Co robot może zrobić dla człowieka? Co potrafi robot? Działaj dla zasady

Ze względu na rodzaj wykonywanych operacji roboty przemysłowe dzielą się na pomocnicze i technologiczne. Roboty pomocnicze wykonują operacje montażu detali na maszynie technologicznej oraz usuwania ich po obróbce. Jako element roboczy wykorzystują urządzenie chwytające. Zasadniczo roboty asystujące imitują działania pracownika obsługującego maszynę. Jednocześnie zachowana została tradycyjna technologia produkcji dostosowana do możliwości człowieka. Roboty technologiczne bezpośrednio obrabiają detale. Jako narzędzia roboczego używają narzędzia roboczego: szczypiec spawalniczych, pistoletu malarskiego, głowicy ściernej itp.

Wraz z rozwojem robotów technologicznych otwierają się przed człowiekiem szybkie i dokładne operacje cięcia materiałów, spawania, malowania produktów, doboru optymalnych trybów obróbki, przechowywania nieograniczonej ilości informacji technologicznej oraz pomiaru cech produktu. Umożliwiło to stworzenie zasadniczo nowych technologii produkcji, których nie można zastosować bez robotyki.

W zależności od wykonywanych zadań wyróżnia się roboty manipulacyjne, mobilne i informacyjno-kontrolne.

Robot manipulacyjny przeznaczone do wykonywania operacji mechanicznych podobnych do tych wykonywanych przez człowieka, ale ze zmianami skali, rozmiaru i siły. Należą do nich: przenoszenie obiektu pomiędzy zadanymi punktami, przemieszczanie obiektu po zadanej ścieżce, obróbka obiektu za pomocą narzędzia na korpusie roboczym. Większość robotów stosowanych w budowie maszyn to automatyczne manipulatory pierwszej generacji. Rozwój zdalnego sterowania robotami manipulacyjnymi umożliwił wykonywanie działań w przestrzeni kosmicznej i przeprowadzanie międzykontynentalnych operacji chirurgicznych. W 2000 roku we Francji przeprowadzono pierwszą operację przy użyciu manipulatora sterowanego za pomocą kamery telewizyjnej przez chirurga ze Stanów Zjednoczonych.

Mobilny robot porusza się w przestrzeni pomiędzy zadanymi punktami. Roboty mobilne badawcze mogą dostarczać próbki z miejsc niedostępnych dla człowieka. Mobilne roboty ratownicze przeznaczone są do przenoszenia ludzi przez obszary niebezpieczne. Powstają specjalistyczne roboty mobilne do transportu materiałów wybuchowych i niebezpiecznych, działań wojennych i walki z terroryzmem, usuwania niewybuchów, usuwania min i innych zadań niebezpiecznych dla człowieka. Technologiczne roboty mobilne wykorzystywane są w elastycznych systemach produkcyjnych do transportu towarów pomiędzy zespołami urządzeń technologicznych.

Robot informacyjny i sterujący naśladuje i rozszerza ludzkie możliwości w zakresie informacji i kontroli. Może nie być wyposażony w manipulator. Takim robotem jest zdalnie sterowany wózek samobieżny wyposażony w pokładowe kamery telewizyjne, próbniki i przyrządy pomiarowe. Roboty zbierają informacje z czujników pokładowych, przetwarzają je według określonych algorytmów, gromadzą lub przekazują informacje operatorowi i automatycznie generują polecenia sterujące w zależności od otrzymanych informacji. W odróżnieniu od człowieka robot informacyjno-kontrolujący może dodatkowo wydobywać informacje o obiektach przy braku oświetlenia i za niewidzialną przeszkodą, rozkładem pola termicznego na powierzchni obiektu. Jego zastosowanie pozwala zwiększyć prędkość działania sprzętu, ograniczoną możliwościami psychofizjologicznymi operatora, gromadzić informacje o przeszłej kontroli, przewidywać rozwój procesu, porównywać informacje z różnych czujników i określać właściwości nieznanych obiektów w dowolnym środowisku . Roboty informacyjno-kontrolne obejmują roboty kontrolno-pomiarowe służące do pomiaru parametrów produktu w procesie produkcyjnym.

