Какво може да направи един робот? Какво могат съвременните роботи

И така, роботите са системи, които са способни да заменят хората в различни области на дейност поради способността им да „мислят“ и „правят“ (разбира се, съотношението между „мислене“ и „правене“ е различно за различните роботи). Сферите на приложение на роботите вече са изключително разнообразни, от медицински грижи, където действат като медицински сестри и се грижат за болни, до изследвания, където роботите могат да заместят хората в дълбините на океана и на други планети.

В тази книга ще се ограничим до разглеждане на роботи, които се използват в машиностроенето, уредостроенето и радиоелектронната промишленост, и няма да засягаме тези, необходими за селското стопанство, леката и минната промишленост и т.н.

За какво са индустриални роботи? Отговорът на този въпрос изглежда прост: те са необходими, за да заменят човек в неговата производствена дейност, тоест да изпълняват различни видове основни и спомагателни технологични операции. Въпреки това, не всичко е толкова просто.

Помислете например за технологичния процес на обработка при производството на чук. По принцип съвременните индустриални роботи могат лесно да направят това с помощта на файл. Но дали това е рационално в производството? Оказва се, че не. В крайна сметка вече са създадени металорежещи машини с цифрово управление (CNC), които в автоматичен режим, без човешка намеса в процеса на обработка, могат да решат този и други, много по-сложни проблеми, включително тези, които човек вече не може се справят ръчно и много по-бързо и с по-високо качество.

Ясно е, че никой робот не може да се мери с такава машина. Но това не е необходимо. Обработващите машини с ЦПУ са проектирани така, че чрез отстраняване на излишния материал от детайла (припуск) да се получи част с необходимата форма и размер, т.е. да се автоматизира процеса на рязане. Те са универсални, тоест могат да обработват голямо разнообразие от части, които се различават по форма, размер, материал и т.н. Но досега хората са монтирали тези части на машината и са ги премахвали. Тук има парадокс в известен смисъл. Най-сложното нещо, което определяше квалификацията на работника зад универсалния струг, т.е. процесът на обработка на самия детайл, беше автоматизиран с помощта на CNC струг, но най-простите задачи за инсталиране на детайла в патронника на машината, които всеки ученик може лесно да се справи със стругар, не беше възможно да се автоматизира (разбира се, не говорим за автоматични линии в масово и широкомащабно производство, които обработват една и съща част; там тези операции се извършват например от автооператори ). И това се дължи на разнообразието от форми, размери, траектории на движение на детайлите и, разбира се, се отнася не само за машинното оборудване.

Операциите по товарене и разтоварване на технологичното оборудване са спомагателни. Но обхватът на приложимост на роботите в производството не се ограничава само до тях.

Например, по време на процеса на електрическо заваряване е необходимо краят на електрода да се движи с определена скорост спрямо съединението на заваряваните части. Ако траекторията на движение е проста, например права, тогава този процес може да бъде автоматизиран. Но най-често заваряваните части имат сложна форма и следователно сложна конфигурация на ставите, поради което толкова голямо количество заваръчни работи се извършват ръчно. Роботите доста успешно заместват хората в тези процеси.

Същото може да се каже и за боядисването със спрей с пистолети (има и други методи за боядисване, по-специално потапяне, но ние няма да се спираме на тях). Части с проста форма, като панели, се боядисват с помощта на конвейери за боя, при които частите се движат с постоянна скорост покрай пистолетите за пръскане. За части с по-сложни форми този метод не е подходящ, тъй като за равномерно боядисване е необходимо разстоянието от пистолета за боядисване до боядисваната повърхност и скоростта на движение да бъдат постоянни. Е, какво ще стане, ако частта има формата на шкаф или рамка, която също трябва да бъде боядисана отвътре? Роботите могат успешно да решат и тези проблеми.

Какво е общото в тези технологични процеси на товарене на части, заваряване, боядисване, което ни позволява да говорим за възможността и необходимостта от използване на роботи за извършването им? Общото е, че във всички случаи е необходимо да се гарантира, че частта се движи спрямо всеки работен инструмент по доста сложна траектория (по принцип няма значение дали роботът движи частта спрямо оборудването, тъй като при натоварване, или заваръчната глава, както при заваряване). Сложността на траекторията, която роботът може да осигури, се постига чрез увеличаване на сложността на кинематиката на задвижващите механизми.

По този начин целта на промишлените роботи е да преместват част в пространството или работен инструмент (заваръчна глава, пистолет за пръскане) спрямо частта или частите една спрямо друга (както например в монтаж). Разбира се, необходимо е да се гарантира спазването на определени условия и спазването на технологичните режими. Например, по време на сглобяването често е необходимо да се упражнява сила за свързване на частите.

Каква е сложността на подобни технологични операции и защо само хората могат да ги извършват? Има две основни причини: първата е разнообразието от геометрични форми и размери на частите и траекториите, по които тези части трябва да се движат, а втората причина, произтичаща от първата, е голямото количество информация, разнообразието и сложността на задачите за неговата обработка по време на операции.

Нека сега да дефинираме какво е индустриален робот. Според Държавния стандарт индустриалният робот е „препрограмируема автоматична машина, използвана в производствения процес за извършване на двигателни функции, подобни на човешките функции, при преместване на производствени елементи и (или) технологично оборудване“.

Тъй като роботът поема редица човешки производствени функции, е интересно да се сравни тяхната функционалност, но това изисква система от критерии за оценката им. Ето основните технически характеристики на робота, които ви позволяват да прецените какво може да прави.

Първото нещо, което ни интересува, е какви тежести може да вдига. Номиналната товароносимост на индустриалния робот определя максималната маса на индустриалните обекти, които той може да манипулира, и не само трябва да може да хваща и държи, но и установените стойности на други експлоатационни характеристики. В зависимост от товароносимостта си роботите се разделят на групи: от ултра леки, предназначени за работа с части с тегло до 1 кг, до супер тежки, повдигащи производствени обекти с тегло над 1000 кг.

Друга критична характеристика е точността, с която роботът може да премести част или инструмент до дадена позиция в пространството. Нарича се грешка при позициониране на работния орган на манипулатора и характеризира отклонението на положението на работния орган на манипулатора на промишлен робот от зададеното при програмирането му. Допустимата грешка при позициониране зависи от операциите, за които се използва роботът. Ако боядисва част с пистолет, тогава грешка при позициониране от няколко милиметра практически няма ефект върху качеството на продукта. Въпреки това, при електродъгово заваряване, с такава грешка, роботът може дори да не достигне електрода до съединението на частите. Тук допустимата грешка при позициониране не трябва да надвишава десети от милиметъра. Що се отнася до сглобяването на часовника, обикновено се изисква микронна точност.

Важна характеристика са геометричните характеристики на работната зона на индустриален робот. Работната зона е пространството, в което може да бъде разположена работната част на манипулатора; с други думи, това е съвкупността от всички тези точки, до които работният елемент може да бъде преместен. В зависимост от дизайна на индустриалния робот работната зона може да има различна форма, например правоъгълник. Работната зона се характеризира с линейни или ъглови размери, площ на напречното сечение и обем.

Но концепцията за работна зона не характеризира достатъчно технологичните възможности на робота. Например робот за сглобяване от типа Skilam има работна зона, показана на фиг. 2. Но може ли той да извършва някаква монтажна операция в работната зона? Оказва се, че не. "Skylam" е в състояние да извършва монтажни операции, при които работното движение за реализиране на интерфейса се извършва само вертикално отгоре надолу. Ако трябва да се движите под ъгъл, тогава "Skilam" няма да се справи с тази задача. Ръката му не е достатъчно гъвкава, така че не може да движи части в пространството по произволна траектория. Тези възможности зависят от броя на степените на мобилност на индустриалния робот. Броят на степените на подвижност се отнася до броя на степените на свобода на кинематичната верига на манипулатора. На практика той е равен на броя на кинематичните двойки, ротационни и транслационни. От курса на аналитичната геометрия е известно, че за да се извърши всяко движение в триизмерното пространство, са достатъчни три транслационни и три ротационни движения. Именно броят на степените на мобилност определя главно кинематичната резервираност на робота и широчината на неговата функционалност.

Ориз. 2. Специализиран монтажен робот "Skilam" (Япония) (а) и конфигурацията на работната му зона (б)

Концепцията за работно пространство, пространството, в което може да бъде разположен задвижващият механизъм на промишлен робот, се различава от концепцията за работна зона.

Има стационарни и мобилни роботи. Стационарните роботи са проектирани да работят в една работна позиция. Мобилните роботи обслужват няколко позиции. Те включват например роботи от портален тип, като M-33 (фиг. 3), които могат да се движат по монорелса и да обслужват няколко струга, както и транспортни роботи, които транспортират детайли и части от склада до машините и обратно, прехвърляне на части от машина на машина.

Когато говорим за работните характеристики на индустриалните роботи, не може да не споменем тяхната надеждност. За съжаление, колкото по-широка е функционалността, толкова по-малко надежден е роботът поради по-голямата си сложност. Надеждността на роботите се оценява чрез средното време между отказите. Подобряването на надеждността на роботите е важно. В крайна сметка производствената линия се обслужва от няколко робота (а понякога и няколко десетки) и ако някой от тях се повреди, цялата линия спира.

Въпреки факта, че е минало много малко време от създаването на първите индустриални роботи, вече има три поколения от тях. Първото поколение са софтуерни роботи, второто поколение са адаптивни роботи и третото поколение са така наречените интелигентни роботи.

