Российская робототехника — Русский эксперт

“Робот” Вадима Мацкевича, выставлявшийся
на всемирной выставке в Париже

История робототехники неразрывно связана с историей развития ЭВМ. Чёткого и однозначного определения, что такое “робот” не существует, поэтому сложно определиться с датой, когда же в СССР был создан первый робот.
Известно, что в 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал «робота», который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками.

На “робота” Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже. “Робот” имел небольшую особенность: мотор был слабоват, и прямая рука поднималась лишь чуть выше плеча. Немцы тут же увидели в этом жесте приветствие «Зиг хайль!» и бегали в советский павильон фотографироваться с «политическим» роботом. Мальчику пришлось отвечать за своё детище перед сотрудниками НКВД, но, к счастью, ему удалось избежать наказания со стороны органов. Мацкевич получил диплом выставки, о чём написали все советские газеты.

Творение Мацкевича могло только поднимать руку, не выполняло никаких полезных действий и не обладало искусственным интеллектом, однако выглядело похожим на человека – так, как должен выглядеть классический робот в представлении широких масс – об этом говорит и то, что Мацкевич получил диплом на парижской выставке.

После школы Вадим Мацкевич окончил сначала Московский энергетический институт, потом Ленинградскую военно-воздушную академию. Во время Отечественной войны Мацкевич служил лётчиком-испытателем.

В 1950 году вспыхнула война между Северной и Южной Кореей. СССР вступились за северян, в то время как США приняли сторону южан. В начальные периоды войны американцы побеждали благодаря новым истребителям «Сэйбр». Они могли сбить цель, находясь от неё за два километра, тогда как остальные самолёты стреляли лишь в пределах двухсот метров. Но однажды удалось перехватить подбитый «Сэйбр», который тут же отправился в Москву для исследования. Мацкевич разобрался в «хитром» электронном прицеле американцев, и создал радиолокационную станцию «Сирена». Улавливая частоту сигналов истребителя за 10 км, «Сирена» предупреждала пилота о том, что он находится под прицелом. Когда первые испытания прошли успешно, Сталин приказал оборудовать РЛС все самолёты.

МЭСМ. Все ее электронные схемы были развешены по стенам
и работавший на ней программист оказывался как бы внутри машины

В 1948 году Сергей Лебедев закончил разработку первой отечественной ЭВМ [3], а в 1950 году в СССР вступила в действие первая вычислительная электронная цифровая машина МЭСМ, самая быстродействующая в Европе. Ещё через год вышел приказ о создании автоматических систем управления военной техникой, а в МВТУ им. Баумана создали кафедру специальной робототехники и мехатроники. В 1958 году создана первая в мире полупроводниковая АВМ (Аналоговая Вычислительная Машина) МН-10, которая имела большой успех на выставке в Нью-Йорке в 1959 году. В том же году советский кибернетик Виктор Глушков высказал идею «мозгоподобных» структур ЭВМ, которые объединят миллиарды процессорных элементов, так что произойдёт слияние памяти с обработкой данных [4].

В это время в США в 1954 году создал первого промышленного программируемого робота и ввёл термин Universal Automation. Впоследствии он немного сократил его и назвал свою компанию Unimation. В Массачусетском технологическом институте родилась идея создания очувствленного робота. Аспирант института Г. Эрнст разработал очувствленную руку-манипулятор под управлением компьютера. Она собирала кубики, разбросанные по столу, и складывала их в ящик. В том же институте в 1958 году создан один из первых языков программирования – LISP.

1960 год. Первый робот “Versatran”, предназначенный для практического промышленного
использования, разработан в компании AMF (American Machine and Foundry)
Джонсоном (Harry Johnson) и Миленковичем (Veljko Milenkovic)

1960-е годы характеризуются бурным расцветом всей техники в целом. В 1960 году в США разработали первый робот «Versatran», предназначенный для промышленного применения. В 1961 году Гагарин осуществил первый полёт человека в космос, была запущена на траекторию полёта к Венере советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1». В 1962 году фирма Unimation внедряет первые промышленные роботы-манипуляторы на заводах General Motors. Механические руки использовались при сборке автомобилей, перемещали 40-килограммовые детали.

1962 год. Робот-манипулятор для выполнения многократно повторяемых технологических
операций на заводе американской компании General Motors

Манипулятор для размещения на внешней
поверхности аппаратов типа «Восток»

В 1963 году впервые в мировой истории сотрудники кафедры робототехники МВТУ им. Баумана создали манипулятор для размещения на внешней поверхности аппаратов типа «Восток». Управление манипулятором происходило с помощью специальных устройств управления, которые имитировали перемещение в пространстве человеческой руки. Сложность состояла в том, чтобы исключить возможное влияние на работу манипулятора внешних обстоятельств.

