Реферат: Секретариат программы «Шаг в будущее» Почтовый адрес

Московский государственный

технический университет

им. Н.Э. Баумана




Российское молодежное

политехническое

общество












Всероссийская научная конференция молодых исследователей

«Шаг в будущее»


Москва,

12-16 апреля

2010 г.

Ò



Доклады

пленарных

заседаний











Секретариат программы

«Шаг в будущее»


^ Почтовый адрес:
105005, Россия, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

Московский государственный технический

университет им. Н.Э.Баумана,

Центральный Совет программы «Шаг в будущее»


Расположение:

(для личных посещений)

г. Москва, ст. метро «Бауманская»,

Госпитальный пер., д. 4/6, 3 этаж

стилобатной части, левое крыло, к. 307, 309


Телефоны:

(499) 263-62-82;

(499) 267-55-52


^ Факс:

(495) 632-20-95


Электронная почта:

apfn@step-into-the-future.ru;

apfn@mx.bmstu.ru


WEB-страница в Internet:

http://www.step-into-the-future.ru









Ó


Доклады пленарных заседаний. Всероссийская научная конференция молодых исследователей «Шаг в будущее». М.: Научно-техническая ассоциация «Актуальные проблемы фундаментальных наук», 2010. 72 с.

Ò

Официально зарегистрированный знак научно-технической ассоциации «Актуальные проблемы фундаментальных наук».



^ Доклады пленарных заседаний


Всероссийская научная конференция молодых исследователей

«Шаг в будущее»


Издание научно-технической ассоциации

«Актуальные проблемы фундаментальных наук»

Лицензия №006331, сер. ИД №059, 23 сентября 2001 г.

Серия «Профессионал»


УДК 001

ББК 72


М 75


УДК 001 Доклады пленарных заседаний. Всероссийская научная конференция молодых исследователей «Шаг в будущее». М.: РОО «НТА «АПФН», 2010. Серия «Профессионал». 72 c.


ISBN 978-5-900025-59-9

© РОО НТА АПФН, 2010


Симпозиум 1.

Инженерные науки

в техносфере настоящего

и будущего


^ Космонавтика – одна из важнейших отраслей деятельности человечества


Соловьев Владимир Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Динамика и

управление полетом ракет и космических аппаратов» МГТУ им. Н.Э. Баумана,

первый заместитель генерального конструктора

РКК «Энергия» им. С.П. Королева, летчик-космонавт


Прошедший 20-й век и начало нынешнего столетия характеризуются стремительным развитием науки, современных технологий и созданием на этой основе новой совершенной техники. Благодаря этому процессу сегодня становится возможным решение целого ряда актуальных задач, ранее недоступное человечеству.

Одним из крупных достижений существующей цивилизации является становление практической космонавтики, которая к настоящему времени стала необходимой отраслью деятельности человека, охватывающей целый ряд направлений – астрофизики, природоведения Земли, связи, информационных технологий, метеорологии, материаловедения и т.д.

В докладе освещается путь развития мировой космонавтики от первого искусственного спутника Земли до её нынешнего состояния. Указаны движущие мотивы и факторы, способствовавшие высоким темпам её развития. Показана роль нашей страны в этом процессе.

Рассматриваются очередные задачи, которые необходимо решать в космосе в предстоящий период. При этом особое внимание уделяется перспективным пилотируемым программам (дальнейшие исследования в околоземном пространстве, требующие создания усовершенствованных космических кораблей и станций; создание обитаемой базы на Луне; межпланетные полёты, в первую очередь – к Марсу; создание системы спасения экипажей космических аппаратов, терпящих бедствие). Обсуждаются проблемы, которые необходимо решить при реализации этих программ, обосновывается целесообразность осуществления международного сотрудничества при их выполнении. Даётся оценка существующего хода работ по этим программам.

Указывается на роль молодых инженерных кадров, которые должны участвовать в таких работах, проводимых в России. Сообщается, по каким научно-техническим направлениям, связанным с космонавтикой, осуществляется подготовка студентов в МГТУ им. Н.Э. Баумана, являющимся одним из числа ведущих ВУЗов, в которых учебные курсы по этим направлениям проходили своё становление и развитие.


