CC BY
98
ПОНЯТИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ О.О. Ткачёва, магистрант
Научный руководитель: В.Н. Михно, д-р техн. наук, профессор Тверской государственный университет (Россия, г. Тверь)
DOI: 10.24411/2411-0450-2020-10514
Аннотация. Статья содержит описание основных понятий и тенденций развития промышленных роботов. Рассматриваются основные принципы разработки и применения роботов в каждом поколении, при которых промышленные роботы оказывают наибольшую эффективность, когда необходимо обеспечить стабильность производственных процессов.
Ключевые слова: робот, промышленные роботы, сервисных роботов, искусственный интеллект, робототехническая система, механическая рука.
Интенсивное развитие и применение робототехники в промышленности начинается со второй половины XX века. Рядом ученых в это время определены новые научные направления - информатика, синергетика (самоорганизация), искусственный интеллект, инноватика.
Появились интеллектуальные роботы, способные наряду с человеком, осуществлять определенные операции и реагировать на изменения внешней среды. Основными причинами разработки и применения роботов являются:
высвободить человека в процессе производства продукции от тяжелых видов работ, а также его участия в экстремальных условиях (загрязненной среде, химической среде, опасной для жизни и т.п.);
существенное повышение производительности труда при выполнении операций в процессе производства продукции;
значительное повышение качества продукции, производимой в промышленном производстве с помощью промышленных роботов;
снижение себестоимости продукции, производимой на определенном промышленном предприятии.
Первое поколение - промышленные роботы, основанные на применении автоматических устройств, имеющих одну или несколько «рук». В отличие от автоматов, роботы - это универсальные автоматические системы многоцелевого назначения. Наиболее эффективное применение такие
роботы находят при выполнении технологических операций, автоматизации транспортных операций и других видов работ [1].
Второе поколение промышленных роботов представляют собой адаптивные роботы, которые контролируются устройством адаптивного управления. Такие роботы относятся к более совершенным, способным реагировать на изменения внешней среды с помощью датчиков обратной связи, т. е. сенсорными устройствами и определенным зрением. Роботы второго поколения называют очувствленными, способными с помощью обратной связи осуществлять действия, направленные на адаптацию к изменениям во внешней среде производственного процесса. Такая особенность является основной, отличающая адаптивных роботов от роботов первого поколения [2].
Третье поколение - роботы с искусственным интеллектом. Искусственный интеллект представляет собой научную отрасль, занимающуюся исследованием и моделированием естественного интеллекта человека. Под интеллектом в данном случае (от лат. ^еПейш - познание, понимание, рассудок) понимается способность мышления, рационального познания. Роботы третьего поколения существенно отличаются от предыдущих роботов в связи с тем, что они оснащены средствами передвижения. Сенсорные возможности роботов определяются разнообразием и харак-
тером искусственных органов чувств, позволяющих имитировать восприятия из внешней среды. «Моторика» роботов в этом случае определяется числом степеней свободы исполнительных механизмов, а также их конструкцией [3].
В соответствии с ИСО/ТК 299 «Робототехника», принятом в 2018 году, робот (robot) - это программируемый исполнительный механизм с определенным уровнем автономности для выполнения перемещения, манипулирования или позиционирования.
Классификация роботов на промышленных роботов или сервисных роботов осуществляется в соответствии с их назначением.
Сервисный робот выполняет задания, полезные для человека или оборудования, за исключением применений в целях промышленной автоматизации.
Промышленный робот (industrial robot) - это автоматически управляемый, перепрограммируемый, реконфигурируемый манипулятор, программируемый по трем или более степеням подвижности, который может быть либо установлен стационарно, либо перемещаться для применения в целях промышленной автоматизации.
Промышленная робототехническая система (industrial robot system), в соответствии с ИСО/ТК 299 «Робототехника», - это система, включающая промышленных роботов, рабочие органы роботов, машины, оборудование, устройства, внешние вспомогательные оси и датчики, поддерживающие роботов во время работы.
В работах ряда авторов под промышленным роботом понимают механическую руку с программным управлением, снабженную захватом и предназначенную для автоматического воспроизведения двигательных функций верхних конечностей человека в производственных процессах.
Выделение таких технических устройств в отдельный класс обусловлено их специфическими особенностями, главные среди которых:
1) большое (до 10) число степеней свободы;
2) разомкнутые кинематические цепи «скелета» руки, образованного последовательно соединенными звеньями;
3) автономность, позволяющая быстро включать робот в производственный процесс.
Благодаря этим особенностям промышленные роботы приобретают функциональную универсальность (возможность выполнять широкий набор операций), маневренность, обеспечивающую выполнение движений в стесненном объеме, ограниченном элементами технологического оборудования, и гибкость в переналадке.
В состав промышленного робота входят:
- манипулятор, включая приводы;
- контроллер, включая пульт обучения и любой коммуникационный интерфейс (аппаратный и программный).