В 1965 году на ЭВМ серии “Мир” применили аппаратную реализацию языков, что позволило проводить аналитические преобразования, в том числе дифференцирование и интегрирование формул.

В 1966 году советская автоматическая станция «Луна-9», совершив посадку на поверхности спутника Земли, начала первую в истории радиотрансляцию с поверхности Земли. Автоматическая станция «Венера-3» достигла поверхности Венеры и оставила там вымпел СССР. Так впервые автоматический аппарат перелетел с Земли на другую планету.

В то же время в СССР разработали революционную модель ЭВМ второго поколения – БЭСМ-6, в которой впервые появился прообраз современной кэш-памяти. Академик В. Глушков завершил разработку проекта большой ЭВМ «Украина», идеи устройства которой позднее были использованы в больших американских ЭВМ 1970-х годов [5].

В 1968 году при Ленинградском политехническом институте было создано Особое конструкторское бюро технической кибернетики, а главным конструктором назначен Е. И. Юревич. В первые годы ОКБ ТК занималось разработкой манипуляторов для подводных аппаратов, а также систем управления мягкой посадкой космических кораблей «Союз» [6]. Также совместно с Институтом океанологии Академии наук СССР в Ленинградском политехническом институте разработали подводный робот «Манта» с очувствленным устройством захвата, телеуправляемый от ЭВМ [16].

В Японии в это время начинается выпуск промышленных роботов по лицензии компании Unimation.

В 1969 году в рамках первого этапа работ по созданию системы предупреждения о ракетном нападении была создана компьютерная сеть с каналами передачи данных [5].

Универсал-5

В СССР приступили к разработке промышленного робота «Универсал-5» [19].

В 1970-х годах ОКБ ТК были созданы системы управления мягкой посадкой «Квант» для межпланетной станции «Луна-16», системы автоматизированного управления манипуляторами, разработаны приборы контроля бортовых систем для орбитальных космических аппаратов «Союз» и «Салют». Разработаны системы автоматизированного управления манипулятором для изделия Катран-2 и создано ультразвуковое очувствление схвата подводного манипулятора. Проведены испытания первого импульсного рентгеновского высотомера «Факел». В 1972 году Е. Юревича назначили главным конструктором по созданию промышленных роботов в СССР, и уже в следующем году были введены в эксплуатацию первые в стране подвижные промышленные роботы МП-1 и «Спрут-1» [7].

Спрут-1

Вслед за «Луной-16» к спутнику Земли вскоре отправилась автоматическая межпланетная станция «Луна-17», на борту которой находился самоходный аппарат Луноход-1. 17 ноября 1970 года он совершил посадку в районе Моря дождей и приступил к выполнению программы исследований. Управление исследовательским аппаратом осуществлялось при помощи комплекса аппаратуры на базе ЭВМ «Минск-22».

В 1971 году в СССР робототехнику официально признали как новое научное направление. В МВТУ академик Евгений Попов возглавил кафедру специальной робототехники и мехатроники, а также создал целую научную школу. В американской компании Intel создан первый микропроцессор.

В Ленинградском политехническом институте создан экспериментальная модель интегрального робота, который был снабжён развитой системой очувствления, включающей техническое зрение и речевое управление [16].

Аппарат советской автоматической межпланетной станции «Марс-3» совершил посадку на поверхность Марса и начал передачу видеоданных на Землю. Он доставил на поверхность планеты микромарсоход М-71 с лыжно-шагающим принципом движения, но через 20 секунд связь со станцией оборвалась.

С 1972 года разработка роботов приняла плановый характер. Постановление Госкомитета СССР по науке и технике определило создание и применение роботов в машиностроении как задачу государственной важности и были сформулированы основные направления решения. В Институте Кибернетики под руководством Николая Михайловича Амосова создан автономный транспортный робот «Таир» с сетевой системой управления. «Таир» мог целенаправленно двигаться в естественной среде, при этом объезжая препятствия и поддерживая внутренние параметры в заданных пределах. Для передвижения робот использовал тактильные датчики, оптический дальномер, датчики состояния собственных подсистем и другие вспомогательные устройства. Для его управления была разработана нейроноподобная сеть, разделённая на шесть сфер: элементарных действий, распознавания и оценки ситуаций, решений, маневров верхнего и нижнего уровней [8].

Транспортный робот “Таир”

В 1973 году в ОКБ ТК при Ленинградском политехническом институте созданы и введены в эксплуатацию первые в стране подвижные промышленные роботы МП-1 и «Спрут».

В 1974 году провели первый чемпионат мира по шахматам среди компьютеров. Титул первого компьютерного чемпиона завоевала советская программа «Каисса». Постановлением Совета Министров СССР ОКБ ТК назначено главной организацией в СССР по разработке промышленных роботов для машиностроения.