^ КУЗНИЦА БУДУЩИХ СОЗДАТЕЛЕЙ ОРУЖИЯ РОССИИ


Васильев Валерий Степанович,

кандидат технических наук, доцент

кафедры «Ракетные и импульсные системы»

^ МГТУ им. Н.Э. Баумана


Многовековая история развития человечества позволяет сделать один непреложный вывод - если нация хочет иметь будущее, то она должна иметь средства для своей защиты.

На всех этапах становления и развития Государства Российского вопросам разработки и создания вооружения уделялось первостепенное внимание. Актуальность этой научно-технической проблемы не утрачена сегодня и не будет утрачена в будущем.

Процесс создания систем вооружения предусматривает этапы научных исследований, конструкторской и опытно-конструкторской разработки, изготовления и эксплуатации. На каждом из этих этапов определяющим фактором является наличие в стране высококвалифицированных, грамотных специалистов, способных вложить свои знания и умения в создание надежных и эффективных образцов вооружения.

Подготовка таких специалистов проводится на факультетах ведущего технического вуза России Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национального исследовательского университета), основанного в 1830 году.

Одним из таких факультетов, пожалуй, ближе всех стоящих к непосредственному решению задачи подготовки специалистов для оборонных отраслей Российской Федерации, является факультет «Специальное машиностроение», сформированный на базе оборонных кафедр МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Очевидно, что современные образцы вооружения, а тем более образцы вооружения завтрашнего дня, являются сложнейшими техническими системами, которые включают в себя самые новейшие достижения человеческой мысли практически во всех областях знаний.

Чтобы убедится в этом достаточно посмотреть (хотя бы укрупнено) перечень специальностей по которым ведется подготовка специалистов на факультете «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Так, например, специальность стартовые и технические комплексы ракет и летательных аппаратов охватывает в полном объеме проблему подготовки специалистов по разработке стартовых комплексов для запуска ракет и космических аппаратов во всех средах – под землей, на земле, в воздухе, в открытом космосе и на других планетах.

По специальностям ракетостроение, космические летательные аппараты и разгонные блоки, динамика полета и управление движением летательных аппаратов готовятся специалисты по созданию ракет и летательных аппаратов, способных не только обеспечивать защиту нашей Родины, но и осваивать околоземное космическое пространство, космическое пространство других планет и дальнего космоса.

Опыт Великой Отечественной войны и весь последующий период развития общества с его многочисленными «локальными» военными конфликтами диктует необходимость подготовки инженеров по разработке качественных систем вооружения для Российской армии. На факультете «Специальное машиностроение» ведется подготовка по специальностям стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие, средства поражения и боеприпасы, автомобиле- и тракторостроение, многоцелевые гусеничные и колесные машины, мехатроника, роботы и робототехнические системы, автономные информационные и управляющие системы, конструирование и производство изделий из композиционных материалов.

Выпускники этих специальностей являются создателями практически всех образцов вооружения – стрелкового оружия, противотанковых управляемых ракет, зенитных ракет, современных автоматических пушек и артиллерийских орудий, боевых машин пехоты и десанта, танков, ракет класса «Искандер», спецсредств класса антитеррор.

В процессе обучения на факультете «Специальное машиностроение» студенты проходят практику и выполняют курсовые и дипломные проекты на ведущих предприятиях оборонных отраслей и уже в процессе обучения могут попробовать применить полученные знания и умения в деле создания оружия для России будущего.


^ ОПАСНЫЕ И ВРЕДНЫЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА ФАКТОРЫ, СОЗДАВАЕМЫЕ ТЕХНОСФЕРОЙ


Ткаченко Юрий Леонидович,

кандидат технических наук, доцент кафедры

«Экология и промышленная безопасность»

^ МГТУ им. Н.Э. Баумана


Создавая техносферу, человек стремился к повышению комфортности среды обитания, обеспечению защиты от естественных негативных воздействий. Все это благоприятно отразилось на условиях жизни и в совокупности с другими факторами способствовало не только выживанию человечества, как биологического вида, но и его материальному и культурному прогрессу.

