Джон Ловін
Створюємо робота-андроїда своїми руками
Створення електронних пристроїв є цікавим і захоплюючим заняттям, а конструювання роботів може принести найбільше задоволення. В цьому випадку вам доведеться створювати не тільки електронні схеми і вузли, але скористатися деякими іншими технологіями. Створення робота включає рішення наступних технологічних проблем:
• система живлення пристрою
• мотори й сервомеханізми для забезпечення руху і переміщення пристрою
• системи чутливих датчиків (сенсорів)
• елементи штучного інтелекту
По кожній з цих проблем існує численна спеціальна література, і очевидно, що обсяг однієї книги не дозволить охопити все різноманіття застосовуваних технологій. Проте ми торкнемося більшості з них, що дозволить вам отримати початкові уявлення про завдання і може послужити основою для подальшого самостійного експериментування.
Робототехніка є розвивається дисципліною. Багато підходи відомі вже сьогодні, але навряд чи хто-небудь зможе сказати, які методи і технології конструювання будуть використовуватися через сто років. Як і біологічні системи, робототехніка розвивається відповідно до Дарвінівської моделлю "природного відбору".
Зайнявся створенням роботів, ви не залишитеся на самоті. Я був дуже здивований, коли дізнався, що багато ентузіастів, державні організації, приватні фірми, спортивні та технічні клуби займаються питаннями аматорського конструювання роботів. Найбільш "просунутої" програмою з робототехніки з тих, які я коли-небудь бачив, володіє американське космічне агентство НАСА. Більшість розробок можна знайти у відкритому доступі. Якщо у вас є Інтернет - скористайтеся будь пошуковою системою (Yahoo, Exite і т. Д.) За ключовим словом robotics. Ви знайдете масу інформації, присвяченій робототехніці, на сайтах різних компаній, університетів, клубів, форумів і просто ентузіастів.
Подяки
Я хотів би висловити подяку деяким колегам, які надали неоціненну допомогу при створенні цієї книги: Метту Вагнеру, мого агента в Waterside Productions, Скотту Грілло, який допомагав витримати графік роботи, і Стефану Сміту за велику допомогу в редагуванні тексту.
Глава 1
початок
Деякі історики вважають, що початком робототехніки можна вважати часи античної Греції. Приблизно в 270 році до н. е. грецький інженер Ктесібус створював музичні органи і клепсидри (водяний годинник), в яких були рухомі фігури.
Інші історики вважають, що робототехніка почалася з появою механічних ляльок. Приблизно в 1770 році П'єр Жаке-Дрю - швейцарський годинниковий майстер і винахідник наручних годинників виготовив три чудові ляльки. Одна з створених ним ляльок "вміла" писати, інша - грати на органі, а третя - малювати картини. Ці дивовижні механічні ляльки, призначені для розваги королівської сім'ї, проявляли свою "мистецтво" за допомогою важелів, шестерень і пружин.
Пізніше, в 1898 році, Нікола Тесла збудував дистанційно керовану "пірнаючу" човен. Для 1898 року ця було чималим досягненням, і човен демонструвалася в Медісон Сквер Гарден. Тесла планував створити човен, здатний до автономного плавання, але за браком фінансування дослідження довелося припинити.
Слово "робот" вперше з'явилося в 1921 році в п'єсі "Р.У.Р." (Россумскіе Універсальні Роботи), написаної знаменитим чеським драматургом Карелом Чапеком. Робот по-чеськи означає "робочий". У п'єсі описувалися механічні слуги - "роботи". Коли цих роботів наділили людськими емоціями, вони повстали проти своїх господарів і знищили їх.
Історично можна знайти чимало прикладів роботів - предметів неживої природи, які копіюють людську зовнішність і деякі людські "функції". Таких "людиноподібних" роботів прийнято називати андроидами.
З легкої руки Карела Чапека роботи стали головними героями багатьох науково-фантастичних книг і фільмів. Розвиток теми "роботів" призвело до появи їх численних різновидів. Поряд зі старомодними "залізними" людьми, з'явилися кіборги - істоти частково "людського", а частково - "машинного" походження, і андроїди - роботи, що мають людську подобу.
Багато вперше побачили "справжнього" робота на всесвітньому ярмарку 1939 року. Фірма Westinghouse Electric створила робота Electro - рухається людини. У робота Electro були моторчики і система приводів, які дозволяли йому "рухати" ногами, руками і ротом. Робот не «умів" робити ніякої корисної роботи - його просто демонстрували на сцені в компанії "механічного" собаки Спарк.
Навіщо створювати роботів?
Застосування роботів виявилося абсолютно необхідним для багатьох виробництв, перш за все тому, що вартість "праці" робота виявилося значно нижче вартості такої ж операції, виробленої працівником - людиною. Більш того, робота досить запрограмувати один раз, і він буде здійснювати потрібні дії з точністю, яка перевершує точність роботи будь-якого кваліфікованого робітника. З іншого боку, людина здатна виконувати різні завдання і з цієї точки зору є значно більш гнучким. Роботи, як правило, призначені для виконання якоїсь однієї операції. Наприклад, робота, призначеного для зварювання, навряд чи вдасться "навчити" вважати деталі в бункері.
Існуючі найбільш досконалі промислові роботи дуже скоро перетворяться в "динозаврів". Сьогоднішня "дитяча" стадія еволюції роботів закінчується, з'являються нові, набагато більш універсальні роботи, що вбирають в себе все нові якості людського інтелекту.
Персональний комп'ютер вже зробив переворот в суспільстві, але "персональний" робот ще не з'явився. Причина очевидна - створення такого робота набагато складніше. Крім розвиненого інтелекту він повинен добре "вміти" орієнтуватися і пересуватися в просторі і здійснювати необхідні маніпуляції для досягнення поставленої мети.
застосування роботів
Зрозуміло, що набагато простіше створити "домашнього" робота, що виконує якусь одну роботу. Наприклад, вже сьогодні існують невеликі мобільні роботи, які можуть "самостійно" постригти траву на газоні. Ці роботи працюють від сонячних батарей і не вимагають програмування. По периметру газону закопується провід; робот відчуває цей провід і залишається всередині периметра, не виходячи за його межі.
Створення корисного персонального робота дуже складно. Взагалі кажучи, ця проблема виходить за рамки даної книги, так, мабуть, і будь-якої сучасної книги з робототехніки. Резонно запитати - а яка взагалі тоді мета цієї книги? Я сподіваюся, що, прочитавши цю книгу і побудувавши кілька моделей роботів, ви придбаєте необхідний досвід і зможете внести свій вклад в розвиток робототехніки.