На окраине одного из городов штата Невада расположены здания Национальной станции США, занимающейся вопросами усовершенствования ракет. Часть здания станции представляет собой надежно защищенное от радиоактивных излучений изолированное пространство. Вы помните, что в исследованиях супругов Кюри рабочая камера представляла собой просто-напросто ящик, покрытый свинцом. Теперь это изолированное помещение — целый эллинг высотой с четырехэтажный дом. А вместо "щипцов" там смонтирована механическая рука, размеры и грузоподъемность которой позволяют оперировать тяжелыми и громоздкими объектами — узлами и деталями ракетных двигателей и реакторов.
Рука состоит из трех звеньев. У нее есть плечо, предплечье, кисть. Она не полностью антропоморфна и не только размерами, но и структурой, и видом кинематических пар отличается от естественной руки. Вместе с тем она обладает шестью, а с учетом раскрытия и закрытия схвата — семью степенями подвижности, что, как мы знаем, достаточно, чтобы работать в пространстве.
Оператор сидит за бетонной стеной и через непроницаемое для вредных излучений стекло ведет наблюдение за тем, как отрабатываются все его команды. Но такой гигантской рукой нельзя управлять по схеме обычного копирующего манипулятора, и оператор с манипулятором связаны не так, как в системах прямого копирования. Оператор ведет управление, нажимая кнопки и поворачивая рукоятки, подобно тому как машинист управляет экскаватором. Такую систему ручного управления иногда называют кнопочной.
В копирующих системах оператор, воздействуя на рукоятку управляющей руки, задает и дозирует движения одновременно по нескольким или всем степеням свободы. Он строит движения самым естественным для человека способом, как правило, даже не задумываясь над тем, из каких элементарных перемещений и поворотов оно составляется. А здесь картина построения движений совсем другая.
Кнопочная система вынуждает оператора разлагать выполняемые движения на отдельные 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.
Когда вы поворачиваете рукой рукоятку мясорубки, ваша кисть вместе с рукояткой описывает точную окружность; рукоятка, подчиняясь усилию руки, вместе с тем направляет ее движение. Работает то, что великий русский физиолог И. Павлов назвал "темным мышечным чувством"; именно оно позволяет, даже отвернувшись от мясорубки, успешно выполнить движение. Рукоятку мясорубки можно повернуть механической рукой копирующего манипулятора. Его свойство отражать усилия на руку оператора и "темные мышечные чувства" помогут последнему построить необходимое для этого движение исполнительной руки.
Кнопочная система не обладает свойством отражения усилий. Пытаясь повернуть рукоятку мясорубки механической рукой манипулятора с кнопочным управлением, можно сломать мясорубку либо манипулятор.
Нам в дальнейшем еще пригодится все, что мы узнали о свойствах манипуляторов с кнопочным управлением, а сейчас вернемся в эллинг, куда поступил после испытаний атомный двигатель.
Представим себе процесс разборки реактора с помощью манипуляторов. Узел за узлом, деталь за деталью отделяют они от реактора и осторожно укладывают их в специальные стеллажи. Некоторые узлы и детали передаются для дальнейшей разборки и контроля в зоны действия других механических рук, меньших по размерам, но зато работающих по принципу прямого копирования и очувствленных по усилиям захвата.
Все процессы разборки происходят не так, как если бы люди выполняли их непосредственно. Уже теперь многое в конструкции реактора рассчитано на процессы дистанционной разборки, ремонта, сборки. Но все же это пока только зачатки дистанционных технологий.
В ближайшем будущем науке и технике не избежать необходимости заняться ими вплотную. И конструировать машины будут в расчете на такие специальные технологии.
Разборка идет успешно, но вот одно неосторожное движение — и последняя, самая важная деталь выскользнула из захвата механической руки и упала на пол. Конечно, когда реактор снова будут собирать, эту деталь можно заменить новой — комплекты запасных частей хранятся в пределах досягаемости механических рук. Но сейчас для целей контроля, выяснения того, как работала в процессе испытаний вся система, необходима именно эта деталь, ее необходимо поднять и доставить по назначению.