Как се различават роботите от различни поколения? Те се различават по много начини, но основната им разлика е гъвкавостта, способността да се адаптират, да променят поведението си при промяна на производствената среда. Тази гъвкавост (разбира се, в границите на функционалност в зависимост от кинематиката на робота) се определя главно от информацията за външната среда, която роботът може да възприеме и способността да я обработва от системата за управление на робота, която генерира управляващи действия за задвижващите механизми.

Не бива обаче да мислим, че едно поколение роботи последователно заменя друго. Това се обяснява с факта, че при използване на роботи е необходимо да се спазва принципът на минимално функционално резервиране, т.е. в зависимост от естеството на технологичната задача, която роботът трябва да изпълни, трябва да се избере нивото на функционалното му резервиране не по-висока от необходимата за конкретна задача.

Вече казахме, че историята на роботиката не започва „от нулата“. Предшествениците на индустриалните роботи бяха твърдо вградени манипулатори (автооператори), които понякога се наричат ​​роботи от нулево поколение и сега успешно се използват в автоматични линии. Автоматичните линии се създават в масово и широкомащабно производство за производство на една и съща част в големи количества и за дълъг период от време (няколко години). Автооператорите работят в един цикъл с цялото останало технологично оборудване на линията и изпълняват спомагателни операции по товаренето и разтоварването му. Тъй като частта винаги е една и съща, няма нужда да се преустройва автоматичният оператор.

Първото поколение роботи - софтуерни - се отличават с това, че тяхното поведение може да се промени в резултат на промяна на програмата. Помислете например за робот, който зарежда части в патронника на CNC струг от палета (това е устройство за транспортиране на части, в което те се съхраняват строго ориентирани в специални гнезда). Роботът взема детайлите от палета един по един и ги поставя в патронника на машината, а готовите детайли в освободените слотове. След като всички части в палета са обработени, може да се изпрати палет с други части. След това в CNC машината трябва да се въведе програма за управление, за да се обработи новият детайл. Новата програма е въведена и в системата за управление на робота. По този начин роботът е преконфигуриран да зарежда други части, докато работи в строго детерминирана среда.

Цялата информация за промените в производствената среда постъпва в системата за управление на робота по време на неговото програмиране. Информацията за промените в околната среда, получена по време на работа на робота, е изключително незначителна. Робот, който не е оборудван със специален сензор, ако няма част в нито един слот на палета, ще се опита да „заеме“ празното пространство и да го монтира в патронника. Ако роботът е оборудван с тактилни сензори, които могат да открият липсата на част, той ще спре и ще извика човек, който трябва да разбере причините за спирането и да ги отстрани. Софтуерният робот не може да се адаптира към нова програма или да се адаптира към настъпилите промени без човешка помощ. Информацията за непланирани промени в производствената среда, постъпваща в системата за управление на робота, може да предизвика само един вид реакция - спиране на работата му и повикване на обслужващ персонал. В същото време, благодарение на способността си бързо да се адаптират за изпълнение на нови задачи, софтуерните роботи са намерили широко приложение в различни области на индустрията и сега съставляват по-голямата част от роботите, използвани в индустрията.

Роботите от второ поколение са в състояние да реагират на промените във външната среда. Те се наричат ​​адаптивни. Какви промени във външната среда се имат предвид? В крайна сметка изглежда, че в производството всичко може да бъде организирано по такъв начин, че роботът трябва само да изпълни дадена програма и това ще гарантира надеждното му функциониране. Това обаче не винаги е възможно.

Помислете например за процеса на електродъгово заваряване. Да предположим, че трябва да заварите странична стена към покрива на кабината на трактор Беларус. Частите за заваряване имат сложна форма, а съединението има сложна конфигурация. Робот, оборудван със заваръчна глава, трябва да я движи по подходящ път и това движение може да бъде програмирано. Какво се случва на практика, когато заваръчната операция се извършва от софтуерен робот? Вместо добри продукти, често получаваме дефектни продукти. Това се дължи на факта, че частите, както вече казахме, имат сложна форма, значителни размери и изискванията за точност на тяхното производство не са много високи, тъй като незначителните отклонения в размерите нямат значителен ефект върху експлоатационните характеристики на кабината; по време на транспортиране частите от ламарина могат леко да се деформират, но дължината на фугата е доста значителна. В резултат на това роботът ще направи шев на някои места добре, на други само върху една от частите, които се заваряват, а на някои места дори „готви въздух“.

Адаптивен заваръчен робот, извършващ тази операция с помощта на сензорите, с които е оборудван, постоянно следи позицията на електрода спрямо съединението на частите. Информацията за преместването постъпва в системата за управление на робота, която я обработва в реално време, генерира управляващи действия и ги предава на изпълнителните органи на робота, които коригират траекторията на движение.

По този начин адаптивните роботи имат развита система за възприемане на информация за външната среда по време на тяхната работа, която софтуерните роботи не притежават. Тази информация трябва не само да се възприема, но и да се преобразува в управляваща информация, поради което адаптивните роботи имат система за обработка на информация. Тъй като компютърът е универсална машина за обработка на информация, системите за управление на адаптивни роботи се създават на базата на доста мощни изчислителни системи, базирани на микропроцесорна технология. Разбира се, реакцията на робота към промените във външната среда трябва да бъде съвсем определена. Алгоритмите за обработка на информация за промени във външната среда в управляващи действия са програмирани и формират много важна част от софтуера. Съвършенството на софтуера на адаптивния робот основно осигурява широчината на неговата функционалност и оперативна ефективност. Роботите от второ поколение вече се използват в индустрията, но техният брой все още е сравнително малък.

Роботите от трето поколение са интелигентни. Те все още не се произвеждат от индустрията и не се използват в производството. А сферата им на приложение е... производството все още не е ясно. Учените у нас и в чужбина провеждат интензивни изследвания не толкова в посока на създаване на интелигентни роботи, а по-скоро се опитват да решат по-лесната задача за създаване на някои елементи на изкуствения „интелект“. Как се различават интелигентните роботи от другите? Като роботи от трето поколение, те естествено са надарени със същите способности като роботите от първо поколение (софтуер) и второ поколение (адаптивни). Интелигентните роботи, подобно на софтуерните, са способни на целенасочена дейност и могат да изпълняват последователност от действия, строго определени от програмата. Подобно на адаптивните роботи, те са в състояние да възприемат информация за външната среда, да я обработват и да променят поведението си в съответствие с промените във външната среда. Основната разлика между интелигентните роботи е, че те могат да планират своите дейности. Достатъчно е да поставите задача на робот от трето поколение: ясно да формулирате цел, критериите, по които той трябва да оцени начините за постигане на целта, да зададете ограничения, в рамките на които може да действа, и самият той може да разработи много методи, начини за решавайки задачата, оценете ги от гледна точка въз основа на дадените критерии, изберете най-добрия път при конкретни условия и решете проблема. По този начин основното, което отличава роботите от различни поколения, е обемът и сложността на задачите за обработка на информация, които възникват по време на тяхната работа.

1. Въведение……………………………………………..1

2. Какво е робот……………………………………...9

3. Роботиката не е работа……………………………..10

4. Произход на роботиката……………………………...10

5. Ръка на робот……………………………………………..14

6. Класификация на роботите…………………………………15

7. Какво могат съвременните роботи……………….17

8. Списък на използваната литература………………………18

Въведение

Дълго време два различни типа производство съжителстваха в различни отрасли на производството, почти без да се смесват или да си влияят.

Първият тип е силно автоматизирано и високоефективно масово производство, което се основава на високопроизводителни производствени и автоматични линии, многопозиционно и многоинструментално технологично оборудване. Мащабната автоматизация на автомобилната, тракторната, лагерната, часовникарската промишленост и други индустрии, която започна през 50-те години, доведе навсякъде до създаването на „безпилотни“ индустрии в мащаба на обекти и дори работилници. Но доскоро такова производство се основаваше главно на специално оборудване, което нямаше „гъвкавост“, способността да се преконфигурира за производство на различни продукти. В резултат на това при смяната на производствените съоръжения по-голямата част от технологичното оборудване, инструменталната екипировка и инструментите бяха отписани, независимо от тяхното физическо състояние.

Вторият тип е неавтоматизирано серийно и индивидуално производство, което винаги се е основавало на универсално технологично оборудване с ръчно управление, ръчен или механизиран монтаж, контрол, транспортиране и съхранение на продуктите. Такова производство има висока „гъвкавост“ по отношение на производството на голямо разнообразие от продукти, но е нископроизводително и изисква пряко човешко участие във всички елементи на производствения процес, главно на ниво ръчен труд.

Сега това „съжителство” е към края си, тъй като нито един от посочените видове производство не може да съществува в съществуващите традиционни форми.

Революционните трансформации на масовото производство са продиктувани от високия темп на научно-техническия прогрес и бързия оборот на производствените мощности. Удължаването на сроковете за производство на конкретен модел автомобил, трактор или електродвигател до период, сравним с максималното износване на производственото оборудване, означава изоставане в техническия прогрес. И отписването на огромно количество специално оборудване след няколко години или месеци работа е пагубно за икономиката.

Следователно, силно автоматизираното „безпилотно“ масово производство изисква „гъвкавост“, т.е. възможността за периодично мобилно приспособяване към широкомащабно производство на други продукти.

Серийното и индивидуалното производство трябва да претърпят не по-малко значителни радикални трансформации, като движещите фактори тук са преди всичко социалните фактори.