Современная тенденция развития робототехники подтверждает, что в повседневной жизни все больше и больше принимают участие роботы. Роботы на работе, роботы дома, роботы в транспорте - все это говорит человеку, что пройдет еще несколько десятков лет, и роботы будут наряду с людьми жить и существовать, они будут оснащены искусственным интеллектом, будут способны мыслить и выполнять определенные операции.
Это одна сторона жизни, в которой роботы будут участвовать наряду с человеком, она пока еще существует только в прогнозах многих ученых. Но другая часть жизни, в которой роботы уже принимают активное участие, развивается на протяжении пятидесяти лет - это промышленные роботы и роботизированные технологические комплексы, которые повсеместно используются в промышленности, и в настоящий момент времени заменяют человека и вытесняют его из сферы производства в сферу услуг и контроля.
В 2018 году объём российского рынка промышленных роботов в натуральном выражении составил 1 007 штук, увеличившись на 43 % относительно 2017-го. Такие данные приводит Национальная ассоциация участников рынка робототехники (НАУРР), ссылаясь на Международную робототехническую федерацию (IFR).
Порядка 40% роботов в России устанавливается на автомобилестроительных предприятиях: в 2018 году на автопром пришлось 390 единиц оборудования против 262 в 2017-м. Эти предприятия закупают роботов, поскольку вынуждены подстраиваться под спрос и изменения модельного ряда.
Высокий спрос на промышленных роботов также наблюдается у машиностроения (16 % продаж) и пищевой промышленности, говорят в НАУРР. Однако данные по точному количеству роботов, установленных на пищевых предприятиях, экспертам собрать сложно.
Лишь 4 % промышленных роботов, установленных в России в 2018 году, произведены в России. В стране производство этого оборудования находится в зачаточном состоянии, что связано с малым размером рынка, объясняют в НАУРР.
В настоящее время промышленные роботы в России производят несколько компаний:
- ООО «Торговый дом «АРКОДИМ» (с 2016 годы роботы серии ARKODIM поставляются заказчикам - робот-сварщик, паллетайзер и др.);
- «БИТ Роботикс» (Москва) - разработчик и производитель дельта-роботов (для пищевой, фармацевтической и упаковочной промышленности);
- «Рекорд-Инжиниринг» (Екатеринбург) проектирует и производит промышленные манипуляторы, грузозахватные и грузоподъемные приспособления;
- Eidos Robotics («Эйдос-Робототехника», Казань) - резидент инно-
Библиографический список
1. Бутенко В.И., Дуров Д.С., Шаповалов Р.Г. Численное моделирование работы рычажного механизма при конструировании промышленных роботов с рекуперацией энергии // Известия юфу. Технические науки. - 2014. - №1 (150). - С. 174-180.
2. Богатова О.А. Проблемы и перспективы развития робототехники в России // Новая наука: опыт, традиции, инновации. - 2016. - С. 93-95.
3. Булгаков А.Г. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление / А.Г. Булгаков, В.А. Воробьев, В.П. Попов. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. - 486 с.
4. Булгаков А.Г. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление / А.Г. Булгаков, В.А. Воробьев. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. - 488 с.
вационного центра «Сколково» (занимается разработками в области компьютерного зрения, адаптивного управления роботами и коллаборативной робототехники, производит манипуляторы серии Hexapod с шестью степенями свободы).
Волжский машиностроительный завод, который ранее был единственным производителем промышленных роботов в стране, прекратил их выпуск в 2015 году, однако его универсальные промышленные роботы все еще используются на российских предприятиях.
Как показывает практика, наибольшую эффективность роботы оказывают в ситуациях, когда необходимо снизить уровень брака, обеспечить стабильность производственных процессов. Для единичного внедрения роботов рост производительности лимитируется пропускной способностью смежных операций, а снижение брака на простых операциях (на некоторых в два раза и более) дает ощутимый экономический эффект. Это необходимо учитывать специалистам предприятий, выбирающим роботов и определяющим его потенциальную эффективность. Более точные результаты могут быть получены при расширении массива первичной информации, группировки роботов по применению и группировки предприятий по отраслям. В настоящее время авторы продолжают работу по сбору информации для выявления факторов эффективности в различных производственных условиях и построения уточненных моделей.
CONCEPT AND TRENDS OF DEVELOPMENT OF INDUSTRIAL ROBOTS O.O. Tkacheva, Graduate Student
Supervisor: V.N. Mikhno, Doctor of Technical Sciences, Professor Tver State University (Russia, Tver)
Abstract. The article contains a description of the basic concepts and development trends of industrial robots. The basic principles of the development and use of robots in each generation are considered, in which industrial robots are most effective when it is necessary to ensure the stability of production processes.
Keywords: robot, industrial robots, service robots, artificial intelligence, robotic system, mechanical arm.