Rozszerzona klasyfikacja robotów przemysłowych obejmuje dodatkowo takie cechy jak:

rodzaj produkcji (odlewnictwo, kucie, montaż, cięcie metali, spawanie, obróbka cieplna);

układ współrzędnych manipulatora (cylindryczny, kulisty, prostokątny, kątowy itp.);

nośność (ultralekka - do 1 kg, lekka - do 10 kg, średnia - do 200 kg, ciężka - do 1000 kg);

stopień mobilności (stacjonarny lub mobilny);

konstrukcja (wbudowana w sprzęt, montowana na podłodze, podwieszana);

rodzaj napędu łącznika (pneumatyczny, hydrauliczny, elektromechaniczny);

sterowanie ruchem połączenia pomiędzy określonymi punktami (cykliczne, pozycyjne, konturowe).

Możliwości techniczne robotów ocenia się na podstawie udźwigu nominalnego, wielkości i kształtu obszaru roboczego, maksymalnego ruchu ogniw, czasu ruchu ogniw, prędkości i przyspieszenia ruchu ogniw, błędu pozycjonowania elementu roboczego. elementu, siłę i czas uchwycenia przedmiotu, czas puszczenia przedmiotu, maksymalne i minimalne wymiary manipulowanego obiektu, liczbę jednocześnie sterowanych napędów przemieszczania, liczbę kanałów komunikacji z urządzeniami, ciśnienie cieczy lub powietrza, zużycie energii, średni czas między awariami, żywotność, wagę i wymiary.

Rozwój robotyki przemysłowej przebiega w następujących kierunkach:

przejście od robotów załadunkowo-rozładowczych do obsługi urządzeń technologicznych na roboty technologiczne wykonujące podstawowe operacje, takie jak mechaniczna obróbka materiałów, spawanie, powlekanie;

łączenie poszczególnych sekcji zrobotyzowanych w elastyczny system produkcyjny zdolny do realizacji różnych zamówień na jednej linii produkcyjnej;

zwiększenie udziału robotów adaptacyjnych, potrafiących przystosować się do zmian w otoczeniu technologicznym;

tworzenie robotów przemysłowych dla branż pozainżynierskich, takich jak górnictwo, rolnictwo, przemysł lekki, mikroelektronika, medycyna, transport.

Zastosowanie nowoczesnych robotów przemysłowych zwiększa produktywność sprzętu i wydajność produktów, poprawia jakość produktów, zastępuje człowieka w monotonnej i ciężkiej pracy oraz pomaga oszczędzać materiały i energię. Ponadto są na tyle elastyczne, że można je stosować w produkcji średnio- i małoseryjnej, czyli tam, gdzie tradycyjne narzędzia automatyzacji nie mają zastosowania. Produkty na małą skalę mają duży rynek. Badania pokazują, że zdecydowana większość części kupowanych, nawet przez wojsko, została wyprodukowana w ilościach mniejszych niż 100, a w Wielkiej Brytanii szacuje się, że około 75% wszystkich części metalowych zostało wyprodukowanych w ilościach mniejszych niż 50. Roboty nie posiadają jeszcze wielu najważniejszych cech właściwych człowiekowi, np. nie potrafią inteligentnie reagować na nieprzewidziane sytuacje i zmiany w środowisku pracy, samouczenia się w oparciu o własne doświadczenia i doskonałej koordynacji działań układ ręka-oko. Roboty chwytakowe lub podobne są używane do operacji manipulacyjnych, takich jak usuwanie zadziorów, odlewanie, czyszczenie wlewków, kucie, obróbka cieplna, odlewanie precyzyjne, obsługa maszyn, formowanie, pakowanie, obsługa części i magazynowanie. Zamiast chwytaków ramiona robotyczne można wyposażyć w różnorodne narzędzia do wykonywania zadań, od malowania natryskowego, nakładania powłok klejących i izolacyjnych po wiercenie, pogłębianie, dokręcanie nakrętek, szlifowanie i piaskowanie. Ponadto roboty można wykorzystać do zgrzewania punktowego i łukowego, obróbki cieplnej i cięcia płomieniem lub laserem oraz czyszczenia strumieniem wody. Warto zaznaczyć, że początkowe złudzenia co do możliwości stworzenia uniwersalnego robota zdolnego wykonać niemal każdą pracę – od montażu po zgrzewanie punktowe – zostały obecnie w dużej mierze rozwiane. Roboty stają się obecnie wyspecjalizowane, stają się robotami malarskimi, robotami spawalniczymi, robotami montażowymi itp.