В 1975 году в СССР были запущены автоматические межпланетные станции «Венера-9» и «Венера-10». Совершив посадку на Венере, они передали информацию о поверхности планеты через орбитальные отсеки на Землю. Это стало первой удачной попыткой ретрансляции такого сложного сигнала автоматическими системами.

В соответствии с постановлением Госкомитета СССР по науке и технике созданы первые 30 серийных промышленных роботов для обслуживания прессов, станков, для точечной сварки, которые управлялись стационарными и подвижными пневмо-, гидро- и электроприводами [16].

В Ленинграде разработаны система магнитной навигации «Кедр», «Инвариант» и «Скат» для космических кораблей, самолётов и подводных лодок.

В это время в США в 1976 году Стив Джобс вместе с другом создают персональный компьютер Apple 1, с которого началась компьютерная революция.

В 1977 году В. Бурцев создал первый симметричный многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) «Эльбрус-1», и Советский Союз начал уверенно лидировать в строительстве суперкомпьютеров. Для межпланетных исследований был создан интегральный робот «Кентавр», который управлялся вычислительным комплексом М-6000. Его навигационная система состояла из гироскопа и системы счисления пути с одометром, а информация об окружающей среде поступала от лазерного сканирующего измерителя расстояний и тактильной системы, построенной на микровыключателях и упругих чувствительных элементах.

В 1979 году начат выпуск высокопроизводительных многопроцессорных УВК с перестраиваемой структурой ПС 2000, где производилось распараллеливание на уровне задач, ветвей, векторных и скалярных операций. Благодаря технологии распараллеливания задач разработки систем искусственного интеллекта вышли на новый этап [9].

В Институте Кибернетики под руководством Н. Амосова создан робот “Малыш”, который также как и “Таир” управлялся обучающейся нейронной сетью. Он был сконструирован в виде шестиколёсной тележки, на которой размещались магнитный компас, оптический дальномер и контактные датчики. С МАЛЫШом был проведён целый ряд фундаментальных исследований и выявлены преимущества нейронносетевой системы управления перед традиционными алгоритмическими [8].

В пятилетку 1975-1980 было создано более ста промышленных роботов, организовано серийное производство 40 моделей. Также началась работа по стандартизации промышленных роботов в соответствии с программой Госстандарта СССР [16].

В 1980 году в СССР появился первый пневматический промышленный робот с позиционным управлением и техническим зрением МП-8. Он был разработан в ОКБ ТК Ленинградского политехнического института, в котором вскоре был создан Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК). К концу 1980 года количество промышленных роботов в стране превысило 6000 штук, что составляло более 20% от мирового числа [16].

В 1981 в ЛПИ создали системы «Клён», «Маркер» и «Призыв» для спасения информации с терпящих бедствие летательных аппаратов и маркировки мест аварии [7].

Также в МВТУ им. Баумана открылся Научно-учебный центр «Робототехника», который объединил все московские вузы и институты Академии Наук, занимавшиеся робототехникой. В этом центре разработали модель самого массового промышленного робота МП-9С, серийное производство которого началось в 1982 году на АвтоВАЗе. В 1983 году на базе МВТУ им. Баумана по заказу КГБ для подразделений по борьбе с терроризмом создан мобильный робот, работающий со взрывоопасными предметами. Продолжила это направление разработка робототехнического комплекса МРК20 для работы с неразорвавшимися боеприпасами.

В США в 1982 году поступил в продажу персональный робот HERO-1. Роботы этой серии были плохо приспособлены к выполнению практических заданий, а скорее служил развлекательной цели. HERO-1 управлялся бортовым компьютером с процессором Motorola, а объём его оперативной памяти составлял всего 4 KbB. Он был снабжён датчиками движения, кроме того в комплект дополнительно входила рука-манипулятор [24].

В 1984 году начат серийный выпуск советской многопроцессорной супер ЭВМ – ЕС-2701 с макроконвейерной организацией вычислений. Подобная архитектура определила дальнейшие идеи организации многопроцессорных ЭВМ [10]. В этом же году в Японии в Токийском университете создан робот Wabot-2. Он умеет читать ноты с помощью системы технического зрения, а затем играет прочитанную мелодию на органе десятью пальцами.

В Институте Кибернетики по заказу Министерства обороны СССР создан автономный робот МАВР, способный целенаправленно передвигаться в условиях сложной пересечённой местности. Благодаря оригинальной конструкции он обладал высокой проходимостью и надёжной защитой схем управления. Данные об окружающей среде поступали на бортовой компьютер через оптические и тактильные датчики и после обработки он принимал решение о направлении движения и других операциях.