Однако, созданная руками и разумом человека техносфера, призванная максимально удовлетворять его потребности в комфорте и безопасности, не оправдала во многом надежды людей. Появились новые опасности и негативные воздействия, присущие исключительно техносфере и неведомые в естественной среде обитания.


^ Негативные факторы техносфер
Литература:


Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов /под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 2009.



^ Молодежь решает проблемы энергетического кризиса


Белова Ольга Владимировна,

кандидат технических наук, доцент кафедры

«Вакуумная и компрессорная техника»

^ МГТУ им. Н.Э. Баумана


Никогда раньше перед человечеством так остро не стояла проблема обеспечения планеты энергоресурсами. Численность населения мира удвоилось с 1950-х годов и вырастет еще на 50% к 2050 году. История показывает, что когда люди становятся богаче, они используют больше энергии. Численность населения и ВВП1 быстро растут в странах, не входящих в ОЭСР2, а Китай и Индия сейчас только в начале восходящей кривой энергопотребления.

Развивающиеся страны, включая Китай и Индию с их гигантским населением, вступают в фазу экономического роста, требующую наибольшего количества энергии. Они индустриализируются, создают инфраструктуру и увеличивают использование транспортных средств. Неуклонно растущий спрос будет способствовать поиску альтернативных источников и более эффективному использованию энергии. Но чтобы полностью снять напряженность, вызванную ростом спроса на энергоносители, этих мер будет недостаточно.

Основное внимание этого мероприятия направлено на экономию топлива, что весьма актуально в эпоху все возрастающего спроса на энергоносители, сомнений относительно будущих поставок и волнений по поводу изменения климата. Несмотря на то, что добыча традиционных углеводородов в мировом масштабе ограничена, потребности транспорта неуклонно растут.

Например, в Китае уже сегодня имеется 40 миллионов автомобилей. По оценкам Китайского министерства коммуникаций, к 2020 году их число может возрасти до 140 миллионов. Для снабжения этих автомобилей топливом потребует дополнительно 2 – 3 миллиона баррелей нефти в сутки, что приблизительно равно современной потребности Германии, четвертого крупнейшего в мире потребителя нефти.

Как я могу повлиять на то, чтобы избежать энергетического кризиса? Каждый ответственный политик и бизнесмен должен задавать себе этот вопрос. Этот вопрос должен беспокоить и каждого из нас. И только объединяя усилия, мы можем избежать печального сценария, и создать собственный - оптимистичный.

Примером такого решения служит «Экомарафон Шелл» – соревнование экомобилей, в котором необходимо проехать максимально большое расстояние при наименьшем расходе топлива.

«Шелл»3 - вторая по величине компания в мире. Она занимается добычей и переработкой нефти и газа. Однако, стратегия компании, связанная с решением проблем обеспечения энергоресурсами, привела к открытию «Шелл» производств солнечных батарей и иных альтернативных источников энергии.

Соревнование «Экомарафон Шелл» зародилось в 1939 г. как дружеское пари между учеными компании «Шелл» в Иллинойсе (США), которые поспорили о том, чья машина расходует наименьшее количество топлива. Соревнование стало проходить каждый год.

В 1977 году Шелл организовала соревнование «Экомарафон Шелл» специально для студенческих команд Великобритании. С 1985 года соревнование юных конструкторов стало проводиться и в Европе (рис. 1). Уже из Европы «Экомарафон Шелл» вернулся на американский континент как молодежное соревнование. 2010 – год, когда марафон стартует в Азии. С 8 по 10 июля на трассе близ столицы Малайзии, города Куала-Лумпур, где проходят также гонки Формулы-1, более 100 команд из различных стран Азии и Среднего Востока покажут свои достижения в области проектирования эко-автомобилей.





Рис. 1. Эко-Марафон объединяет участников из многих стран Европы

Рис. 2. Изготовлению машины предшествует моделирование в программе CATIA v5 фирмы Dassault Systèmes


«Экомарафон Шелл» дает возможность самым талантливым молодым изобретателям  сконструировать, построить и испытать  на треке автомобили, способные проехать несколько тысяч километров на одном литре условного топлива.