Na koniec, jeśli chodzi o potencjalne zastąpienie pracowników etatowych, należy pamiętać, że robot może zastąpić tylko kogoś, kto „pracuje jak robot”. Jednak niedaleki jest czas, kiedy roboty będą mogły zastąpić człowieka nie tylko w żmudnych, powtarzalnych i wyczerpujących pracach, ale także w pracach, które wcześniej uważano za wymagające umiejętności zdobywanych poprzez doświadczenie. Dlatego zrozumiałe jest, że wiele osób niepokoi się rozprzestrzenianiem się robotów w związku z możliwym wzrostem bezrobocia.

Wraz z pojawieniem się wyrafinowanych urządzeń robotycznych nie można już powiedzieć, że roboty po prostu zastąpią ludzi na nieatrakcyjnych stanowiskach, ale ludzkości grozi degradacja, jeśli w obawie przed bezrobociem będzie nadal wykonywać żmudne, monotonne prace.

Typ robota zwykle przedstawiany w filmach i kreskówkach, z humanoidalnymi cechami i zachowaniem, ma niewiele wspólnego z robotami konstruowanymi w laboratoriach inżynieryjnych na całym świecie.

Ta rozbieżność wynika z dwóch powodów: optymalna sylwetka do pracy rzadko przypomina ludzką budowę ciała oraz ludzkie zachowanie jest zbyt złożone, aby można je było przełożyć na program komputerowy odpowiedni do sterowania działaniami robota.

Inżynierom udało się jednak opracować robota, który potrafi imitować pewne funkcje człowieka. Jak pokazano na ilustracji, mechaniczne ramiona robota, zwane manipulatorami, mogą trzymać i obracać przedmioty w podobny sposób, jak ludzkie ręce. Elektroniczne oczy pozwalają robotowi postrzegać otaczające obiekty i wchodzić z nimi w interakcję.

Prosta dłoń robota, zwana manipulatorem, składa się z dwóch palców, które otwierają się i zamykają, aby uchwycić przedmiot. Manipulator połączony z obrotowymi przegubami może przesuwać obiekty w górę i w dół oraz obracać je we wszystkich kierunkach. Elektroniczny czujnik pozwala palcom manipulatora regulować siłę ściskania.

Specjalistyczni naukowcy nie stworzyli jeszcze w pełni funkcjonującego humanoidalnego robota. Jednak wyspecjalizowane roboty mogą imitować wiele ograniczonych funkcji człowieka.

Cyfrowa wizja

Oko robota składa się z kamery telewizyjnej rejestrującej obrazy wizualne oraz mikroprocesora, który przetwarza te obrazy na sygnały elektryczne.

Kiedy oko robota skupia się na obiekcie (na dole), mikroprocesor wytwarza obraz elektryczny (po prawej).

Dusza robota

Zamiast mózgu robotem steruje program komputerowy. Program odbiera dane z czujnika, następnie przetwarza je, aby określić, jak robot powinien na nie zareagować.

Czołgać się, nie biegać

Naukowcy nie stworzyli jeszcze prawdziwego robota mobilnego. Koła zapewniają robotom najprostszy sposób poruszania się, ale nie nadają się do robotów, które muszą radzić sobie z nierównymi powierzchniami, takimi jak schody. Jedną z możliwych opcji mogą być stonogi, które pomogą robotowi utrzymać stabilność na niestabilnej powierzchni.