Появился новый способ борьбы с пожарами – был спроектирован пожарный робот для защиты памятников деревянного зодчества музея «Кижи».

Компания АвтоВАЗ приобрела лицензию фирмы KUKA и стала крупнейшим интегратором робототехники в Советском Союзе.

В 1985 году ЦНИИ РТК разрабатывает систему бортовых манипуляторов для МКС «Буран». Эта система предназначена для выполнения операций с многотонными грузами: выгрузка, стыковка с орбитальной станцией. В состав системы вошли два манипулятора длиной 15 метров, система управления с бортовой ЭВМ и подсистемы освещения, телевидения и телеметрии. К концу года количество промышленных роботов в Советском Союзе превысило 40 тысяч штук, что в несколько раз превзошло количество роботов в США и составило 40% всех роботов в мире [16].

В США разработан домашний робот RB5X, которого можно запрограммировать на речь, движение по комнате и несложные задания по доставке предметов.

После катастрофы на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года в МВТУ им. Баумана инженеры В. Шведов, В. Доротов, М. Чумаков, А. Калинин немедленно разработали мобильные роботы для проведения работ в зоне аварии – МРК и Мобот-ЧХВ. С их помощью провели полный цикл уборки и подготовили участок крыши третьего энергоблока для бетонирования.

“Мобот-ЧХВ” (мобильный робот, чернобыльский, для химических войск)

Робот СТР-1, выполнявший работы на кровле ЧАЭС

По данным Е.И Юревича, на ликвидации Чернобыльской аварии было задействовано около 15 типов модульных роботов, которые имели разное назначение. Легкие роботы – роботы-разведчики использовались для изучения радиационной обстановки в помещениях Саркофага, тяжелые роботы – технологические роботы предназначавшиеся для уборки (дезактивации) территории.
Далеко не все роботы, которые пытались привлечь к ликвидации аварии были способны выполнить поставленные задачи и провести необходимые работы. Большинство роботов оказалось непригодными для работы в условиях ЧАЭС. Например, радиоуправляемый бульдозер амфибия «Komatsu», который был способен работать даже на морском дне – не выдержал радиационных нагрузок и быстро вышел из строя. Непригодным для работы в таких жестких радиационных условиях оказались и два немецких робота MF-2 MF-3.

На ликвидации аварии был применен совмещенный тип использования разных типов роботов. Легкий робот-разведчик обслуживал работу выполняемую тяжелыми (технологическими) роботами. Обеспечивал динамическую визуализацию рабочей площадки для оператора тяжелого робота, а также давал возможность контроля за выполнением работ. Но в большинстве легкие роботы использовались по своему прямому назначению – разведка и проведение видео, фото и гамма-съемки в помещениях 4-го блока Чернобыльской АЭС[28].

Роботы и робототехнические комплексы на ЧАЭС

http://www.youtube.com/watch?v=P6t6Ml0iVGk

В 1988 году осуществлён запуск МКС «Энергия-Буран», которая стала самым масштабным проектом 1980-х годов. Автором проекта стал главный конструктор В. Глушко. Весь сложнейший комплекс систем посадки, навигации, контроля траектории движения управлялся интеллектуальной системой «Вымпел», которая являлась самой передовой технологией для того времени [10].

Источники
1 История и современность робототехники. Средние века
2 Наталья Федосова. Вадим Мацкевич – победитель Америки
3 История робототехники: 1940-е годы
4 История робототехники: 1950-е годы
5 История робототехники: 1960-е годы
6 ЦНИИ робототехники и технической кибернетики
7 История института
8 Исследования по использованию нейроноподобных сетей
9 История робототехники: 1970-е годы
10 История робототехники: 1980-е годы
11 О промышленных роботах
12 Автоматизация производства
13 Рудаков Г. В. Анализ робототехники в России
14 Петродворцовый часовой завод
15 Степанов В.П., Платонов А.К. Шаг на пути возрождения робототехники в России
16 А. С. Климчук, Р.И. Гомолицкий и др. Разработка управляющих программ промышленных роботов
17 Веселков Р.С. Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технологии производства
18 Промышленные роботы в СССР. 1986 год
19 Страковская М.В. Робототехника как способ модернизации автомобильной промышленности
20 Отечественное роботостроение и новые «профессии» роботов
21 Роботы для освоения космоса
22 История внедрения роботов для контактной сварки на ОАО «Автоваз»
23 Открытие центра Робототехники в России
24 Hero (robot)
25 Кулаков, Б. Б., Беляев, В. В. Антропоморфные роботы как новая сфера применения гидроприводов
26 SAR-400
27 Wallen, J. The history of the industrial robot
28 ЧАЭС: Робот и робототехника на ликвидации аварии