Юный техник, 2013 № 09

Все уже знают, что главное в роботе — это микропроцессор. Но сам он глух и нем, не умеет ни видеть, ни слышать, ни двигаться. Для того чтобы получить информацию об окружающем мире, ему нужны датчики-сенсоры, а чтобы выполнить определенные действия — исполнительные механизмы. О них мы и будем говорить, опираясь на учебник для образовательного набора «Амперка», о котором говорилось в «ЮТ» № 7 за 2013 год (см. репортаж о фестивале «РобоМИР»).

И сегодня начнем с двигателей.

Помните замечательную книжку Юрия Олеши «Три толстяка»? Механическая кукла наследника Тутти могла двигаться, открывать и закрывать глаза…

Конечно, «Три толстяка» — сказка. Тем не менее сотни лет назад в разных странах искусные механики строили механизмы, очень похожие на куклу Суок. Так, например, в начале XVIII века во Франции жил часовщик Жак де Вокансон. Но — странное дело! — он почти не принимал заказы на починку часов. Чем часовщик занимался? Однажды об этом узнали все соседи. Вокансон продемонстрировал им механического флейтиста — куклу, которая умела играть на флейте двенадцать музыкальных пьес. Затем Вокансон создал другого андроида-музыканта. Левой рукой тот играл на свирели, правой — на бубне, а кроме того, отняв свирель от губ, прищелкивал языком, по обычаю музыкантов тех мест. В 1738 году куклы были показаны в Париже. Парижане ахали от удивления, слушая их игру.

В соседней стране, Швейцарии, мастер Пьер Жаке-Дроз построил механического писца. Писец ростом с пятилетнего ребенка сидел за столиком. Он макал гусиное перо в чернильницу, затем выводил четким почерком отдельные слова и целые фразы.

За работой отца наблюдал шестнадцатилетний сын Анри. И четыре года спустя, в 1774 году, он сам сделал андроида-художника, рисовавшего карандашом разные фигуры. Временами рисовальщик замирал, как бы размышляя, иногда дул на лист, чтобы удалить невидимые соринки. Потом оба механика вместе построили механическую пианистку. Она играла на фисгармонии — инструменте, похожем на современное фортепьяно. Пальцы пианистки быстро бегали по клавишам, извлекая из инструмента певучие звуки.

Это лишь некоторые андроиды прошлого. Можно было бы еще вспомнить о «говорящей голове» Роджера Бэкона, об укротительнице змей, построенной механиком Гастоном Дешаном, о механической служанке, которая открывала двери в доме ученого Альберта Великого, о «железном мужике», который, как говорят, прислуживал за столом царя Ивана Грозного, об удивительных самоделках Ивана Кулибина, о творениях многих других мастеров.

Все эти самоделки, словно механические часы, приводились в действие часовыми пружинами. Однако пружина — вовсе не лучший двигатель. Если для часов она еще годилась, то вот для роботов — далеко не всегда. А потому механики со временем перепробовали все двигатели, которые были в их распоряжении. Скажем, английский механик Джордж Мур в 1893 году построил «механического человека», который приводился в действие паровой машиной и развивал при ходьбе скорость до 14 км/ч.

Пробовали робототехники использовать и двигатели внутреннего сгорания, однако наиболее удобными оказались все же двигатели электрические. Причем не совсем обычные. И дело не только в их размерах и мощности. Ведь ныне существуют как крохотные двигатели для моделей, размерами с фалангу вашего мизинца, так и огромные моторы, двигающие электровозы, которые, в свою очередь, тянут за собой тяжеленные железнодорожные составы.

Если, скажем, в токарном или сверлильном станке электромоторы обычно крутятся лишь в одну сторону, включаются и выключаются непосредственно самим рабочим, то колеса шасси робота должны по команде крутиться как в одну, так и в другую сторону, причем с разной скоростью, а то и пошагово, то есть поворачиваться на определенный угол. И сами команды могут подаваться дистанционно — оператором, который может находиться за десятки метров, а то и миллионы километров, на другой планете, как в случае с луноходами и марсоходами.

Поэтому во многих случаях в робототехнике используются электромоторы не переменного, а более удобные в управлении коллекторные двигатели постоянного тока. Они легко управляются — подай на них постоянный ток от батареи или аккумулятора, и они начинают крутиться. Причем скорость вращения напрямую зависит от величины напряжения. Поменять направление вращения тоже просто, надо лишь поменять полярность подаваемого напряжения.