Кто же является участниками соревнования в наше время? Дело в том, что свои автомобили представляют студенты, ученики колледжей и даже школьники. Это соревнование ставит перед ними задачу проектирования, строительства и управления предельно экономичным автомобилем. Оно дает также практический опыт, который поможет им успешно начать свою профессиональную карьеру.

Таким образом, смысл Эко-марафона заключается также в воспитании нового поколения технических специалистов, которые окажут помощь при поиске решений, отвечающих потребностям общества в энергии. В течение ближайших 5 – 10 лет все большее число опытных инженеров научно-технических компаний будут приближаться к пенсионному возрасту. В то же время количество молодых выпускников технических специальностей сокращается, поскольку популярность научных дисциплин падает. В настоящее время в Азии технические учебные заведения заканчивает почти столько же студентов, сколько в Европе и в США вместе взятых. Дефицит талантливых инженеров на Западе заставляет компании привлекать выпускников из богатых талантами стран, таких как Россия, Индия, и Китай.

Правила соревнований позволяют использовать в качестве топлива бензин, дизельное топливо, этанол, водород или электроэнергию. Независимо от того, что выберут участники, энергетическим эквивалентом топлива служит литр 95-го бензина Shell. Количество иного топлива, равного литру бензина, высчитывают организаторы соревнований. Получается, что прототип, затративший, например, на десять двухкилометровых кругов 0,02 литра дизельного топлива, на одном литре бензина покрыл бы расстояние в 896 километров.

В чем секрет столь невероятной экономичности? В первую очередь, в легкости — в среднем машинки весят всего по 30—35 кг. На какие только ухищрения не идут авторы для облегчения своих машин! Однако, по правилам минимальная скорость автомобилей не может быть ниже 30 километров в час.

Участники для облегчения экомобилей применяют совершенно разные материалы, в том числе инновационные композитные материалы. Здесь используются высокие технологии, которые применяются и при изготовлении машин для Формулы-1. Несомненно, чтобы изготовить такой эко-болид, не обойтись без современных компьютерных технологий. Многие фирмы, специализирующиеся на разработке программного обеспечения твердотельного моделирования и подготовки геометрической модели изделия для изготовления с помощью прототипирования, помогают молодым освоить их продукты и применить для создания своих моделей.

Так, фирма Dassault Systèmes поддерживает Парижский технический университет прикладных наук (Ecole Nationale Superieure d’Arts et Metirs). С помощью пакета CATIA v5 Студенты школы спроектировали и изготовили свои эко-мобили, чтобы ставить рекорды экономичности (рис. 2, 3).









Рис. 3. Экомобили Парижского технического университета

прикладных наук

В России уже есть примеры сотрудничества студентов в проектировании автомобилей. Завершен совместный Международный Российско-Французский студенческий проект «Разработка цифровой компьютерной модели электромобиля» (январь-июнь 2008 г.). Студенты Томского политехнического университета совместно со студентами Версальского технического университета (UIT Mantes en Yvelines) спроектировали автомобиль для японских улиц Nekocar (рис. 4, 5). Студенты из России занимались проектированием электрического привода автомобиля, а французские – трудились над внешним видом автомобиля и внутренним интерьером. Проектирование в CATIA v5 позволяет вести работу над одним проектом, когда исполнители находятся в разных концах света.

Большой потенциал участия в Эко-марафоне несомненно есть и в России. И в первую очередь у сегодняшних школьников, занимающихся научно-исследовательской и проектной деятельностью, которые в дальнейшем станут студентами технических ВУЗов.

Сотрудничество Dassault Systèmes и МГТУ им. Н.Э.Баумана, я уверена, также принесет результат в области подготовки кадров и создания новых технологий для решения проблем энергетического кризиса.





Рис. 4. Электрический привод томских

студентов для Nekocar в CATIA v5

Рис. 5. Дизайн французских студентов

для Nekocar в CATIA v5



Литература:


1. [Электронный ресурс] Shell energy scenarios to 2050: http://www.shell.com/home/content/aboutshell/our_strategy/shell_global_scenarios/shell_energy_scenarios_2050/shell_energy_scenarios_02042008.html.

