Большие задачи стоят в области анализа и синтеза механизмов передач. Здесь в первую очередь надо отметить необходимость дальнейшего развития синтеза зубчатых механизмов, особенно пространственных волновых зубчато-рычажных и т. д.
Повышение энергетических, силовых и скоростных характеристик машин автоматического действия, высокие требования к их точности и надежности обусловливают развитие в ближайшие годы методов динамического исследования и расчета машин.
Необходимо развивать методы изучения динамических режимов машин как в периоды установившихся так и в периоды неустановившихся движений. Получит дальнейшее развитие динамика машин с переменной массой звеньев и переменной структурой.
Особую роль в развитии динамики машин играют вопросы колебаний в машинах. С одной стороны, это вопросы борьбы с вибрациями путем создания виброустойчивых конструкций машин и механизмов, с другой стороны — это использование эффекта вибраций и создание новых двигателей и вибрационных механизмов, обладающих требуемыми кинематическими характеристиками. «Все в мире вибрирует» — это не просто фраза, а реальная действительность, с которой мы должны считаться и уметь извлекать выгоду из нее.
Важной социальной проблемой являются изучение влияния вибраций на организм человека и разработка средств его вибрационной защиты. Перспективно направление, связанное с использованием источников вибрации с малыми амплитудами и большими частотами для различных приборов, медицинского оборудования, для создания движителей с вращательным и поступательным движением и т. д.
В этой области также важную социальную задачу призваны решить исследования причин и источников шумовых эффектов в машинах и разработка задач динамики. машин, связанных с полной или частичной локализацией шумов определенных уровней. Одновременно надо продолжать изыскания по использованию шумовых дефектов для технической диагностики машин.
К машинам автоматического действия относится новый класс машин, получающий широкое применение в технике. Это роботы, манипуляторы, шагающие и ползающие машины и т. п. Эти машины позволяют осуществлять самые сложные движения исполнительных органов и тем самым автоматизировать широкий круг технологических операций. Особое значение эти машины и системы будут иметь в тех случаях, когда необходимо освободить человека от работы в тяжелых, вредных или опасных условиях, как, например, высокая температура, повышенная радиоактивность, наличие вредных газов и химических продуктов. С помощью этих машин человек может быть освобожден от утомительных и монотонных операций на конвейерах, поточных линиях, от выполнения тяжелых погрузочно-разгрузочных работ. С помощью промышленных роботов может воспроизводиться огромное количество операций по транспортировке обрабатываемого объекта, закреплению и раскреплению их в обрабатывающих машинах, по упаковке, расфасовке, при контрольных операциях.
Подобные автоматические машины и системы уже нашли и будут далее находить применение при проведении научных исследований в космосе, в глубинах и на дне океанов, под землей. Замена человека на всех тяжелых, утомительных, трудных операциях имеет громадное социальное значение, так как она коренным образом освобождает человека от тяжелого физического труда, предоставляя человеку функции управления и введения в систему необходимой дополнительной информации. Рабочие органы этих машин, как правило, представляют собой сложные по структуре пространственные кинематические цепи со многими степенями свободы.
Задача изучения механики роботов, манипуляторов, шагающих и других машин и систем тесно переплетается с задачами управления в самом широком понимании вопросов управления, т. е. включая разработку искусственного интеллекта для них. В первую очередь должны быть развиты работы по структурному, кинематическому и динамическому анализу и синтезу различных схем механизмов, роботов, манипуляторов, шагающих и других машин и систем.
Промышленные роботы и манипуляторы, управляемые оператором или с помощью программного устройства, могут быть отнесены к роботам первого поколения. В настоящее время должны получить быстрое развитие работы по созданию роботов последующего поколения, обладающих некоторыми органами чувств человека, например, осязанием, слухом, видением, обонянием, и способных воспринимать некоторую неощутимую человеком 'информацию, например, реагировать на ультразвук, на электромагнитные и тепловые поля и т.д. К роботам еще более позднего поколения будут относиться устройства, обладающие искусственным интеллектом. В решение этой последней проблемы входят создание методов описания окружающего мира и формирования этого мира в памяти роботов, разработка специальных формализованных языков как средства для управления роботами, их обучения и управления их поведением. К проблеме искусственного интеллекта для роботов тесно примыкает проблема взаимодействия робота со средой и человеком, а также вопросы взаимодействия между человеком и роботом. Сюда относятся разработка способов общения человека с роботом, выявление характеристик в системе «человек—робот», а также исследование распределения функций между человеком и роботом в зависимости от степени автономности последнего.
