В ходе подготовки к решению проблем, связанных с надеж­ностью подвижных роботов, в Астоне исследовалась работа ма­леньких подвижных устройств — «черепах». Первые модели та­ких машин обладали низкой надежностью, и повысить ее оказа­лось возможным лишь после рассмотрения причин каждого от­каза.

Ниже перечислены наиболее интересные вопросы этого иссле­дования.

1. Работа устройств электронного управления и цепей логики при питании от аккумулятора.

2. Необходимые размеры аккумулятора, частота и продол­жительность его перезаряда.

3. Взаимодействие между отдельными узлами схемы управ­ления при работе от общего источника питания.

4. Возможность создания роботов, подключающих себя к ис­точнику питания, когда в этом возникает необходимость (при до­статочной фантазии этот процесс можно представлять как про­цесс «принятия пищи»),

5. Действие изменяющейся среды на аппаратуру управления и подвижные части устройства.

6. Приспосабливаемость роботов к изменяющейся среде.

7. Требующаяся скорость движения.

8. Методы передачи роботу информации об окружающей среде.

9. Эффективные методы управления движущей силой.

10. Устройства безопасности (выключатели, срабатывающие при обнаружении препятствия, аварийные выключатели) и их расположение на корпусе робота.

11. Эффективные методы, обеспечивающие быструю разборку робота для технического обслуживания и в то же время преду­сматривающие «защиту от детей».

12. Возможность резервирования отдельных узлов и приемле­мость ухудшения характеристик робота в аварийных ситуациях,

Является ли предпочтительной полная остановка в случае любой неисправности или допустимо продолжать работу, несмотря на ухудшение характеристик?

13. Возможность саморемонта.

14. Шум, создаваемый роботом.

Из приведенного, далеко не полного, списка видно, что иссле­дование небольших подвижных роботов может помочь разрешить часть проблем еще до того, как они возникнут в связи с большими подвижными роботами, предназначенными для практических целей. Правда, некоторые вопросы могут быть успешно изучены на неподвижных устройствах, но заключительный этап исследо­вания желательно проводить на подвижных объектах.

В ряде экспериментов использовались простые подвижные роботоподобные машины, выполненные в виде жука или чере­пахи. По-видимому, одна из лучших публикаций, относящихся к этой теме, принадлежит Уолтеру [18]. Позднее роботы такого типа были детально исследованы Анджайном [19].

В Астонской кибернетической лаборатории проводились опыты с небольшой машиной «Астор», также имевшей форму черепахи 122]. Механика устройства была разработана П. А. Киддом и С. Дж. Ллойдом, которые для повышения надежности применили транзисторы в системе управления первых образцов.

У первой модели было три колеса: два задних и одно переднее, расположенное в центре. Задние колеса вращались свободно, а переднее имело привод от двух двигателей, один из которых, тяговый, обеспечивал движение модели вдоль траектории, а дру­гой, «сканирующий», приводил колесо во вращение вокруг вер­тикальной оси, чем обеспечивалось рулевое управление. Все действия устройства производились посредством этих двух дви­гателей.

Движение робота зависит от сигналов на входе, поступающих от двух фотоэлементов — «глаз», микрофона — «уха» и датчика контакта с корпусом, обнаруживающего наличие препятствия.

Машина выполняет следующие действия:

1. При отсутствии внешних сигналов робот иіцет источник света.

2. При встрече с препятствием машина отступает и продол­жает поиск источника света.

3. Если один из фотоэлементов обнаруживает слабый свет впереди устройства, оно начинает двигаться в направлении света.

4. Если другой фотоэлемент обнаруживает сильный свет впе­реди, устройство начинает двигаться в противоположном на­правлении.

5. Если микрофон улавливает звук свистка, робот полностью останавливается — «замирает» на некоторое время.

6. Если происходит некоторое число совпадений обнаружения слабого света и фиксаций звука свистка, вырабатывается своего

Препятствие

-с 2с ~

Сильный обет

II

В’ирабнибание „Пашенки”

Вла5ый сбет

І5 §

Г

В—

Дифференциатор’ ркрлета

рода условный рефлекс: в течение определенного времени звук свистка воздействует на машину так же, как источник слабого света. Выполнение указанных действий обеспечивается следующим образом. 1. При поиске оба двигателя работают одновременно. Ско­рость их вращения регулируется так, что, несмотря на внешне случайный характер движения модели, за определенное время осуществляется поиск в пределах угла 360°. 2. Чтобы исключить столкновения, тяговый двигатель выключается на некоторое время при встрече с препятствием. Такой режим работы оставляет сканирую­щему двигателю время на поворот колес в нап­равлении от препятст­вия до возобновления движения. 3. Всякий раз, когда фотоэлемент, располо­женный спереди, реги­стрирует источник сла­бого света, тяговый двигатель немедленно Рис. 6.7. Функциональная схема модели «Ас. тор» выключается, а скани­рующий продолжает работу до тех пор, пока ведущее колесо не расположится в направлении источника света. Затем сканирующий двигатель выключается, вновь вклю­чается тяговый двигатель, и устройство движется в направлении источника света. Так образуется период ожидания, во время которого производится установочная рулевая операция. 4. Если световой сигнал, обнаруживаемый фотоэлемен­тами, становится слишком сильным, вновь включается скани­рующий двигатель и возобновляется поиск источника слабого света. 5. При звуке свистка оба двигателя отключаются и машина «замирает». 6. Для моделирования условного рефлекса сигналы звукового входа и входа слабого света подаются на схему совпадений, выход которой поступает на счетчик. Сигнал па выходе счетчика появляется только после определенного числа совпадений сиг­налов слабого света и звука свистка. Если «подкрепления» не производится, то выход постепенно стирается и таким образом 108

моделируется «забывание». Пока существует сигнал на выходе памяти совпадений, при звуке свистка выполняется та же после­довательность действий, что и при получении сигнала от слабого источника света.

Функциональная схема этой системы управления показана на рис. 6.7. Она построена в основном на интегральных схемах и заменила собой более раннюю систему, выполненную на дискрет­ных элементах. Ее разработали и построили сотрудники Астон­ской кибернетической лаборатории Олстон и Фокселл 122].

Весьма вероятно, что трудности, с которыми пришлось столк­нуться при работе над этими схемами, будут характерны и для других разработок подвижных робототехнических устройств. Так, опыт, полученный в этих первых исследованиях, был ис­пользован при создании машины «Астра-3» с контактным под­водом энергии, предназначенной для изучения проблем, связан­ных с подвижными и независимыми роботами.