Pisarze science fiction wynaleźli roboty kilkadziesiąt lat temu, ale inteligentni metalowcy nigdy nie pojawili się na naszych ulicach. Wiele rzeczy stoi na przeszkodzie, aby Twoje marzenia stały się rzeczywistością. Łącznie z samym mężczyzną

Nieuniwersalni pomocnicy

Urocze stworzenia wykonane z najnowszych tworzyw sztucznych i stopów zdaniem ludzi muszą wykonywać ciężką lub nudną pracę: chodzić do sklepu, myć naczynia, odkurzać, odrabiać lekcje z dziećmi i rozmawiać z babcią o pogodzie. W razie potrzeby zabiorą paragony do banku i zabiorą właściciela do pracy.

Każda z tych czynności sama w sobie nie wymaga dużego wysiłku, ale razem zajmują dużo czasu, dlatego roboty domowe muszą być uniwersalne.

„Dziś w laboratoriach są roboty, które mogą wykonywać kilka zadań równolegle, ale po pierwsze, w każdej chwili są zajęte tylko jednym z nich, a po drugie, nie mogą samodzielnie wybrać, które zadanie preferują. Co więcej, roboty w ogóle nie rozumieją, czego nie robić w danej sytuacji.”– wyjaśnia starszy wykładowca Birmingham School of Computer Science i specjalista ds. sztucznej inteligencji Nick Hawes.

Aby odkurzyć mieszkanie, robot potrzebuje jednego algorytmu, aby udać się do sklepu - innego i oba muszą zostać zarejestrowane w elektronicznych „mózgach”. Niewielka zmiana parametrów, jeśli nie została pierwotnie określona, ​​np. zamieniono działy spożywcze w sklepie, uniemożliwia wykonanie zadania. Maszyna wykonuje tylko z góry ustalone polecenia i nie może „zdać sobie sprawy”, że tak naprawdę wszystko w sklepie pozostaje takie samo. „Jednym z rozwiązań problemu jest stworzenie dla robotów swego rodzaju sieci społecznościowej, do której będą przesyłać dane uzyskane w nowych sytuacjach, a inne roboty będą mogły je pobrać.”, mówi Nick.

Ograniczony umysł

Kolejną cechą, jaką przyszli pisarze przypisują robotom, obok wszechstronności, jest fantastyczna inteligencja. Od kiedy powstał IBM-a komputer Głęboki błękit pokonać jednego z najwybitniejszych szachistów na świecie, Garriego Kasparowa, wiele osób uważa, że ​​maszyny przewyższyły ludzi inteligencją. Superkomputery i procesory w telefonach komórkowych, które wykonują tysiące operacji na sekundę, potwierdzają to przekonanie. Ale w rzeczywistości ludzie nie mają się czego bać.

Umysł robotów ogranicza tzw. problem znaczenia. „To ogromny problem w robotyce, mówi Hoz. — Roboty nie rozumieją, co oznacza „kwiat”, „niebo” ani nic innego. Co gorsza, ludzie sami nie wiedzą, co to jest znaczenie – po prostu je rozumieją, to wszystko.. Maszyna może nauczyć się, że przedmiot o czterech nogach z siedziskiem i oparciem jest krzesłem, ale znaczenie pojęcia „krzesło” jest dla niej niedostępne. Dlatego robot raczej nie rozpozna designerskiego krzesła bez nóg i z rozciętym oparciem, mimo że dana osoba nie będzie miała z tym żadnych problemów.

„Ludzie tworzą ogromne bazy danych, w których rejestrują wszystkie możliwe znaczenia słów. Ale to tylko częściowe rozwiązanie: jeśli to, o czym mówisz, znajduje się w bazie danych, robot Cię zrozumie. A co jeśli nie ma tego słowa? Istnieje inne podejście, w którym roboty uczą się znaczenia poprzez doświadczenie. Ale znowu nauczą się jedynie znaczenia tych pojęć, z którymi osobiście się zetknęli.”– mówi Nick Hawes.

