Робототехника

В 1968 г. В.А.Якубович на основе метода рекуррентных целевых неравенств рассмотрел задачу о самообучении робота-манипулятора [53]. Это была первая статья, опубликованная в Докладах Академии Наук, в которой использовалось слово "робот", употреблявшееся до этого только в научной фантастике. В начале 70-х годов во всем мире возник большой интерес к применению манипуляторов для автоматизации производства. В США начались работы по созданию транспортного робота с элементами искусственного интеллекта. В 1973 г. в лаборатории теоретической кибернетики была организована группа робототехники, которую возглавил А.В.Тимофеев, а затем С.В.Гусев.

Одной из первых задач, оставленных перед группой, была разработка действующей модели транспортного робота, способного автоматически приспосабливаться к неизвестной и изменяющейся обстановке. Первая модель была оснащена сканирующим ультразвуковым дальномером и системой ориентации по световым маякам. Управление роботом осуществлялось от ЭВМ Одра. Программное обеспечение робота было разработано С.В.Гусевым. Робот был способен перемещаться в заданную точку на местности с заранее неизвестными препятствиями. Результаты работы были доложены на международной конференции по искусственному интеллекту, состоявшейся в 1975 г. в Тбилиси. Доклад сопровождался демонстрацией фильма, запечатлевшего функционирование робота. Разработанный в лаборатории робот, наряду с роботом академика Амосова, о котором также было сообщено на конференции в Тбилиси, явился первым в СССР автономным роботом, способным выполнять поставленные задачи без участия человека и адаптироваться к изменяющимся условиям.

В ходе дальнейших исследований был сконструирован робот, имеющий шестиколесное шасси, несущий бортовой манипулятор с пятью степенями свободы, оснащенный системой ультразвуковых датчиков малого радиуса действия, сканирующим дальномером большого радиуса действия и системой кодирования и декодирования информации для связи робота с управляющей ЭВМ по радиоканалу.

В середине 70-х годов большой интерес исследователей во всем мире привлекла задача адаптивного управления манипулятором, т.е. управления при неполной информации о характеристиках самого манипулятора. В 1976 г. одновременно появились работы сотрудников кафедры теоретической кибернетики А.Х.Гелига [54], В.Н.Фомина и Г.А.Аксенова [55], В.А.Якубовича и А.В.Тимофеева [56] с различными решениями этой задачи. Предложенный в последней работе подход, основанный на применении метода рекуррентных целевых неравенств, получил значительное развитие в работах А.В.Тимофеева [57,58] и др. В 1980 г. С.В.Гусевым было показано, что задача управления манипулятором при неполной информации о его динамических характеристиках может быть решена с помощью линейного регулятора с постоянными коэффициентами [59]. Сотрудники кафедры принимали участие в создании системы управления манипулятором для многоразового космического корабля "Буран".

Исследовалась также задача построения программного движения манипулятора, находящегося в среде с препятствиями. (Г.А.Аксенов и В.Н.Фомин [60], В.А.Малышев и А.В.Тимофеев [61]). В [60] дано решение задачи построения программной траектории многозвенного манипулятора по заданному движению точки на его схвате.

С начала восьмидесятых в мире начались интенсивные исследования по созданию шагающих роботов и появились первые экспериментальные образцы таких роботов. Это "поветрие" не обошло и коллектив кафедры. В частности в [62] изучалась проблема поддержания равновесия многоопорного локомоционного аппарата. Появляются первые теоретические исследования по управлению двуногими роботами, которые во время движения находятся в неустойчивом состоянии и поддержание равновесия которых может осуществляться только в динамическом режиме. В.А.Якубовичем была выдвинута идея создания двуногого робота, способного к самообучению ходьбе, подобно обучающемуся ходить ребенку. Алгоритм должен был обеспечивать ходьбу с заданной средней скоростью (после некоторого периода обучения, в течение которого возможны падения робота). Эта задача была решена в [63] путем сведения ее к задаче разрешимости за конечное число шагов некоторой бесконечной системы невыпуклых целевых неравенств, для чего был использован алгоритм, предложенный С.В.Гусевым и С.Л.Шишкиным.

В последние годы в связи с прогрессом автомобилестроения возникла практическая возможность создания массового автоматически управляемого автомобиля. В таких передовых в области автомобилестроения странах, как США, Германия, Франция, Швеция существуют исследовательские программы по созданию автоматического автомобиля. Группа робототехники подключилась к этим исследованиям благодаря сотрудничеству с Королевским технологическим институтом (Стокгольм, Швеция) и INRIA (Франция). В основу практической задачи управления автомобилем положены алгоритмы управления неголомными механическими системами, развитыми С.В.Гусевым и И.И.Макаровым в связи с управлением транспортными роботами, и предложенный В.А.Якубовичем метод построения универсальных регуляторов. Первые теоретические результаты опубликованы в [64]. В 1998 г. предложенный алгоритм управления движением автомобиля по заданной траектории был успешно опробован на экспериментальном электромобиле в INRIA.