Одной из важнейших в этом научном направлении является проблема создания автоматических локомоционных машин, в том числе передвигающихся с помощью конечностей, т. е. проблема механики и управления шагающими машинами и другими подобными устройствами. Создание локомоционных устройств, передвигающихся с помощью конечностей, требует решения задач структурного, кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, выбора и проектирования двигателей, разработки легких, малогабаритных и мощных приводов с высоким КПД. К этой проблеме относятся и задачи разработки экзоскелетонов, т.е. устройств, совершенствующих силовые параметры человека, увеличивающих его выносливость и создающих возможность его перемещения при повреждении опорно-двигательного аппарата.
Роботы и шагающие машины по своей структуре и функциональным характеристикам во многом копируют человека и животных. Поэтому очень важно развитие исследований по биомеханике и по физиологии. Здесь мы имеем в виду изучение биомеханических характеристик опорно-двигательного аппарата человека, животных, насекомых, затем физиологических процессов, лежащих и основе управления двигательными процессами, получения слуховой, зрительной и других форм информации, наконец, процессов пространственной ориентации и средств, обеспечивающих устойчивость живых существ.
Развитие современной теории механизмов и машин требует самого тесного сотрудничества ученых и практиков. Практика будет ставить перед теорией все новые и новые вопросы, а теория будет черпать в практике базу для своих научных исследований.
В связи с этим уместно вспомнить одно из высказываний П. Л. Чебышева. Он подчеркивал, что сближение теории с практикой дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает, сама наука развивается под влиянием ее, она открывает им новые предметы для исследования или новые стороны в предметах, давно известных.
Инженеры в поисках новых решений
Во всех научно-фантастических романах, рассказывающих о будущем, непременным спутником человека является робот. Ученый и писатель-фантаст А. Азимов даже разработал «законы» робототехники. Но это - фантастическая литература. А вот названия некоторых научных статей: «Модель очувствленного робота», «Некоторые проблемы организации стереозрения робота», «Определение положения корпуса шестиногого робота при ходьбе»... «Железный человек» уже сошел со страниц фантастических книг и стучится в нашу сегодняшнюю жизнь. Ученые и конструкторы вплотную подошли к созданию промышленных роботов, весьма интересующих специалистов многих предприятий. Дело в том, что подобные устройства стали не только экономической, но и социальной необходимостью во многих сферах производства.
Сколько еще человеку приходится выполнять тяжелой, вредной или попросту неинтересной работы! Как это ни парадоксально, появились целые отрасли, где именно присутствие человека затрудняет рост производительности труда, потому что чисто физиологические его особенности довольно ограничены и порой не соответствуют темпам современного производства. Существует несколько областей, где применение подобных роботов уже сегодня вполне оправдано. К примеру, это освобождение человека от тяжелого или монотонного и утомительного труда. И еще одна (воистину необозримая) область будущего и частично сегодняшнего применения роботов - исследование космического пространства, освоение планет Солнечной системы, завоевание глубин земли и океана на нашей родной планете...
Но все сказанное - только технический аспект применений роботов. Существует и другой, не менее важный - социальный. Дело в том, что многие предприятия испытывают нехватку рабочих, такое же положение и в сельских местностях. Роботы уже сегодня могли бы взять на себя многие технологические операции на заводах и фабриках. Думается, настала пора и для создания подобных механизмов, способных работать в сельском хозяйстве,
Что уже сделано? Роботы типа «механическая рука» с программным управлением в ближайшее время появятся в цехах заводов. Эти механизмы очень удобны для обслуживания станков, ковочных, литейных сварочных и многих других машин. Они могут снимать готовые детали, складывать их и выполнять другие операции.