Brak pragnień

Być może przede wszystkim ludzie boją się, że pewnego dnia roboty znudzą się posłuszeństwem ludziom i przejmą władzę nad światem. Perspektywa jest mało prawdopodobna nie tylko dlatego, że roboty nie rozumieją znaczenia słów „przejąć” i „świat”. O wiele bardziej przekonującym powodem jest to, że jak dotąd inżynierowie nie byli w stanie zapewnić robotom świadomości. To trudne do zdefiniowania pojęcie daje ludziom wolność wyboru i pragnień, w tym dominację nad światem.

„Nie rozumiemy jeszcze, jak powstaje świadomość u ludzi, co oznacza, że ​​nie możemy jej odtworzyć u robotów. Moim zdaniem chodzi o to, jak dokładnie różne części mózgu są ze sobą połączone. Jeśli kiedykolwiek to rozwiążemy, być może będziemy w stanie odtworzyć strukturę mózgu i dać robotom świadomość”.– uważa Hoz.

Maszyny, które nie rozumieją znaczenia słów i nie mają świadomości, nie będą w stanie zastąpić człowieka tam, gdzie konieczne jest działanie poza szablonem, nawet jeśli jest on skomplikowany. Na przykład roboty, chociaż nie znają strachu, nie boją się bólu, mogą istnieć bez tlenu i wody i wytrzymują ekstremalne temperatury - są bardzo złymi astronautami. „Informacje, których zebranie łazikiem zajmuje trzy miesiące, człowiek otrzyma w ciągu trzech godzin, wyjaśnia Nick. „Ludzie z Ziemi patrzą na dane telemetryczne i wysyłają do urządzenia instrukcje dotyczące tego, ile centymetrów przebyć, do jakiego kamienia się zbliżyć i jakiego narzędzia użyć. Człowiek podjąłby wszystkie te decyzje w ułamku sekundy.”. Sygnał przemieszcza się z Marsa na Ziemię średnio w około 15 minut (i tyle samo z powrotem), ale komunikacja nie zawsze jest możliwa ze względu na zakłócenia. Dlatego „wyczerpanie” nawet krótkiej podróży człowieka na Marsa byłoby setki razy większe niż kilka misji robotycznych, z których każda trwała latami. Rekordzista wśród marsjańskich stulatków, łazik Opportunity, w ciągu ponad 10 lat na Czerwonej Planecie przejechał zaledwie 40 kilometrów.

Tak, roboty dobrze liczą, są mocne, wytrzymałe i pracują bez przerw na sen i jedzenie. Jednak paradoksalnie maszyny nie staną się uniwersalnymi pomocnikami, dopóki nie staną się bardziej humanitarne i nie nabędą świadomości (a może duszy).

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

Roboty to zatem systemy, które mogą zastąpić człowieka w różnych obszarach działalności ze względu na jego zdolność „myślenia” i „robienia” (oczywiście stosunek „myślenia” do „robienia” jest inny dla różnych robotów). Obszary zastosowań robotów są już niezwykle zróżnicowane, od opieki medycznej, gdzie pełnią funkcję pielęgniarek i opieki nad chorymi, po badania, gdzie roboty mogą zastąpić człowieka w głębinach oceanu i na innych planetach.

W tej książce ograniczymy się do rozważenia robotów stosowanych w budowie maszyn, produkcji instrumentów i przemyśle radioelektronicznym, a nie zajmiemy się robotami potrzebnymi w rolnictwie, przemyśle lekkim, górniczym itp.

Do czego służą roboty przemysłowe? Odpowiedź na to pytanie wydaje się prosta: potrzebne są do zastąpienia człowieka w jego działalności produkcyjnej, czyli do wykonywania różnego rodzaju podstawowych i pomocniczych operacji technologicznych. Jednak nie wszystko jest takie proste.

Rozważmy na przykład proces technologiczny obróbki skrawaniem przy produkcji młotka. W zasadzie nowoczesne roboty przemysłowe mogą to łatwo zrobić za pomocą pliku. Ale czy jest to racjonalne w produkcji? Okazuje się, że nie. Przecież stworzono już maszyny do cięcia metalu ze sterowaniem numerycznym (CNC), które w trybie automatycznym, bez ingerencji człowieka w proces obróbki, są w stanie rozwiązać ten i inne, znacznie bardziej złożone problemy, w tym takie, których człowiek już nie jest w stanie rozwiązać radzić sobie ręcznie, znacznie szybciej i z wyższą jakością.