2. [Электронный ресурс] ENSAM and the Shell Eco-Marathon: http://www.3ds.com/ru/company/passion-for-innovation/the-projects/ensam/.

3. [Электронный ресурс] NEKOCAR project: http://campus.3ds.com/students/project-showroom/go/project/nekocar-project/.

4. [Электронный ресурс] Томский региональный центр информатизации: http://cals.aics.ru/


^ ЭЛЕКТРОПРИВОД ГИБРИДНОГО АВТОМОБИЛЯ


НАУМОВ Валерий Николаевич,

доктор технических наук, профессор,

первый заместитель заведующего

кафедрой «Многоцелевые гусеничные

машины и мобильные роботы» МГТУ им. Н.Э.Баумана,

лауреат премии Президента РФ в области образования


Повышение средней скорости движения транспортного средства и улучшение топливной экономичности двигателя являются актуальными задачами в области транспортного машиностроения.

Решение первой из задач связано с установкой на машину двигателя большей мощности или с совершенствованием агрегатов трансмиссии и движителя.

Однако, увеличение мощности энергетической установки приводит к повышенному расходу топлива и снижению загрузки двигателя. Кроме того, разработка нового двигателя связана с большими затратами.

Ресурсы улучшения характеристик агрегатов трансмиссии и движителя ограничены, и их использование в настоящее время не может привести к существенному улучшению тягово-динамических параметров машины.

Принципиально новым путем, позволяющим решить обе поставленные задачи, является применение на транспортном средстве накопителей энергии.

В нашей стране и за рубежом проводятся исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию и применению на транспортных средствах различных типов накопителей энергии (электрических, гидравлических, пневматических и механических). Случайный характер воздействия внешней среды на транспортную машину приводит к неустановившимся режимам, характеризующимся резкими колебаниями скорости машины под влиянием факторов обстановки движения, а также колебаниями сил тяги на движителе. В то же время, движение машины по городу характеризуется постоянным чередованием фаз разгона, равномерного движения, торможения и стоянки с работающим двигателем. В этих режимах или требуется большой расход энергии при разгоне автомобиля или энергия переводится в тепло при торможении.

С развитием гибридного автотранспорта, в котором наряду с механическим потоком мощности используются электрические параллельные или последовательные потоки, накопители электрической энергии выходят на первый план. Использование электрических накопителей позволяет запасать энергию от основного источника (дизель-генераторная установка) при работе его с недогрузкой в легких условиях движения и отдавать ее тяговым электродвигателям в тяжелых условиях движения автомобиля (при разгоне, при движении по слабым грунтам, при движении в гору), а также, накопитель позволяет запасать рекуперированную электродвигателями энергию торможения транспортного средства.

В качестве накопителей электрической энергии могут использоваться различные комбинации аккумуляторных батарей и конденсаторов большой емкости. Однако разработка таких устройств должна вестись для конкретного типа тягового электропривода, используемого на гибридном транспорте.

Одним из основных требований, предъявляемых к тяговому электроприводу (ТЭП), является минимизации размеров и массы и достижение высоких энергетических показателей, что имеет первостепенное значение для электромобилей с автономным источником энергии соизмеримой мощности.

Тяговые электрические машины в ТЭП обеспечивают реализацию заданной предельной и частичных тяговых характеристик электромобиля, т. е. зависимости тягового усилия F на ведущих колесах от скорости движения v при номинальной свободной мощности Nce (для предельной характеристики) и мощности Nce< Nce.н - для частичных.

Из существующих на данный момент электроприводов, с помощью которых можно реализовать тяговую характеристику электромобиля, выделим три основные типа: электропривод (ЭП) с использованием двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (ДПТ ПВ), ЭП с использованием асинхронного двигателя с частотным регулированием (АД ЧР) и вентильно-индукторный привод (ВИП).

ЭП с на электрическом транспорта используется давно и получил широкое применение.

К недостаткам использования ДПТ в автономном транспорте можно отнести их большую массу и наличие коллекторного узла, который сложен в изготовлении и ремонте.