Кто это сделает? Копирующие манипуляторы для этого использовать нельзя; деталь находится вне их рабочей зоны и для них недосягаема. Большая рука тоже не может помочь; деталь откатилась туда, куда захват именно вследствие больших размеров этой руки вообще не может добраться или, добравшись, не может ее схватить, либо вообще эту деталь нужно сначала найти, поскольку ее не видят операторы. (Мы о них чуть не забыли, ведь в эллинге никого нет и складывается впечатление, что руки движутся и разумно работают сами по себе — автоматически!)
Возможность и такой критической ситуации предусмотрена. На "сцену" выкатывается новое "действующее лицо" — тележка на легком гусеничном ходу длиной около метра. В ее центре вертикальная колонна высотой 170 сантиметров (средний рост человека), несущая механическую руку и оснащенная "органами зрения" — двумя телекамерами и осветительными приборами. Сзади тянется кабель, по которому "маленький бродяга" (так назвали этот полуробот его конструкторы) получает мощность и управляющие сигналы со станции оператора. По этому же кабелю полуробот посылает оператору зрительную информацию, необходимую для управления.
"Маленький бродяга" может обойти все помещение, поднять руку, а с ней и "глаза", высоко вверх или опустить вниз и осмотреть пол, может увидеть деталь, взять ее рукой и отнести на место. Ему не хватает собственного "интеллекта", его действиями управляет оператор, но что касается двигательных возможностей, то в пределах эллинга — его зоны обитания — в большинстве случаев они оказываются достаточными, чтобы выполнить необходимые работы.
"Маленький бродяга" не единственный представитель мобильных полуроботов, способных обслужить большие помещения за счет того, что умеют передвигаться, или, как говорят, оснащены опорно-двигательным аппаратом.
Широкую известность приобрел представитель машин этого класса, итальянский мобильный манипулятор "Маскот". Он также установлен на специальной тележке, которая может передвигаться вперед-назад и поворачиваться вправо-влево. В отличие от "маленького бродяги", который однорук и имеет два глаза, "Маскот" двурук, но одноглаз.
Его движениями и действиями также управляет оператор. На посту управления имеются две управляющие руки, телевизионный приемник, педальное устройство под ногами оператора. Он управляет движениями тележки, нажимая ногами на педали. Оператор движет ногами — полуробот "ходит" по помещению, механические руки копируют движения рук оператора, "телеглаза" обеспечивают эффект присутствия человека в рабочей зоне, и если обе части биотехнической системы хорошо подогнаны одна к другой, то оператор ощущает движения и действия полуробота как свои собственные.
Однажды, свыше 10 лет тому назад, подобный полуробот стал "героем" сенсационного события. В Чикагском (США) городском госпитале из контейнера случайно выпала капсула с радиоактивным кобальтом, размером с тюбик губной помады, и затерялась. Она несла смертельную опасность. Угрожающее положение было ликвидировано, когда вызванные из атомного центра полуробот и обслуживающие его операторы нашли "тюбик" и "заперли" его в контейнер.
Мы рассказали о технологии работ в гигантском эллинге. Но как атомный двигатель доставили туда? Как его до этого обслуживали на испытаниях? Ведь он представлял угрозу в любой момент и в любом месте, и на всех этапах работы с ним нужны специальное дистанционное управляемое оборудование и машины или оборудование и машины, непосредственно управляемые человеком, надежно защищающие его от проникающих излучений.
Такие машины тоже уже давно существуют. Так, например, больше 15 лет назад был построен мобильный манипуляторный агрегат "Жук" (США). Это гигантская машина на танковом шасси, несущем трехместную кабину, облицованную защитными свинцовыми плитами толщиной 30 сантиметров и весящую из-за этого 85 тонн.
Внутри кабины расположены перископ, три телевизора и системы управления движениями шасси и двух манипуляторов с кнопочным управлением, обладающих каждый девятью степенями подвижности. Длина руки в вытянутом положении достигает 5 метров.