Wiadomo, że żaden robot nie jest w stanie konkurować z taką maszyną. Ale to nie jest konieczne. Obrabiarki CNC mają za zadanie poprzez usunięcie nadmiaru materiału z przedmiotu obrabianego (nadatek) uzyskać część o wymaganym kształcie i rozmiarze, czyli zautomatyzować proces cięcia. Są uniwersalne, to znaczy mogą przetwarzać szeroką gamę części różniących się kształtem, rozmiarem, materiałem itp. Ale do tej pory ludzie instalowali te części na maszynie i je usuwali. W pewnym sensie mamy tu do czynienia z paradoksem. Najbardziej złożoną rzecz decydującą o kwalifikacjach pracownika tokarki uniwersalnej, czyli sam proces obróbki części, zautomatyzowano przy użyciu tokarki CNC, ale najprostsze zadania montażu części w uchwycie maszyny, z którymi poradzi sobie każdy uczeń bez problemu poradzi sobie z tokarką, nie dało się jej zautomatyzować (nie mówimy oczywiście o liniach automatycznych w produkcji masowej i wielkoseryjnej, na których obrabiana jest ta sama część; tam operacje te wykonują na przykład operatorzy samochodów ). Jest to spowodowane różnorodnością kształtów, rozmiarów, trajektorii ruchu części i oczywiście dotyczy nie tylko sprzętu do obróbki.

Czynności załadunku i rozładunku urządzeń technologicznych mają charakter pomocniczy. Jednak zakres zastosowania robotów w produkcji nie ogranicza się tylko do nich.

Na przykład podczas procesu spawania elektrycznego konieczne jest, aby koniec elektrody poruszał się z określoną prędkością w stosunku do złącza spawanych części. Jeśli trajektoria ruchu jest prosta, np. prosta, wówczas proces ten można zautomatyzować. Jednak najczęściej spawane części mają złożony kształt, a co za tym idzie złożoną konfigurację złącza, dlatego tak dużą ilość prac spawalniczych wykonywano ręcznie. Roboty z powodzeniem zastępują w tych procesach człowieka.

To samo można powiedzieć o malowaniu natryskowym za pomocą pistoletów natryskowych (istnieją inne metody malowania, w szczególności zanurzanie, ale nie będziemy się nad nimi rozwodzić). Części o prostych kształtach, takie jak panele, są malowane za pomocą przenośników farby, w których części poruszają się ze stałą prędkością obok pistoletów natryskowych. W przypadku części o bardziej skomplikowanych kształtach metoda ta nie jest odpowiednia, ponieważ w celu równomiernego malowania konieczne jest, aby odległość pistoletu natryskowego od malowanej powierzchni i prędkość ruchu były stałe. A co jeśli część ma kształt szafki lub ramy, którą również trzeba pomalować od środka? Roboty mogą z powodzeniem rozwiązać i te problemy.

Co jest wspólnego w tych procesach technologicznych załadunku części, spawania, malowania, co pozwala mówić o możliwości i konieczności wykorzystania do ich wykonania robotów? Ogólna zasada jest taka, że ​​we wszystkich przypadkach konieczne jest zapewnienie, że część porusza się względem dowolnego narzędzia roboczego po dość złożonej trajektorii (w zasadzie nie ma znaczenia, czy robot porusza się częścią względem sprzętu, jak podczas ładowania, lub głowicę spawalniczą, jak przy spawaniu). Złożoność trajektorii, jaką może zapewnić robot, osiąga się poprzez zwiększenie złożoności kinematyki siłowników.

Zatem zadaniem robotów przemysłowych jest przemieszczanie części w przestrzeni lub narzędzia roboczego (głowicy spawalniczej, pistoletu natryskowego) względem części lub części względem siebie (jak np. w montażu). Oczywiście należy zadbać o spełnienie określonych warunków i reżimów technologicznych. Na przykład podczas montażu często konieczne jest wywieranie siły na połączenie części.