В последнее время в качестве регулируемого электропривода все повсеместно применяется АД ЧР. Этот способ обеспечивает непрерывное регулирование скорости АД в широком диапазоне, при этом не происходит увеличения его скольжения, что обуславливает невысокий уровень потерь скольжения, свойственных как отмечалось выше только этому виду ЭП. Однако для обеспечения высоких энергетических показателей необходимо наряду с частотой изменять и уровень подводимого напряжения. Рациональный закон изменения напряжения при этом зависит от характера изменения нагрузки.

В области пониженных частот напряжение снижается для обеспечения максимального момента равном номинальному и сохранения перегрузочной способности АД на прежнем уровне.

В области повышенных частот напряжение остаётся постоянным, а момент снижается с ростом частоты.

В начале 80-х годов в иностранной научно-технической информации появились материалы о новом типе электрического привода SRD - Switched Reluctance Drive [2]. С тех пор лавинообразно нарастает количество докладов на эту тему на различных конференциях, статей в журналах, постоянно увеличивается число институтов и фирм, участвующих в разработке различных проектов в области SRD.

В последние годы за рубежом (Германия, Великобритания, Швеция, Италия, США, Австралия, Япония и др.) многими университетами, исследовательскими центрами и фирмами ведутся интенсивные разработки этого типа электропривода для различных областей применений. Он состоит из очень простой, дешевой и надежной электрической машины с неодинаковым числом явновыраженных полюсов на статоре и роторе и электронного коммутатора - электрического преобразователя с развитым микропроцессорным управлением. По основным мае со габаритным и энергетическим показателям вентильно-индукторный привод (ВИП) не уступает, а по ряду показателей даже превосходит, например, прекрасно отработанный и широко применяемый частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Некоторые конструктивные и функциональные особенности ВИП - отсутствие каких-либо обмоток на роторе, имеющем меньший, чем у обычных машин, момент инерции, простые, легко сменяемые катушечные обмотки статора, большие моменты при низких скоростях, гибкое управление скоростью и моментом, достаточно простая реализация тормозных режимов и т.п. - делают этот привод весьма привлекательным как для широких общепромышленных и транспортных применений, так и для специальных высокоскоростных или высокомоментных электроприводов.

Особенность ВИП состоит в применении индукторного двигателя с различным числом полюсов статора и зубцов на роторе (как правило в пределах 4.*..12).

ВИП, судя по зарубежным публикациям, обладает комплексом свойств, выгодно отличающих его от существующих аналогов и определяющих возможность его использования в качестве массового регулируемого электропривода нового поколения.

Из прогноза фирмы Motorola на развитие приводов разных типов на ближайшие годы следует, что тенденция развития ВИП резко возрастает, АД ЧР возрастает, но в меньшей степени, а тенденция развития ДПТ убывает.

Простота исполнения ВИП, высокая технологичность, низкая стоимость и надежность машины, возможность создания простого и надежного коммутатора на современной элементной базе, функциональная гибкость и высокие энергетические показатели делают этот привод весьма перспективным для широкого применения в различных отраслях современной техники, в том числе и на автономном транспорте.


Литература:


1. Электрические машины в тяговом автономном электроприводе/Андреев Ю.М., Исаакян К.Г., Машихин А.Д., и др.; Под ред. А.П. Пролыгина. М.: Энергия, 1979. 240 с. ил.

2. Бычков М.Г. Вентильно-индукторный электропривод - электропривод будущего // Энергоменеджер. Зима, 1997. Вып. 5. С. 27-29.


^ РОБОТОТЕХНИКА СЕГОДНЯ И ЗАВТРА


Ющенко Аркадий Семенович,

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой «Робототехнические системы»

