступных для человека местах. К ним относят также роботов, использующих в качестве рабочего инструмента лазер.
Эргатические роботы характеризуются наличием элементов гуманистичности, т. е. зависимости от человека и его управляющих свойств. Иначе их можно назвать «система человек – робот». Для управления машиной можно использовать различные проявления человеческой жизнедеятельности: движение, жестикуляция, дыхание, изменение теплопродуктивности и т. п. Одним из примеров такой системы могут служить протезы человеческих конечностей, управляемые биопотенциалами человеческого организма. Первая модель человеческой руки была создана в СССР в 1957 г. А в 1960 г. в Москве на конгрессе по автоматическому управлению 15-летний юноша, у которого не было кисти руки, взял протезом кусок мела и написал на доске: «Привет участникам конгресса!»
Для управления манипуляторами, работающими в опасных зонах, были разработаны копирующие системы, повторяющие движение руки оператора. Они состоят из управляющего механизма (рукоятки), приводимого в движение человеком и исполнительного (захвата), непосредственно выполняющего необходимые действия.
Для того чтобы робот мог получать информацию об окружающем мире, были разработаны зрительные, слуховые, тактильные датчики, позволяющие ориентироваться в пространстве.
В зрительных анализаторах применяются фотоэлементы. В простейших случаях, например, когда необходимо считать детали на конвейере, на счетчик направляется луч света. В том случае, когда луч пересекается движущейся деталью, это улавливает фотоэлемент и заставляет срабатывать счетчик.
В некоторых устройствах моделируется способность глаза голубя избирать объекты, движущиеся в одном направлении. Так, в роботах-луноходах применялась система зрения, включавшая моторы, направляющие поверхность солнечных батарей постоянно в сторону Солнца. Для разработки системы, опознающей цель и следящей за ней, использовался глаз лягушки.
Слуховые анализаторы роботов способны распознавать человеческий голос и речь. Они могут выполнять команды оператора при управлении автомобилем или самолетом, настраивать музыкальные инструменты и аудиотехнику. Некоторые роботы предназначены для распознавания сигналов гидролокационного устройства с целью обнаружения подводных лодок.
В 1970-е годы началось создание роботов третьего поколения. Они, помимо сенсорной системы и исполнительных механизмов, имели искусственный интеллект – специализированную ЭВМ с набором программ. На основе информации, идущей от сенсорных датчиков, они формируют модель внешнего окружения и выбирают программу действий.
Сейчас роботы получили широкое применение на заводах, в исследовании океанских глубин и планет Солнечной системы. Они заменяют пожарных и саперов.
Роботы совершенствуются благодаря развитию компьютерных технологий, появлению материалов с новыми свойствами.
Ручное огнестрельное оружие
В XIV в. в военном деле произошло разделение огнестрельного оружия на артиллерийское и индивидуальное стрелковое оружие. Одним из первых образцов оружия, предназначенного для одного стрелка, стал аркебуз. Его название происходит от немецкого «хакенбюхсе» – «ружье с крючком».
Аркебузы зацеплялись за стену или иную опору для смягчения отдачи. Воспламенение пороха осуществлялось при помощи фитиля.
В XVI в. появились фитильные ружья – мушкеты. Они снабжались курками, на которых укреплялся тлеющий фитиль, который при спускании курка воспламенял порох на полке – части ружейного затвора.
В XVI в. появились и кремневые ружья. Они были тяжелые с прямым прикладом. Из них стреляли с применением вилообразной подпорки – сошки, на которую клали ствол. Пули были круглые, отлитые из свинца.
В первой половине XVII в. появились штыки. Местом их изобретения считался французский город Байонна, отсюда его французское название «байонет», первоначальное русское название «багинет» и украинское «багнет». Багинеты крепились к деревянной втулке, которую вставляли в ствол ружья. Поэтому идти в штыковую атаку и одновременно вести огонь из ружья было невозможно.
Ружья того времени были гладкоствольными, хотя нарезное ружье – винтовка – было изобретено в конце XV в. Несмотря на то что дальность и точность огня первых винтовок превосходила аналогичные показатели пуль гладкоствольных мушкетов, в военном деле применялись гладкоствольные ружья, а винтовки использовались в основном на охоте. Это объяснялось тем, что заряжание винтовки с дула было сложной и трудной операцией, занимавшей около 5 минут. В качестве боевого оружия винтовки применялись только егерями – особо меткими стрелками, воевавшими в рассыпном строю, и легкой кавалерией.