Бързото нарастване на образователното, културното и материалното ниво на работниците, когато преобладаващата част от работниците имат поне средно образование, значително промени нашите изисквания към условията на труд и съдържанието на трудовите процеси.

Ръчен труд, особено нискоквалифициран, монотонен и

тежък, става все по-непривлекателен, непрестижен,

нежелателно, особено за младите хора. Следователно техническият арсенал от неавтоматизирани средства за производство, който сега формира неговата основа, в обозримо бъдеще ще стане социално неприемлив, социално невъзможен. С други думи, пренастроеното производство изисква автоматизация, „безлюдност“ при извършване както на технологични, така и на спомагателни процеси.

Така към двата традиционни вида производство се налага добавянето на трето - гъвкаво автоматизирано производство, което е предназначено да осигури производството на голямо разнообразие от продукти, както на универсални машини, но без човешка намеса, така и на автоматични линии.

Има всички основания да се смята, че следващото десетилетие ще бъде повратна точка в развитието на производствените технологии, историческа граница между епохите на господството на ръчното и автоматизираното производство. Защото в момента, от една страна, има спешна социална необходимост от това, а от друга, необходимите научни и технически предпоставки, свързани с появата и развитието на много нови средства за автоматизация.

Те включват на първо място автоматични системи за управление, базирани на компютърни технологии и индустриални роботи, които са предназначени да революционизират производството и да го издигнат на качествено по-високо ниво.

Появата и развитието на индустриалните роботи несъмнено е едно от най-големите постижения на науката и технологиите през последните години. Те направиха възможно разширяването на обхвата на работата по автоматизацията на технологичните и спомагателните процеси и отвориха широки перспективи за създаване на автоматични машинни системи за гъвкаво, реконфигурируемо производство.

Индустриалните роботи са избегнали периода на недоверие и подценяване и трудностите на формирането. Напротив, нито едно техническо средство не е получило толкова възторжени похвали дори предварително, нито едно не е получило толкова голямо внимание. Можете да добиете представа за това поне от материалите в тази книга. У нас за кратко време е създадена цяла мрежа от специализирани предприятия и организации по роботика в много машиностроителни и уредостроителни министерства. Ако през десетата петилетка са произведени около 6 хиляди, през единадесетата - почти 50, то през дванадесетата петилетка се планира производството на около 100 хиляди индустриални робота.

Изглежда, че комбинацията от безусловна прогресивност и повишено внимание трябваше да осигури триумфалното шествие на роботите, техния значителен принос за решаването на проблемите с интензифицирането на производството, намаляването на ръчната работа и т.н. Това обаче все още не се случва.

Ще си позволя да твърдя, че роботизацията на производството в момента изживява сериозна криза, изразяваща се в явно несъответствие между изразходваните усилия и средства, от една страна, и реалното им въздействие, от друга. И кризата е причинена не от някакви внезапно открити недостатъци на индустриалните роботи, а от грешни изчисления при прилагането на техническата политика в областта на роботизацията.

Авторът на книгата предоставя някои данни за това. Според анализ в Англия 44% от компаниите, занимаващи се с роботизиране на производството, са обявили провали, като тази цифра изглежда доста подценена, тъй като не всяка компания смее да признае провалите си. Половината от тези компании обявиха прекратяване на работата по роботизирането на производството.

Според нас настоящата ситуация се дължи на комплекс от обективни и субективни фактори.

Развива се фундаментално ново научно и техническо направление и трудностите и провалите са неизбежни. Индустриалните роботи имат твърде кратка история, за да имат някои предимства и никакви недостатъци в дизайна и практиката.

Има обаче нещо повече от това. Дълго време на индустриалните роботи не се гледаше като на ефективно средство за повишаване на ефективността на производството, а само като на вид еквивалентен заместител на хората в производството, предназначен да ги освободи от монотонната и трудна, непривлекателна ръчна работа. Като червена нишка върви именно тази представа за робота като „железен човек“ с мускули от стомана и мощен електронен мозък, който не скача и не стачкува, а работи неуморно денонощно и целогодишно в цялата книга на П. Скот.

Разбира се, тази красива легенда, която обещава да освободи работниците от ръчен труд с един замах, а мениджърите от много притеснения и трудности, ако роботите бъдат незабавно закупени и използвани в големи количества, се оказа необичайно привлекателна в определен момент. Тя беше умело стимулирана от индустриални фирми, които инвестираха много пари в организирането на производството на индустриални роботи, и беше подхранвана от медиите. И за момента трезвите гласове бяха удавени в тази мощна „шума за роботи“.

Разбира се, концепцията за „хуманизиране“ на индустриалните роботи изигра определена положителна роля в ранните етапи на роботиката поради своята простота и яснота, особено за тези, които не познават дълбоко тънкостите на производството, но имаха право да решат. Това помогна за формирането на нова посока, премахна много препятствия от пътя на малкото ентусиасти по това време и ускори развитието и създаването на първите поколения дизайни.

Но по-късно, когато промишлените роботи започнаха да навлизат в широкото поле на производствена употреба, концепцията за „робот замества човек“, изолирано от крайните задачи и останалата част от арсенала от технически средства за производство, беше източник на много трудности и провали днес.

Първо, тя е дълбоко погрешна по същество. Един робот не може да замени човек. Човек може да бъде заменен само с друг човек, за предпочитане по-силен, по-квалифициран, съвестен.

В разнообразието от функции и възможности, които са подчинени на човека, включително в областта на производството, роботите са в състояние да поемат само няколко функции, които в много случаи не надвишават възможностите на такива традиционни средства за механизация и автоматизация като колана конвейери, вибрационни товарни устройства, конвенционални манипулатори с циклично управление, които са известни от десетилетия. Нещо повече, всички тези отличителни свойства в сравнение с хората, които с ентусиазъм приписваме на индустриалните роботи, всъщност са обикновени свойства на всяко техническо средство за производство. Конвейерната лента също замества човек, освобождавайки го от тежкия физически труд, представете си армада от товарачи с чанти на раменете, които тръсват през целия цех. Лентовият конвейер не пуши, не бягства и не изисква апартамент за семейство или място в детска градина, но на никого не му хрумна да оправдае използването на тези конвейери с такива аргументи, например в сравнение с верижни транспортьори.

Идеализираната идея за роботи, които са се развили сред широки слоеве от населението под влиянието на медиите, за които се предполага, че са способни напълно да заменят хората в производството и да направят възможно извършването на „технологична революция“ в най-кратки срокове , възстановяване на основите на индустриалното производство и т.н., не отразява реалното състояние на нещата. В действителност бързото масово въвеждане на роботизирани системи до голяма степен дестабилизира промишленото производство и създаде много сериозни проблеми. Това се случи, защото реалните възможности на роботите бяха преувеличени и някои примерни примери бяха представени като типични. Този опростен и неточен възглед за роботите е вреден дори само защото прикрива проблемите, срещани на практика, и може да накара потребителите да направят неинформиран избор.

Погрешното разбиране на роботизацията, насочено не към решаване на фундаментални проблеми за повишаване на ефективността на производството (качество, производителност, цена), а само към симулиране на някои ръчни човешки действия с надеждата, че всичко останало ще последва, също не е толкова безобидно, колкото може да изглежда .

Първо, оттук нататък е само една стъпка до роботизацията заради самата роботизация. И като следствие разочарование и дискредитация, защото производството със своите сурови закони неизбежно отхвърля скъпите, бавни и ненадеждни дизайни. Второ, самите разработчици, действайки на принципа „ако само роботът може да манипулира“, започват да търсят най-лесните, а не най-ефективните начини.

Наистина, от гледна точка на възможностите за повишаване на ефективността на производството, различните видове роботи далеч не са еквивалентни. По този начин използването им при операции по заваряване, боядисване, галванопластика и почистване може значително да подобри качеството на продукта, главно поради стабилизирането на технологичните условия. Тук се увеличава производителността на оборудването поради „многоръчността“, скоростта на работа, повишената товароносимост, човекът е напълно отстранен от работната зона и се отървава от труда в неблагоприятна среда.

В същото време, при зареждане на металорежещи машини, индустриалните роботи не влияят на качеството на продуктите. По отношение на производителността на оборудването, като правило, има загуба, тъй като ръчното зареждане на части с тегло до 3-5 kg ​​се извършва от човек няколко пъти по-бързо. Следователно печалбата може да бъде получена само от фонда за работна заплата и дори тогава тя е незначителна, тъй като един работник управлява 2-3 CNC машини без роботи. Защо тогава по-голямата част от разработките са насочени не към заваряване, боядисване, поцинковане, а към зареждане на металорежещи машини или преси, т.е. най-малко обещаващи области? Има само един отговор - ако подходите към роботизацията като задача за симулиране на човешки действия, тогава е по-просто, по-лесно, по-удобно.

Дълго време повечето промишлени роботи бяха създадени като подови конструкции, което беше резултат от волна или неволна имитация на човек, който стои и обслужва машина.

Според нашите данни подовите промишлени роботи съставляват 53% от общия брой, други 39% са монтирани на основни единици оборудване и само 8% са окачени конструкции (портални и др.).

Междувременно монтираните на пода конструкции са най-нерационалните и неикономични, тъй като изискват значително допълнително пространство, причиняват психологически стрес по време на настройка и поддръжка и имат минимални възможности за обслужване на „много машини“.

Но индустриалните роботи могат да работят „с главата надолу“ и дори по-добре!