МГТУ им. Н.Э.Баумана


Робототехника как научное и техническое направление формировалось начиная с середины шестидесятых годов прошло века и прошло несколько этапов в своем развитии. Начало внедрения роботов сопровождалось эйфорией исследователей и инженеров. Казалось, что уже скоро промышленность будет полностью роботизирована, промышленные роботы повсеместно заменят человека при выполнении тяжелых и опасных работ. Человеку же останутся лишь творческие задачи, в том числе, связанные с разработкой новых интеллектуальных систем. В 60 – 70 х г.г. были созданы многочисленнее образцы промышленных роботов, получившие значительное распространение в промышленности. К числу первых можно отнести американские роботы Юнимейт, Версатран (1962 г.), которые применялись, в основном, для загрузки станков, прессов. В дальнейшем роботы непрерывно совершенствовались, появились такие модели как «Puma» (финская фирма NOKIA), роботы шведской фирмы АBB (ASEA), которые можно было применять уже для более тонких операций, таких как металлообработка и сборка. Получили широкое внедрение в автомобильной промышленности сварочные роботы немецкой фирмы «KUKA». К концу 90-х г.г. парк промышленных роботов в мире превысил 1 млн. шт., причем на первое место по производству и применению роботов уверенно заняла Япония. Заметим, что в СССР также уделялось большое внимание развитию робототехники. В конце 80-х г.г. существовала государственная программа роботизации производства. В Москве, в Минске, в Смоленске были развернуты проектные институты и производства промышленных роботов. Были созданы образцы роботов, не уступающие западным аналогам. В 80-х г.г. складывается отечественная школа научной робототехники, в создание которой внесли значительный вклад и ученые МВТУ им. Н.Э.Баумана – академик РАН Е.П.Попов, профессора Н.А.Лакота, В.С.Кулешов. В 1982 г. в нашем университете был создан Научно-учебный центр и кафедра робототехники, которую возглавил Е.П.Попов.

Несмотря на очевидный прогресс в роботизации промышленности, ожидаемой революции в этой области не произошло. Успешно автоматизировать удалось только простые, монотонно выполняемые операции, такие как загрузка станков, сварка кузовов автомобилей, покраска и т.п. При выполнении более сложных операций, например, при вытачивании сложной детали на токарном станке, или при сборке узла человек проявляет качества, которые не были заложены в робототехническую систему – глазомер, опыт, тактильные ощущения, наконец, способность принимать мгновенные решения, как-то корректировать свои движения в зависимости от текущей ситуации. Здесь находился первый серьезный рубеж, для преодоления которого робототехнике понадобилось десятилетие. Новым этапом стали адаптивные робототехнические системы, способные самостоятельно приспосабливаться к конкретным особенностям работы. В их основе лежат информационно-сенсорные системы роботов, включающие датчики и компьютерные системы обработки сигналов. Прежде всего, это системы технического зрения, затем системы силового очувствления, системы тактильного очувствления, информационные системы, позволяющие мобильному роботу ориентироваться в окружающем пространстве и находить нужный путь к цели. Иными словами, второй этап развития робототехники – это обретение роботами «чувств», или, по крайней мере, ощущений.

Сегодня промышленные роботы обычно оснащаются системами технического зрения, позволившими существенно расширить круг выполняемых операций. Используются малогабаритные телекамеры, ультразвуковые датчики препятствий, лазерные сканирующие дальномеры. Манипулятор, оснащенный зрением, может найти нужную деталь и захватить ее, где бы она ни находилась на рабочем столе или конвейере. Манипулятор, снабженный датчиками сил, может осуществить сборку, например, вставить вал во втулку, не повредив детали. Мобильный транспортный робот «робокар» может самостоятельно перемещаться по цеху и доставлять детали и инструмент со склада к определенным станкам, причем он во время обнаружит неожиданное препятствие, например, человека, пересекающего его путь, и выполнит обходной маневр. Стало возможным создавать полностью роботизированные цеха, в которых человек стал наладчиком оборудования, программистом и контролером, наблюдающим за работой роботов. Именно так сегодня выглядят современные автомобилестроительные производства в Европе, США и Японии. Такие производства создаются и в России. Примером может служить автомобильное предприятие «Соллерс» в Набережных Челнах. К сожалению, большая часть робототехнического оборудования для таких предприятий сейчас либо закупается за рубежом, либо производится на филиалах предприятий зарубежных робототехнических фирм, развернутых в РФ. Задача сегодня состоит в том, чтобы восстановить место России на рынке промышленной робототехнической продукции, разрабатывать и производить свои роботы, учитывающие особенности применения и использующие свою элементную базу. А для этого нам нужно новое поколение специалистов в области робототехники, соответствующее сегодняшнему уровню науки и техники. МГТУ им. Н.Э.Баумана должен внести свой вклад в решение этой общегосударственной задачи.