Jaka jest złożoność tego rodzaju operacji technologicznych i dlaczego tylko człowiek może je wykonywać? Istnieją dwa główne powody: pierwszy to różnorodność kształtów geometrycznych i rozmiarów części oraz trajektorii, po których te części muszą być przemieszczane, a drugi powód, wynikający z pierwszego, to duża ilość informacji, różnorodność i złożoność zadań związanych z jego przetwarzaniem podczas operacji.

Zdefiniujmy teraz, czym jest robot przemysłowy. Zgodnie z normą państwową robot przemysłowy to „przeprogramowalna automatyczna maszyna wykorzystywana w procesie produkcyjnym do wykonywania funkcji motorycznych zbliżonych do funkcji człowieka podczas przemieszczania przedmiotów produkcyjnych i (lub) urządzeń technologicznych”.

Ponieważ robot przejmuje szereg funkcji produkcyjnych człowieka, interesujące jest porównanie ich funkcjonalności, wymaga to jednak systemu kryteriów ich oceny. Oto główne parametry techniczne robota, które pozwalają ocenić, co potrafi.

Pierwszą interesującą rzeczą jest to, jakie ciężary może podnosić. Nominalna nośność robota przemysłowego określa maksymalną masę obiektów przemysłowych, którymi może on manipulować i nie tylko musi być w stanie uchwycić i utrzymać, ale także ustalone wartości innych cech użytkowych. Ze względu na udźwig roboty dzieli się na grupy: od ultralekkich, przeznaczonych do pracy z częściami o masie do 1 kg, po superciężkie, podnoszące obiekty produkcyjne o masie przekraczającej 1000 kg.

Inną krytyczną cechą jest dokładność, z jaką robot może przenieść część lub narzędzie do danej pozycji w przestrzeni. Nazywa się to błędem pozycjonowania korpusu roboczego manipulatora i charakteryzuje odchylenie położenia korpusu roboczego manipulatora robota przemysłowego od określonego podczas jego programowania. Dopuszczalny błąd pozycjonowania zależy od operacji, do jakich robot jest używany. Jeśli maluje część za pomocą pistoletu natryskowego, wówczas błąd pozycjonowania rzędu kilku milimetrów nie ma praktycznie żadnego wpływu na jakość produktu. Jednak przy spawaniu łukowym przy takim błędzie robot może nawet nie doprowadzić elektrody do złącza części. W tym przypadku dopuszczalny błąd pozycjonowania nie powinien przekraczać dziesiątych części milimetra. Jeśli chodzi o montaż zegarka, zazwyczaj wymagana jest precyzja mikronowa.

Ważną cechą są cechy geometryczne obszaru roboczego robota przemysłowego. Obszar roboczy to przestrzeń, w której może znajdować się część robocza manipulatora; innymi słowy, jest to całość wszystkich punktów, do których można przesunąć element roboczy. W zależności od konstrukcji robota przemysłowego obszar roboczy może mieć inny kształt, na przykład prostokąt. Obszar roboczy charakteryzuje się wymiarami liniowymi lub kątowymi, polem przekroju poprzecznego i objętością.

Jednak koncepcja obszaru roboczego nie charakteryzuje w wystarczającym stopniu możliwości technologicznych robota. Przykładowo robot montażowy typu Skilam posiada obszar roboczy pokazany na rys. 2. Czy jednak w obszarze pracy może wykonywać jakiekolwiek czynności montażowe? Okazuje się, że nie. „Skylam” jest w stanie wykonywać operacje montażowe, w których ruch roboczy w celu wdrożenia interfejsu odbywa się wyłącznie w pionie od góry do dołu. Jeśli musisz poruszać się pod kątem, „Skilam” nie poradzi sobie z tym zadaniem. Jego ręka nie jest wystarczająco elastyczna, więc nie może przesuwać części w przestrzeni po dowolnej trajektorii. Możliwości te zależą od liczby stopni mobilności robota przemysłowego. Liczba stopni ruchomości odnosi się do liczby stopni swobody łańcucha kinematycznego manipulatora. W praktyce jest ona równa liczbie par kinematycznych, obrotowej i translacyjnej. Z przebiegu geometrii analitycznej wiadomo, że do wykonania dowolnego ruchu w przestrzeni trójwymiarowej wystarczą trzy ruchy translacyjne i trzy obrotowe. To liczba stopni mobilności decyduje głównie o redundancji kinematycznej robota i szerokości jego funkcjonalności.