Роботът е различен от робота! И въпреки че авторът изразява тази очевидна идея, в останалата част от съдържанието на книгата няма разграничение между транспортно-товарните и технологичните роботи; перспективите и ефективността на индустриалните роботи се разглеждат като вид универсална и като цяло безконфликтна категория.

Днешната практика разсейва подобни илюзии. Днес най-потенциално ефективните роботи са за точково и шевно заваряване, включително в автомобилната индустрия. Но и тук опитът от внедряването говори за труден и сложен процес на повишаване на мобилността на роботите, тяхната скорост и надеждност при работа, който трябва да бъде завършен, докато потенциалните възможности станат реалност.

В сравнение с традиционните поточни и автоматични линии за заваряване в автомобилната индустрия, роботизираните комплекси на теория трябва да осигурят значително по-голяма гъвкавост в работата на оборудването: когато се премине към производството на всеки нов модел автомобил, по принцип е достатъчно да се въведе необходимите промени в програмата, с която се управлява роботът. В действителност обаче такива гъвкави системи все още не съществуват. Днес роботизираните системи са адаптирани да произвеждат много ограничен брой видове продукти. Ако, например, квалифициран работник практически се нуждае само от няколко секунди, за да премине от една производствена операция към друга, тогава препрограмирането на роботите или, ако е налична необходимата програма, преконфигурирането им във връзка с прехода към производството на автомобил с различен тип тяло, макар и от същия модел, е доста труден процес. Реални промени в тази област ще настъпят едва с въвеждането в производството на нови поколения промишлени роботи, които имат значително по-голямо количество „памет“ и с разработването на по-модерни езици за програмиране. Достатъчна е най-малката неизправност на един от роботите и работата по цялата линия автоматично спира. По този начин оборудването не работи и често, когато определят причината за повредата и тежестта на неизправността, представителите на сервиза за ремонт правят неточни заключения и прогнози, надценяват или подценяват очакваното време, необходимо за отстраняване на неизправността.

Неслучайно в много промишлени предприятия в края на всяка конвейерна линия е инсталирано допълнително оборудване, което позволява ръчно извършване на онези операции, които един или друг неуспешен робот не може да извърши. Подобни действия, в резултат на които делът на ръчния труд в роботизираните зони за кратко време се увеличава до 30-40 °/o, често стават причина за сериозни проблеми.

Към днешна дата митът за непогрешимостта и всемогъществото на индустриалните роботи, според който автоматизацията на производството се свежда до неговата роботизация, замяната на работниците в производството с индустриални роботи, не донесе нищо друго освен вреда. Тази концепция предполага, че технологичните процеси, дизайни и оформления на машините остават по същество на същото ниво, но са освободени от необходимото човешко присъствие. Това не е вярно. Съдържанието на всеки производствен процес са били и ще бъдат технологичните процеси за получаване на материали, тяхната обработка, контрол и монтаж на продукти, материализирани в дизайна и оформлението на машини, апарати и техните системи. Именно в тях са заложени всички потенциални възможности за качеството и количеството на продуктите и икономическата ефективност на производството. Никаква автоматизация или роботика не може да осигури повече от това, което е присъщо на технологията.

В същото време всички технологични процеси на неавтоматизираното производство имат нисък потенциал поради ниската интензивност, липсата на концентрация на операциите и тяхната комбинация във времето. Едностранното заместване на човешки функции в системи, които са били развивани в продължение на десетилетия във връзка с уврежданията, е безполезно.

Значително количество автоматизирано роботизирано оборудване, проектирано от висококвалифицирани разработчици, се оказа неуспешно само защото всички усилия на разработчиците бяха насочени към „изкореняване“ на ръчните операции и бяха пренебрегнати въпросите за качеството на продуктите, скоростта на машините и тяхната надеждност. С други думи, правилните общи лозунги като „ръчен труд на раменете на машините“ понякога се разбират формално и директно и се опитват да намалят автоматизацията до създаването на технически средства, които имитират ръчни човешки действия при манипулиране или управление на машини. В резултат на това се появява ново оборудване, което работи, както сега е модерно да се казва, използвайки „безпилотни технологии“, но е обемисто и скъпо, нископроизводително и ненадеждно и в крайна сметка икономически неефективно.

Автоматизацията на производството е сложна проектна и технологична задача за създаване на ново оборудване, което е коренно различно от техническия арсенал на неавтоматизираните производствени средства.

Общата насока на комплексната автоматизация на производствените процеси е не замяната на хората при обслужването на известни машини и устройства, а създаването на високоинтензивни технологични процеси и високопроизводителни средства за производство, което по принцип би било невъзможно с прякото участие на хората.

Правилното разбиране на същността на автоматизацията и основния фокус на работата в тази област е необходима предпоставка за формирането на научни принципи и научни основи на техническата политика в областта на роботизацията на производствено ниво.

Характеристика на съвременния етап на научно-техническия прогрес е, че определящият фактор в развитието на новите технологии е ограничеността на материалните и човешките ресурси. Необходимо е да се изберат ограничен брой обекти за развитие по такъв начин, че при реални възможности да се получат най-големи социално-икономически резултати.

Стратегически това означава обръщане към приоритетно техническо преоборудване именно на онези части от производството, където можем да постигнем резултати чрез използването на съвременна технология, нови методи и процеси - концентрация на операции, многопозиционна и многоинструментална обработка. или монтаж.

В тактически план това означава да се избягва тиражирането на тези технически средства за роботизация, които не дават високи крайни резултати или тези резултати са едностранчиви, например намаляване на времето за ръчна поддръжка. В този случай, при специфични производствени условия, трябва да се ръководите, заедно с добре познатите методи за изчисления и обосновка, от редица принципи на техническата политика.

Първият принцип е принципът за постигане на крайни резултати: роботиката не трябва просто да имитира или замества човешките действия, а да изпълнява производствените функции по-бързо и по-добре, само тогава те ще бъдат наистина ефективни. Промяната на броя на която и да е категория работници или замяната на ръчната манипулация с автоматична не е целта и не е резултатът.

Анализът на работата по автоматизация показва, че 60-70% от икономическия ефект се получава поради по-високата производителност на автоматизираното оборудване в сравнение с неавтоматизираното оборудване; 15-20% - поради повишаване или стабилизиране на качеството и само 10-15% поради спестявания във фонда за работна заплата. Следователно, когато се планира и обосновава работата по роботизация, е необходимо първо да се анализира как планираните дейности могат да повлияят на качеството и количеството на произвежданите продукти; брой обслужващ персонал.

Именно тези фактори са осигурили приоритетното развитие на технологичните промишлени роботи, които позволяват да се извлекат ползи от всички източници на ефективност чрез подобряване на качеството на продуктите, увеличаване на производителността на машините и намаляване на броя на производствения персонал, работещ в трудни и вредни условия. производствени условия.

Вторият принцип на техническата политика при роботизацията на производството е принципът на комплексния подход. Всички най-важни компоненти на производствения процес - производствени съоръжения, технологии, основно и спомагателно оборудване, системи за управление и поддръжка, персонал, обезвреждане на отпадъци - трябва да бъдат разгледани и в крайна сметка решени на ново, по-високо ниво. Понякога е достатъчно да загубите от поглед поне един компонент от производствения процес, например дизайна на продукт, и цялата система от мерки за автоматизация се оказва неефективна. Още по-необещаващи са опитите да се намали автоматизацията само до трансформацията на отделни компоненти, да речем, създаването на сложни и скъпи микропроцесорни системи за управление при запазване на изостанала технология и има много такива примери. Както индустриалните роботи, така и автоматизираните системи за управление трябва да бъдат разработени и внедрени, като се вземе предвид напредъкът на технологиите и дизайна и да бъдат интегрирани, за да се адаптират към производствените изисквания - само тогава те ще бъдат ефективни.

Третият принцип на техническата политика в автоматизацията на производството е принципът на необходимост: инструментите за роботизация, включително най-обещаващите и прогресивни, трябва да се използват не там, където могат да бъдат адаптирани, а там, където не могат да бъдат изоставени.

Значението на съвременната електроника и компютърна техника е не само и не толкова в замяната на функциите на човека при обслужването на известни машини, но преди всичко в възникващите възможности за създаване на тяхна основа на средства за производство, които не могат да бъдат създадени преди.

По-голямата част от универсалните металорежещи машини, преси и заваръчни инсталации са еднопозиционни и едноинструментални. Те обработват само един продукт наведнъж с един инструмент. Това се обяснява с ограничените възможности на човек, който не може едновременно да управлява няколко процеса или обекта. Използването на съвременна електроника дава възможност да се създаде оборудване с висока степен на концентрация на технологичния процес, с много едновременно работещи механизми и инструменти. Следователно техническата политика, особено при създаването на роботизирани производствени системи за масово производство, трябва да бъде насочена предимно към проектирането и внедряването на многоинструментални и многопозиционни машини с диференциация и концентрация на операции, които са десетки пъти по-производителни от конвенционалните единични -позиционно оборудване и където ръчни, нероботизирани операции са невъзможни. Няма нужда да се състезавате с човек, където той е „вкоренен“; Човек трябва търпеливо да търси приоритетни цели за роботизация за тези, при които човек, съчетан със съществуващи механизми, няма да може да се конкурира с робота.

И накрая, четвъртият принцип е принципът на своевременността: въвеждането и тиражирането на недостатъчно зрели технически решения е неприемливо.

За съжаление, често, опиянени от широките перспективи на роботизацията, ние се стремим бързо да копираме дизайна на роботи, които едва са били доведени до нивото на „способни да функционират“.