Возвращаясь к истории становления и развития робототехники, нужно сказать, что одновременно с появлением промышленных роботов начали применяться и дистанционно управляемые манипуляторы, которые не были роботами, так как управлялись человеком-оператором. Такие манипуляторы применялись, например, для работы с радиоактивными и химическими веществами, опасными для человека. При этом человек находился в одном помещении, а манипулятор – в другом, а именно в опасной зоне. Исполнительный механизм таких манипуляторов был сходен с механизмом промышленных роботов, хотя был более совершенен и скорее напоминал руку человека. Отметим, что первая книга по проектированию таких манипуляционных систем «Динамика систем управления манипуляторами» была написана учеными МВТУ им. Н.Э.Баумана Н.А.Лакотой и В.С.Кулешовым в 1971 г. В дальнейшем в нашем университете были разработаны и системы, позволяющие человеку-оператору ощущать силы и моменты, возникающие при взаимодействии дистанционно управляемого манипулятора с объектами рабочей зоны – так называемые системы двустороннего действия. Эти работы были первым этапом целого направления в истории робототехники, которое можно назвать дистанционно-управляемыми робототехническими системами. Такая система обычно представляет собой перемещающуюся платформу, снабженную манипулятором и дистанционно управляемую человеком, который контролирует ее движение либо при непосредственном наблюдении, либо с помощью телекамер, размещенных на самой платформе. В МГТУ им. Н.Э.Баумана было создано специальное конструкторско-технологическое бюро робототехники, основной продукцией которого и являются дистанционно управляемые робототехнические системы. Они нашли широкое применение при работе со взрывоопасными предметами, при ликвидации последствий аварий и катастроф, при спасательных операциях, выполняемых подразделениями МЧС. Подобные робототехнические системы разрабатываются и в ГосНИИ физико-технических проблем. Примером удачной конструкции, разработанной здесь, является робот «Богомол». В Институте проблем механики РАН разрабатываются дистанционно управляемые роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям. В последнее время такие работы ведутся и в нашем университете. Одной из наиболее интересных разработок в области робототехники с нетрадиционными способами перемещения является шагающий робот, разработанный на кафедре гидравлики МГТУ им. Н.Э.Баумана. Еще одна область применения дистанционных роботов – подводные исследования. Это могут быть изыскания полезных ископаемых на морском шельфе, или спасательно-поисковые работы. И здесь нужно отметить значительный вклад ученых МГТУ им. Н.Э.Баумана в разработку подводных роботов. Разрабатываются манипуляторы космического базирования, которыми оснащаются долговременные космические станции.

Эксплуатация дистанционно управляемых роботов выявила их серьезные недостатки. Строго говоря, эти технические системы вообще нельзя называть роботами. Обычно предполагается, что робот способен к самостоятельным действиям. В данном же случае, всеми перемещениями как манипулятора так и платформы управляет человек. Это очень сложная и трудоемкая работа. Она усложняется дефицитом информации, получаемым человеком, как правило, с помощью телекамеры, дающей плоское изображение сцены (в то время как работа происходит в трехмерном пространстве). Задача, которая сегодня стоит перед разработчиками подобных систем состоит в том, чтобы на базе хорошо отработанных конструкций дистанционно управляемых робототехнических систем создать действительно роботов, способных к самостоятельному поведению в заранее неизвестных условиях, целью которого является решение задач, поставленных человеком. Именно такие задачи решаются на кафедре «Робототехнические системы» МГТУ им. Н.Э.Баумана факультета «Робототехника и комплексная автоматизация». Какие проблемы стоят перед разработчиками автономных роботов сегодня?

Прежде всего, это задачи, которые относят к проблемам искусственного интеллекта. Робот, используя собственную сенсорную систему (техническое зрение, дальномеры, локаторы, тактильные датчики и т.п.), должен правильно оценить окружающую обстановку, определить собственное положение на электронной карте. Для решения последней задачи в робототехнике все чаще используются системы космиче