В крайна сметка въвеждането на скъпи, ненадеждни и бавно работещи системи и средства за автоматизация води само до тяхното дискредитиране.

Развитието на роботизацията като ново научно и техническо направление несъмнено беше повлияно от факта, че първоначално създаването на промишлени роботи започна да се извършва от специалисти по компютърни технологии, техническа кибернетика и др., Които преди това не са се занимавали с проблеми на автоматизацията на производството и съвсем искрено вярваха, че най-важното нещо - 370 създават дизайн на робот, на първо място, неговата система за управление и набор от контролни програми за манипулационни процеси, които имитират човешки действия, а останалото, както се казва, ще бъде въпрос на технологиите. Към тази група специалисти по роботика принадлежи и авторът на книгата. Очевидно не е случайно, че авторът, цитирайки много имена и адреси на разработчици на структури, схеми и софтуер, не разглежда нито един конкретен пример за производство, цехово внедряване на промишлени роботи, ограничавайки се само до общи разпоредби и препоръки.

Индустриалните роботи не са нещо свръхестествено. Тяхното прилагане може да бъде ефективно или нерентабилно, да намали недостига на персонал или да го изостри - всичко зависи от конкретните условия.

Значението на индустриалните роботи не е да заменят хората в обслужването на добре познати машини. Те бяха липсващото звено, което направи възможно комбинирането на различни технологични съоръжения в сложни гъвкави автоматизирани производствени системи от машини и устройства. Бъдещето принадлежи на такива системи. Затова индустриалните роботи ще продължат да се развиват и да завоюват нови позиции, колкото и да се опитваме да ги дискредитираме с прибързани и необмислени действия. Не бива обаче да се бъркат перспективите с реалните възможности на днешния ден. Много противоречиво е, като се има предвид несъвършенството на дизайна и липсата на подготвеност на производството, както и допуснатите грешки, че индустриалните роботи в близко бъдеще могат значително да повлияят на общото ниво на ръчна работа в производството, особено на нивото на производителност на труда във всички възможни приложения.

Въпреки това бъдещето принадлежи на индустриалните роботи. Ще дойде време, когато ще бъде толкова трудно да си представим както производството, така и ежедневието без индустриална роботика, както днес без кола или телевизор.

Сега техническото ниво на индустриалните роботи расте с бързи темпове. Прогресът на роботиката днес като ключ към успеха на роботизацията утре – това е лайтмотивът на книгата, с който човек не може да не се съгласи. Разкриването на бъдещето на индустриалните роботи от гледна точка вече не на научна фантастика, а на конкретен научен анализ и прогнозиране е изключително важна, вълнуваща задача.

Какво е робот?

1 Листът се изрязва с ръчен инструмент.

БИОГРАФИЯ НА РОБОТИКАТА

За какво е цялата врява? Основи на роботиката

Роботика, не роботи

Тази книга е за потенциално широката област на роботиката, а не само за роботите, които вече съществуват. С други думи, тази книга е написана във време, когато страстите бушуват около създаването и използването на роботи и ако тя беше посветена само на тези проби, които са били налични по време на писането, тогава това, което четете сега, би било безнадеждно остарял.

Темповете на развитие на роботиката са свързани с успехи в областта на подобряването на компютрите. Често цитираните статистики за тях са следните. Ако автомобилната индустрия беше напреднала толкова бързо, колкото компютърните технологии, една кола Rolle Royce преди тридесет години сега щеше да струва £2, да изпълни целия си живот с една пинта бензин и да има достатъчно сцепление за изкачване на стръмни хълмове. Този пример донякъде показва колко бързо напредва роботиката. Въпреки това, въпреки че технологията става все по-сложна с непрекъснато нарастваща скорост, принципите, залегнали в основата на бързото развитие, се променят сравнително бавно. Овладяването на тези принципи е ключът към отключването на тайните на новата мощна „експлозия“ на роботиката.

Произход на роботиката

Човечеството се стреми да създаде механична версия на себе си много преди да започне първата работа в тази посока, което в крайна сметка доведе до успешното използване на индустриални роботи в началото на 60-те години.

През цялата история човечеството въображаемо е създавало машини със способността да усеща (поне частично). В древногръцките митове богът на огъня Хефест бил придружаван, помагайки му, от две живи статуи, изработени от чисто злато. По-късно той построява бронзовия гигант Талус, за да защити остров Крит от вражеско нашествие. Преди повече от две хиляди години, Героите на Александрия, в своя Трактат за пневматиката, описват много автомати, като движещи се фигури и пеещи птици - точно като древногръцкия Дисниленд. Интересното е, че тези прекрасни играчки останаха единствената реална употреба на пневматиката.

Около 1500 г. Леонардо да Винчи построява механичен лъв за Луи XII, който, когато кралят влиза в Милано, се придвижва напред, разкъсва гърдите му с ноктите си и показва герба на Франция. Такива все по-сложни механични автомати остават модерни през следващите четири века. Но думата „робот“ навлиза в английския език едва в началото на ХХ век, след пиесата на Карел Чапек „.R U.R.“ (Rossum Universal Robots). В пиесата „роботите“ са отгледани биологично и не могат да бъдат разграничени от хората, освен по липсата на емоции. Самият термин произлиза от чешката дума „работа“, което означава принуден

труд, и от думата „работник“, което означава роб. Въпреки че тези същества в пиесата днес биха били наречени „андроиди“, а не „роботи“ (които сега се приемат за механични), злоупотребата с думата е широко разпространена.

Думата „роботика“ (роботика) е измислена от майстора на научната фантастика, писателя Айзик Азимов. В разказа „Скитникът“, който се появява през март 1942 г. в колекцията „Удивителна научна фантастика“, А. Азимов за първи път излага трите известни закона на роботиката.

1. Роботът не може да причини вреда на човек или чрез бездействие да позволи да бъде причинена вреда на човек.

2. Роботът трябва да изпълнява заповеди, дадени от човек, освен ако тези заповеди не нарушават първия закон:

3. Роботът трябва да се защитава, освен ако това не нарушава първия или втория закон.

Въпреки че А. Азимов не го осъзнаваше по това време, тогава думата „роботика“ се появи за първи път в печат. Джо Енгелбергер, основател на Uni-mation, считан за баща на съвременната индустриална роботика, отбеляза, че трите закона на А. Азимов остават и до днес стандартите, които специалистите по роботика трябва да следват при проектирането.

Какво е робот"

Към днешна дата не е разработена единна концепция за това от какво се състои роботът. Дори по отношение на сравнително наскоро възникналата концепция за „индустриален робот“, няма международно споразумение за нейното определение; границите на термина са определени доста произволно. Например в Япония роботът е устройство, което работи на принципа на вдигане и спускане, тоест проста механична ръка, чиито движения са ограничени от механични ограничители. На Запад обаче такова устройство, което няма гъвкавост (освен ако някой не премести ограничителите), се счита за специален тип твърд автомат, а не робот.

И така, кога си имаме работа с роботизирана система и кога просто с традиционна форма на автоматизация?

Например, поставена е задача: да се изреже парче от голям метален лист. Нека разгледаме както самата операция по рязане, така и манипулирането на листа. Възможностите за решаване на този проблем в съответствие с нивото на сложност на използваните технически средства могат да бъдат представени в следната последователност.

1. Човек огъва листа напред-назад с ръка, докато парче от металния лист се отчупи.

2. Листът се изрязва с ръчен инструмент.

3. Листът се изрязва с помощта на инструмент с някакво задвижване.

4. Листът се изрязва със специално оборудване под човешки контрол.

5. Машината за рязане автоматично изпълнява предварително зададената последователност на рязане, която не може да бъде променяна; Листът се зарежда от човек или производствена линия.

6. Устройството за вземане и поставяне взема листа от една фиксирана позиция и го зарежда в машината, която след това реже листа в определена последователност. Позицията на листа, който трябва да се вземе, и последователността на операциите на рязане могат да се променят чрез механично превключване на машината.

7. Прост робот със система за контрол на позицията взима лист от произволна позиция и го зарежда в машина, която изрязва един от няколко възможни профила и конфигурации (възможни в зависимост от това откъде роботът взема листа).

8. Робот с непрекъснат контрол на пътя внимателно взима един от многото листове и с контролирано ускорение го зарежда в машина, която реже един от много сложни профили.

9. Цялата роботизирана система е част от много по-голяма компютърно контролирана система. Видовете профили могат да варират в зависимост от гамата на произвежданите продукти.

10. Цялата роботизирана система използва значително количество визуална и тактилна информация, например, за да намери лист.

Нива от едно до шест се считат (на Запад) за твърда (или специализирана) автоматизация, въпреки че е ясно, че на ниво шест вече е постигната значителна гъвкавост. Седмото ниво е най-простата роботизирана система, тъй като възможността за промяна на програмираните движения на манипулатора позволява да бъде класифициран като робот. Освен това, металорежещата машина може да бъде оборудвана с устройство за компютърно цифрово управление (CNC). Тази автоматична машина се управлява от мини или микрокомпютър с помощта на предварително записана последователност от машинни операции. Въпреки това, въпреки че може да бъде препрограмирана, CNC машината не може да бъде класифицирана като робот, тъй като може да реже само метал, например. Устройствата от ниво 9 и 10 вече имат ограничена употреба във фабриките, но тяхното широко разпространение е ограничено от необходимостта да се решат редица проблеми.

Сега се приемат различни дефиниции на роботите. По правило роботи се наричат ​​механизми, които напълно или частично имитират човек - външен вид, действия, понякога и двете. Що се отнася до дефинициите за индустриален робот, те се различават по степента на обобщеност. Например Японската асоциация на индустриалните роботи разделя роботите според тяхното ниво на сложност на шест класа: ръчни манипулатори; устройства за прибиране и падане; програмируеми манипулатори; ръчно обучени роботи; роботи, управлявани на език за програмиране; роботи, които могат да реагират на околната среда.

В Европа и САЩ терминът „индустриален робот“ не включва първите два класа от японската интерпретация. Британската асоциация по роботика (BRA) определя робота като „препрограмируемо устройство, предназначено да обработва и транспортира части, инструменти или специализирано оборудване чрез променливи, програмируеми движения за изпълнение на специфични производствени задачи“. Дефиницията, използвана от Американския институт по роботика, е до голяма степен подобна на тази на BAR и характеризира робота като „препрограмируем многофункционален манипулатор, предназначен да движи материали, части, инструменти или други специализирани устройства чрез програмируеми движения за изпълнение на различни задачи“.

По този начин терминът „робот“, както се тълкува на Запад, не обхваща устройства като дистанционно управлявани манипулатори (телеоператори), изкуствени крайници, базирани на бионични принципи, или протези, тъй като тези устройства се управляват от хора, въпреки че са базирани на същата технология като роботите. Японската класификация на устройствата за вземане и поставяне и ръчните манипулатори като роботи сериозно усложнява сравнението на производствените статистики и използването на роботи в Япония, Западна Европа и Съединените щати. Въпреки това, за да се преодолее това объркване, японците предложиха

или терминът мехатроника, който подчертава връзката между механиката и електрониката като основна характеристика на всички видове тази технология.

Ръка на робот

Вероятно мобилните роботи един ден ще станат широко разпространени, но в момента нивото на развитие, което индустриалните роботи са достигнали, се характеризира най-добре с концепцията за „механична ръка“, прикрепена към пода, стената, тавана или машина, оборудвана с специален краен ефектор, който може да бъде грайфер или някакъв вид инструмент, като заваръчен или бояджийски пистолет. Рамото се задвижва хидравлично, електрически и понякога пневматично в предварително програмирана последователност от движения под контрола на контролер, който обикновено е базиран на микропроцесор и е способен да определя позицията на рамото чрез устройства за обратна връзка във всеки възел.

Роботите обикновено се програмират от оператори чрез движение на ръка в желана последователност или чрез възпроизвеждане на тази последователност с помощта на устройство за дистанционно управление. Някои сложни роботи могат да бъдат програмирани директно с глас, давайки заповеди да се движат на дадено разстояние и в дадена посока. Най-новите роботи са оборудвани със сензорна обратна връзка и са в състояние да реагират на случващото се в непосредствена близост до тях. За да се увеличи обхватът на работното пространство, в което ръката може да действа, роботите се монтират върху водачи или рамки и по този начин им се осигурява ограничена подвижност. Гамата от размери е доста голяма – от миниатюрни монтажни роботи, способни да маневрират в пространство от около десет кубически сантиметра, до роботи, създадени от Lamberton Robotics в Шотландия, които могат да местят изковки с тегло до 1,5 тона. в пространство от няколко кубически метра.

Въпреки това по-голямата част от индустриалните роботи могат да бъдат оприличени на човек, който е сляп, глух, ням, еднорък, със вързани и покрити с бетон крака. Но въпреки тези „невероятни наранявания“, роботът вече има изключителен принос към производството. Това обаче стана възможно само благодарение на факта, че средата, в която работи, до наши дни е специално „изградена“ за нея и не е идентична със средата, в която човек е извършвал същата работа.

Класификация на роботите

В допълнение към класифицирането на роботите по конфигурация на ръцете, други принципи на класификация се използват широко.

Роботи с твърда и променлива последователност от движения. Устройства от този тип, работещи на принципа „вдигане и спускане“, въпреки че, строго погледнато, не принадлежат към роботи, въпреки това често се наричат ​​роботи с твърда последователност от движения. Ходът във всяка посока на движение по оста се определя от инсталирането на механични твърди ограничители, а сензорите обикновено са представени от крайни изключватели, които могат да усещат само крайни точки, а не междинни. Такива устройства не могат да бъдат препрограмирани за изпълнение на нова задача. Те трябва да бъдат пренастроени и отстранени грешки като традиционните автоматични механизми.

Роботи с променлива последователностможе да изпълнява различни задачи или последователности от операции според новата програма. Понастоящем обаче са създадени устройства „вземи и сложи“, които включват различни твърди спирания според съответната програма. Например, роботът MXU Senier от ACEA има седем ограничителя, инсталирани на всяка ос, всяка от които може да се управлява според собствена програма, което прави възможно извършването на сложни последователности. Освен това, разбира се, в индустрията винаги има изкушение да се класифицират всякакви манипулационни устройства от типа „вземи и сложи“ като роботи.

. Роботи със и без система за проследяване. Роботите с променлива последователност трябва да могат да спрат отделна ръка във всяка точка от нейната траектория. Има два подхода за решаване на този проблем. В най-простото техническо решение контролерът просто изпраща енергия към възела веднага щом получи сигнал, че ръката трябва да заеме желаната позиция. При използване на някои специални електродвигатели (стъпкови двигатели и др.). Този подход е приемлив, но като цяло управлението с отворен цикъл без обратна връзка относно информацията за действителното положение на конкретен възел е много неточно - ръката на робота може да се забие някъде и да спре да се движи напълно. Следователно във всички роботи, с изключение на образователните, те използват различно решение на проблема, което включва поставяне на сервомеханизъм на всеки възел, който ефективно контролира действителната позиция на възела и позицията, която контролерът „иска“ възелът да заема, и след това премества ръката, докато позициите съвпаднат. Роботите, които използват управление със затворен цикъл, се наричат ​​серво роботи или просто серво роботи.

Роботи със системи за позициониране и контуриране(действащи от точка до точка и по непрекъснат контролен път). Двата вида контролери, използвани в индустриалните роботи, имат следната характеристика. Много роботи от първите поколения имаха достатъчно компютърна памет, за да запомнят само отделни точки в пространството, по които трябва да се движи ръката. Траекторията на движението на ръката между тези точки не беше уточнена и често беше трудно да се предвиди. Такива позиционно контролирани роботи са все още широко разпространени и доста подходящи за работа като точково заваряване. Тъй като цената на устройствата за съхранение намаля, стана възможно да се увеличи броят на съхранените точки. Много производители използват термина многоточково управление, когато много голям брой отделни точки могат да бъдат съхранени в компютърната памет.

Някои видове работа (боядисване със спрей и електродъгово заваряване) изискват рамото на робота да бъде непрекъснато контролирано по пътя. Тези контурно контролирани роботи всъщност разделят непрекъснат път на голям брой отделни точки, които са тясно разположени една от друга. Позициите на точките се записват по време на програмиране или се изчисляват по време на действително движение чрез интерполация, например между две точки за образуване на права линия. Тези роботи могат да се разглеждат като естествена еволюция на позиционно контролирани системи. Всъщност има „сива зона“, в която многоточковите системи за управление могат да апроксимират непрекъсната траектория на системата, ако ръката на робота не спира във всяка отделна точка, а плавно преминава през тях.

Роботи от първо, второ, трето поколение. Първото поколение роботи обикновено включва „глухи, неми и слепи роботи“, които се използват широко в предприятията. Роботи от второ поколение, които наскоро се появиха в лабораториите, вече могат да бъдат намерени във фабриките. Роботите от второ поколение са много подобни на роботите от първо поколение. Те използват различна сензорна информация за околната среда, за да коригират поведението си, когато извършват производствена операция (което съответства на най-сложния, шести клас в японската класификация на роботите, спомената по-рано). Сензорните системи включват устройства за зрение и тактилни сензори, които осигуряват „усещането за допир“.

Някои роботи от второ поколение се наричат ​​интелигентни роботи. Но този термин трябва да се припише на роботи от трето поколение, които все още не са дори в лаборатории. Изследванията за създаване на роботи, надарени със „здрав разум“, току-що започнаха. Въпреки това, подобно изследване наистина ще доведе до създаването на така наречените интелигентни роботи, които ще бъдат надарени с „чувства“ и способността да разпознават обекти във външния свят и по този начин; Така в бъдеще те до известна степен ще имат способността да действат самостоятелно.

Въпреки цялото разнообразие от критерии за класификация, има „сиви зони“. Например един прост сензор не прави устройството робот от второ поколение. Необходимо е сензорът да влияе значително върху действията на робота. Но какво означава „значително“? Освен това дори приетите дефиниции се различават една от друга. Някои експерти класифицират устройствата за взимане и спускане като първото поколение роботи, така че всички други видове роботизирани устройства се преместват с едно поколение нагоре.

Напълно възможно е в крайна сметка само роботи от второ поколение да се считат за истински роботи, класифицирайки първото поколение като програмируеми устройства, обикновени манипулатори и т.н.

Какво могат съвременните роботи

Използването на модерни индустриални роботи повишава производителността на оборудването и производителността на продукта, подобрява качеството на продукта, замества хората при монотонна и тежка работа и помага за пестене на материали и енергия. В допълнение, те са достатъчно гъвкави, за да се използват в средни и малки обеми на производство, области, където традиционните инструменти за автоматизация не са приложими. Малките продукти имат голям пазар. Изследванията показват, че по-голямата част от закупените части, дори от военните, са произведени в количества под 100, а в Обединеното кралство се изчислява, че приблизително 75% от всички метални части са произведени в количества под 50.

Роботите все още не притежават много от най-важните качества, присъщи на хората, например не са способни да реагират интелигентно на непредвидени ситуации и промени в работната среда, да се самообучават въз основа на собствения си опит и да използват фината координация на система ръка-око. Грайфер или подобни роботи се използват за манипулационни операции като премахване на грапаве, леене, почистване на слитък, коване, топлинна обработка, прецизно леене, машинно манипулиране, формоване, опаковане, палетизиране и складиране.

Вместо с хващачи, роботизираните ръце могат да бъдат оборудвани с различни инструменти за изпълнение на задачи, вариращи от боядисване със спрей, нанасяне на лепило и изолационни покрития до пробиване, зенкериране, затягане на гайки, шлайфане и пясъкоструене. Освен това роботите могат да се използват за точково и електродъгово заваряване, термична обработка и рязане с пламък или лазер и почистване с водна струя. Трябва да се отбележи, че първоначалните илюзии за възможността за създаване на универсален робот, способен да изпълнява почти всяка работа - от сглобяване до точково заваряване - вече са до голяма степен разсеяни. Роботите сега стават специализирани, превръщайки се в роботи за боядисване, роботи за заваряване, роботи за сглобяване и т.н.

И накрая, по отношение на потенциалната замяна на работниците със стоманени яки, трябва да се помни, че робот може да замени само някой, който „работи като робот“. Въпреки това, не е далеч времето, когато роботите ще могат да заменят хората не само в досадни, повтарящи се или напрегнати работни места, но и в работни места, за които преди се смяташе, че изискват умения, придобити чрез опит. Ето защо е разбираемо, че много хора са загрижени за разпространението на роботите поради възможно увеличаване на безработицата.

С появата на сложни роботизирани устройства вече не може да се каже, че роботите просто ще заменят хората на непривлекателни работни места, но човечеството е изправено пред деградация, ако продължи

Библиография :

Книга от V.I. Захаров и М.П. Василиева „Индустриални роботи“

Как е създаден медицински робот, който в много отношения превъзхожда известния Да Винчи? Това каза на кореспондента на RG директорът на Института по дизайн и технологична информатика на Руската академия на науките, доктор на техническите науки Сергей Шептунов.

Телевизионни репортажи за уникална операция, извършена от наш медицински робот, станаха сензация. Вярно, Роуз все още е на прасето. Историята за робота беше придружена от гръмки епитети. Според вас тук няма ли журналистическо преувеличение?

Сергей Шептунов:Честно казано, не обичам нито шумните, нито тихите епитети. Но разбирам, че журналистите си вършат работата. Да, редица показатели са по-добри от тези на робота Да Винчи, но винаги съм повтарял, че именно той на времето си стана революция, пионер в хирургията.

По какви начини и защо този поръчан от НАСА робот успя да надмине най-виртуозните хирурзи?

Сергей Шептунов:Дори най-забележителният хирург е ограничен от физиологията. Например, размерът на ръцете ви не ви позволява да достигнете до някои зони на операцията с максимален комфорт. Ръката винаги леко трепери, което може да повлияе на точността на работата. Тоест, развитието на хирургията удари тавана на човешките възможности, необходимо е да се търсят нови технологии, да се прехвърлят операциите на ново ниво, по-малко зависимо от човека. Такъв пробив беше хирургическият робот Да Винчи. Това не е традиционен автоматичен робот. Той повтаря движенията на ръцете на хирурга, но само на микро ниво. Инструментът се движи на милиметри в тялото на пациента.

След като натрупа опит в операциите, роботът ще научи много и ще може да коригира лекаря, предполагайки например, че е насочил иглата на грешното място. снимка: РИА новини

Предимствата на такава машина са очевидни. Да кажем, коремната операция на простатната жлеза е много трудна, защото е труднодостъпна, пациентът губи до 1,5 литра кръв. А роботът прави само 3-4 пробиви с диаметър няколко милиметра, през които се вкарват инструменти и 3D камера. Загубата на кръв е само 20-50 милилитра. Тоест операцията е много щадяща.

По-нататък. В някои случаи коремната операция продължава 1,5-2 часа, а роботът помага да се извърши за 30 минути. Пациентът може да бъде изписан на третия ден. Това означава, че ефективността на клиниката се повишава и тя може да обслужва много повече пациенти. С една дума, всичко би било страхотно, но Da Vinci, в допълнение към възторжените отзиви, постепенно натрупа много сериозни оплаквания.

Изглежда толкова перфектна машина. По света годишно с негова помощ се извършват стотици хиляди операции. И въпреки това лекарите са недоволни...

Сергей Шептунов:Винаги искаш най-доброто. Например, лекарите искат да подобрят точността на работата си. Но основното оплакване за цената е около два милиона долара. Между другото, красноречива цифра свидетелства за факта, че всичко не е толкова добро. Ако сравните броя на хирургическите роботи в света с броя на операциите, които извършват, получавате една операция на всеки два дни. Изглежда, че за да се изплати, трябва да „оре“ денонощно, но повече стои празен, отколкото работи. Поради това е трудно един робот да се впише в осигурителната система. Цената на операцията винаги ще бъде много повече, отколкото застрахователната компания може да плати. И това според мен е основното, което възпира масовото навлизане на такива технологии.

Всичко това ли беше причината да се създаде руски евтин медицински робот?

Сергей Шептунов:Не просто евтино. Ние, заедно с група хирурзи, ръководени от главния уролог на Министерството на здравеопазването Дмитрий Юриевич Пушкар, осъзнахме, че е безсмислено да следваме вече утъпкания път, да модернизираме и по същество да повтаряме принципите, заложени в Да Винчи. И като цяло, да се състезаваш за малък руски институт с такива гигантски компании като авторите на Да Винчи в своята област означава очевидно загуба. Затова единственият приемлив вариант за нас е да тръгнем по своя път, да създадем нещо принципно ново, коренно различно от Да Винчи. Отчитайки и преодолявайки неговите недостатъци, ограниченията, за които говорих. В резултат на това е разработена платформа, на която е възможно да се създават роботи за различни видове хирургия: белодробна, мозъчна, урологична, гинекологична и др. Това са напълно различни задачи, изпълнението им изисква напълно различни роботизирани устройства.

Не е известно дали Роза обича да бъде страница в историята на руската хирургия. И определено харесвам захар. снимка: РИА новини

Основното изискване на лекарите е мобилността на машината. Да Винчи е чудовище с тегло над един тон, с внушителни размери. Имаме огромна страна, много клиники, разбира се, никой Да Винчи не е достатъчен за всички. Транспортирането на такъв колос от място на място е нереалистично. Разсъждавайки за бъдещия робот, Дмитрий Пушкар каза: „Беше страхотно да дойдеш в град с куфар с робот, да извършиш операция и да си тръгнеш със същия куфар.“

Освен това лекарите поискаха да се повиши точността на операцията. Инструментът на Да Винчи се движи с точност от 500 микрона. Това вече не е задоволително.

Нашият робот е много по-малък и по-евтин от Да Винчи и го превъзхожда с порядък по точност

Как успяхте да разрешите всички тези проблеми?

Сергей Шептунов:В сравнение с Da Vinci, нашият робот е проектиран напълно различно и има фундаментално различна архитектура. Това направи възможно увеличаването на точността на движение на инструмента до 10 микрона, което е с порядък по-добро от Da Vinci. Освен това нашият робот е 5 пъти по-лек, в пъти по-малък и по-евтин. Друго важно нещо е, че това е изцяло дигитална машина. Това ще позволи да бъде преустроен за работа в различни области на хирургията. Но това не е достатъчно. Роботът може да бъде „персонализиран“ за конкретен хирург. Създайте му най-удобните условия за работа.

Сергей Шептунов: И роботът може да бъде „персонализиран“ за конкретен хирург. снимка: РИА новини

Работейки за Да Винчи, лекарят не усеща с ръцете си например с каква сила дърпа тъканта и дори рискува да я разкъса. Той може да разчита и контролира операцията само с очите си, наблюдавайки всичко, което се случва на екрана на монитора. Нашата машина има обратна връзка, лекарят усеща всяко негово движение с ръцете си, какви усилия полага. Освен това, след като натрупа опит в операциите, роботът ще научи много и постепенно ще може да анализира действията на лекаря и дори да го коригира, предполагайки например, че е поставил иглата на грешното място. Това вече са елементи на изкуствения интелект.

Наскоро цялата страна видя как вашият робот беше тестван в Пенза, където професор Пушкар извърши операция на прасето Роза. Как оценявате този експеримент?

Сергей Шептунов:В Пенза бяха поставени много амбициозни цели. Умишлено се подложихме на времеви натиск. През нощта с куфари с части от робота отидохме до Пенза и изминахме 700 километра. Там сглобиха колата за около два часа. На следващия ден Дмитрий Пушкар пристигна, направи сериозна операция и си тръгна. По този начин беше възможно да се демонстрира, че за толкова кратко време роботът може да бъде доставен до мястото на операцията, сглобен, пуснат и лекарят може успешно да извърши операцията. Това е най-важният етап, доближаващ нас и лекарите до операциите на хора. По всички нормативи за създаване на медицинска апаратура това ще стане след 1,5-2 години.

Помощ "RG"

Как работи медицински робот? Хирургът е разположен далеч от операционната маса. На работното му място има контролери, които той контролира с ръцете си и извършва операцията. На екрана на монитора лекарят вижда триизмерно изображение на хирургичното поле, получено от 3D камера. Вкарва се в тялото на пациента през малки отвори. Чрез същите пункции в зоната на операцията се доставят мини-инструменти: пинсети, ножици, иглодържател и др. Те се активират от манипулатор, който обработва командите, получени от лекаря.

Писателите на научна фантастика изобретиха роботи преди десетилетия, но умните метални хора никога не се появиха по нашите улици. Много неща пречат на превръщането на мечтите ви в реалност. Включително и самия човек

Неуниверсални помощници

Сладките създания, направени от най-новите пластмаси и сплави, според хората трябва да вършат тежка или скучна работа: да отидат до магазина, да мият чинии, да почистват с прахосмукачка, да пишат домашни с децата и да говорят с баба за времето. Ако е необходимо, те ще занесат разписките в банката и ще вземат собственика на работа.

Всяко от тези действия само по себе си не изисква много усилия, но заедно те отнемат много време, така че домакинските роботи трябва да бъдат универсални.

„Днес в лабораториите има роботи, които могат да решават няколко задачи паралелно, но, първо, във всеки един момент са заети само с една от тях, и второ, не могат самостоятелно да изберат на коя задача да дадат предпочитание. Освен това роботите изобщо не разбират какво да не правят в конкретна ситуация.“, обяснява старши преподавателят в Бирмингамското училище по компютърни науки и специалист по изкуствен интелект Ник Хоус.

За да прахосмука апартамент, роботът се нуждае от един алгоритъм, за да отиде до магазина - друг, като и двата трябва да бъдат регистрирани в електронните му „мозъци“. Малка промяна в параметрите, ако не е зададена първоначално, например, хранителни секции в магазин са разменени, прави задачата невъзможна. Машината изпълнява само предварително зададени команди и не може да „осъзнае“, че всъщност всичко в магазина остава същото. „Едно решение на проблема е да се създаде вид социална мрежа за роботи, където те ще качват данни, получени в нови ситуации, а други роботи ще могат да ги изтеглят.“, казва Ник.

Ограничен ум

Друга черта, която бъдещите писатели приписват на роботите, наред с гъвкавостта, е фантастичната интелигентност. Откакто е създаден IBMкомпютър Тъмносинпобеди един от най-великите шахматисти на планетата, Гари Каспаров, много хора смятат, че машините са надминали хората по отношение на интелигентността. Суперкомпютрите и процесорите в мобилните телефони, които извършват хиляди операции в секунда, затвърждават това убеждение. Но в действителност хората няма от какво да се страхуват.

Наооборудван с процесор Intel Atom, като обикновени нетбуци

Умът на роботите е ограничен от така наречения проблем със смисъла. „Това е огромен проблем в роботиката, казва Хоз. — Роботите не разбират какво означава „цвете“, „небе“ или нещо друго. Дори по-лошо, самите хора не знаят какво е значението - те просто го разбират, това е всичко.. Машината може да научи, че обект с четири крака със седалка и облегалка е стол, но значението на понятието „стол“ е недостъпно за нея. Ето защо е малко вероятно роботът да разпознае дизайнерски стол без крака и с разделена облегалка, въпреки факта, че човек няма да има проблеми с това.

„Хората създават огромни бази данни, където записват всички възможни значения на думите. Но това е само частично решение: ако това, за което говорите, е в базата данни, роботът ще ви разбере. Ами ако думата я няма? Има друг подход, при който роботите се научават да знаят чрез опит. Но отново, те ще научат само значението на онези понятия, с които са се сблъскали лично., казва Ник Хоус.

ТРУДНОСТИ Почти, но не съвсем... Антропоморфизъм- коварно нещо. Ако робот много прилича на човек, но някои характеристики все още са различни, хората започват да се чувстват отвратени. Това явление се нарича "зловеща долина" (зловеща долина ). Терминът е въведен през 1970 г. от японския робот Масахиро Мори. Първоначално реакцията на отхвърляне се обясняваше с особеностите на човешката психика, но през 2009 г. учени от Принстън показаха, че маймуните се държат по абсолютно същия начин. Това означава, че страхът от привидно еднакви, но малко различни същества има сериозни еволюционни основания. Мозъкът възприема тези различия като знак за лошо здраве и се стреми да ограничи контакта с потенциално опасен обект. На снимката: Сладките роботи са много ниски - височината им е 58 см

Липса на желания

Може би най-вече хората се страхуват, че един ден роботите ще се уморят да се подчиняват на хората и те ще превземат света. Перспективата е малко вероятна не само защото роботите не разбират значението на думите „превземете“ и „свят“. Много по-убедителна причина е, че досега инженерите не са успели да дадат на роботите съзнание. Тази трудна за дефиниране концепция дава на хората свобода на избор и желание, включително световно господство.

„Все още не разбираме как се формира съзнанието в хората, което означава, че не можем да го възпроизведем в роботи. Според мен въпросът е как точно са свързани помежду си различните части на мозъка. Ако някога разберем това, може да успеем да повторим структурата на мозъка и да дадем на роботите съзнание., смята Хоз.

ПРАКТИКА Повече е по-добре Много действия, които не изискват усилия от човек, са невъзможни за роботите. Механичните същества трудно изчисляват силата на хватката си, когато се ръкуват или вземат нещо чупливо, ходят много зле и изобщо не могат да тичат. На годишния шампионат по робофутбол RoboCupиграчите се движат със скорост около 3 m/s (10,8 km/h), а най-добрите футболисти имат колела или писти вместо крака. За двуногите роботи е много трудно да поддържат баланс; при ходене процесорът изчислява всяка стъпка, определяйки как точно да разпредели тежестта. Най-стабилни в движение са роботите с четири крайника, например, създадени от компанията Бостън Динамиксв сътрудничество с Лабораторията за реактивни двигатели НАСА"голямо куче", BigDog (на снимката). Съществото на гъвкави лапи може да ходи по равна земя, пясък, сняг и плитки водни басейни, да се изкачва нагоре и надолу по планини и в същото време да влачи до 150 килограма тежест на своя „гръб“. Не е толкова лесно да го съборите на земята: в демонстрационни видеоклипове инженерите ритат робота с крака, но той все още остава на четири крака.

Машини, които не разбират значението на думите и нямат съзнание, няма да могат да заменят хората, където е необходимо да се действа извън шаблона, дори и да е сложен. Например, въпреки че роботите не познават страха, те не се страхуват от болката, могат да съществуват без кислород и вода и издържат на екстремни температури - те са много лоши астронавти. „Информацията, която един роувър събира три месеца, човек би получил за три часа, обяснява Ник. „Хората от Земята гледат телеметрията и изпращат инструкции на устройството колко сантиметра да измине, кой камък да приближи, кой инструмент да използва. Човек би взел всички тези решения за част от секундата.". Средно един сигнал пътува от Марс до Земята за около 15 минути (и също толкова време обратно), но комуникацията не винаги е възможна поради смущения. Следователно „изгорелите газове“ дори от кратко човешко пътуване до Марс ще бъдат стотици пъти по-големи от няколко роботизирани мисии, всяка от които е продължила години. Рекордьорът сред столетниците на Марс, марсоходът Opportunity, е изминал само 40 километра за повече от 10 години на Червената планета.

Да, роботите се броят добре, те са силни, издръжливи и работят без прекъсване за сън и храна. Но, парадоксално, машините няма да се появят като универсални помощници, докато не станат по-хуманни и не придобият съзнание (или може би душа).

Снимка: Diomedia (x6), PAL Robotics SL (x2), DARPA

Типът робот, който обикновено се изобразява във филми и анимационни филми, с хуманоидни характеристики и поведение, няма много общо с роботите, конструирани в инженерни лаборатории по света.

Това несъответствие се дължи на две причини: оптималната форма за работа рядко наподобява човешка физика и човешкото поведение е твърде сложно, за да бъде преведено в компютърна програма, подходяща за контролиране на действията на робот.

Инженерите обаче са успели да разработят робот, който може да имитира определени човешки функции. Както е показано на илюстрацията, механичните ръце на робот, наречени манипулатори, могат да държат и обръщат предмети по почти същия начин, по който могат човешките ръце. Електронните очи позволяват на робота да възприема околните обекти и да взаимодейства с тях.

Една проста ръка на робот, наречена манипулатор, се състои от два пръста, които се отварят и затварят, за да хванат обект. Манипулатор, свързан с въртящи се шарнири, може да движи обекти нагоре и надолу и да ги върти във всички посоки. Електронен сензор позволява на пръстите на манипулатора да регулират силата на компресия.

Специализирани учени все още не са създали напълно функциониращ хуманоиден робот. Специализираните роботи обаче могат да имитират много ограничени човешки функции.

Дигитално зрение

Окото на робота се състои от телевизионна камера, която улавя визуални изображения и микропроцесор, който преобразува тези изображения в електрически сигнали.

Когато окото на робота се фокусира върху обект (отдолу), микропроцесорът произвежда електрическо изображение (вдясно).

Душата на робота

Вместо мозък, роботът се управлява от компютърна програма. Програмата получава данни от сензора, след което обработва информацията, за да определи как роботът трябва да реагира на нея.

Пълзене, не бягане

Учените все още не са създали истински мобилен робот. Колелата осигуряват на роботите най-простото средство за придвижване, но не са подходящи за роботи, които трябва да се справят с неравни повърхности, като стълби. Един възможен вариант могат да бъдат стоножки, които ще помогнат на робота да поддържа стабилност върху нестабилна повърхност.