Ryż. 2. Specjalistyczny robot montażowy „Skilam” (Japonia) (a) i konfiguracja jego obszaru roboczego (b)

Pojęcie przestrzeni roboczej, czyli przestrzeni, w której może znajdować się siłownik robota przemysłowego, różni się od koncepcji przestrzeni roboczej.

Wyróżnia się roboty stacjonarne i mobilne. Roboty stacjonarne przeznaczone są do pracy w jednym stanowisku pracy. Roboty mobilne obsługują kilka stanowisk. Należą do nich np. roboty portalowe, takie jak M-33 (rys. 3), które mogą poruszać się po torze jednoszynowym i obsługiwać kilka tokarek, a także roboty transportowe, które transportują detale i części z magazynu do maszyn i z powrotem, przenoszenie części z maszyny na maszynę.

Mówiąc o parametrach użytkowych robotów przemysłowych, nie można nie wspomnieć o ich niezawodności. Niestety, im szersza funkcjonalność, tym robot jest mniej niezawodny ze względu na większą złożoność. Niezawodność robotów ocenia się na podstawie średniego czasu między awariami. Ważna jest poprawa niezawodności robotów. Przecież linię produkcyjną obsługuje kilka robotów (a czasem kilkadziesiąt), a jeśli któryś z nich ulegnie awarii, cała linia staje.

Pomimo tego, że od powstania pierwszych robotów przemysłowych minęło bardzo niewiele czasu, istnieją już ich trzy generacje. Pierwsza generacja to roboty programowe, druga generacja to roboty adaptacyjne, a trzecia generacja to tzw. roboty inteligentne.

Czym różnią się roboty różnych generacji? Różnią się pod wieloma względami, ale główną różnicą jest elastyczność, zdolność do adaptacji, zmiany zachowania, gdy zmienia się środowisko produkcyjne. Elastyczność ta (oczywiście w granicach funkcjonalności zależnej od kinematyki robota) determinowana jest głównie informacją o środowisku zewnętrznym, które robot może dostrzec oraz możliwością jego przetworzenia przez układ sterowania robota, który generuje działania sterujące dla siłowniki.

Nie należy jednak sądzić, że jedna generacja robotów konsekwentnie zastępuje inną. Tłumaczy się to tym, że przy użytkowaniu robotów należy przestrzegać zasady minimalnej redundancji funkcjonalnej, tj. w zależności od charakteru zadania technologicznego, które robot ma wykonać, należy dobrać poziom jego redundancji funkcjonalnej nie wyższa niż wymagana dla konkretnego zadania.

Powiedzieliśmy już, że historia robotyki nie zaczęła się „od zera”. Poprzednikami robotów przemysłowych były manipulatory zabudowane na sztywno (autooperatory), które czasami nazywane są robotami zerowej generacji, a obecnie z powodzeniem stosowane są w liniach automatycznych. W produkcji masowej i wielkoseryjnej powstają linie automatyczne, umożliwiające produkcję tej samej części w dużych ilościach i przez długi okres czasu (kilka lat). Operatorzy samochodowi pracują w tym samym cyklu z wszystkimi pozostałymi urządzeniami technologicznymi linii i wykonują pomocnicze operacje załadunku i rozładunku. Ponieważ część jest zawsze taka sama, nie ma potrzeby przebudowy napędu automatycznego.

Roboty pierwszej generacji – oprogramowanie – wyróżniają się tym, że ich zachowanie może się zmienić w wyniku zmiany programu. Rozważmy na przykład robota ładującego części do uchwytu tokarki CNC z palety (jest to urządzenie do transportu części, w którym są one przechowywane ściśle zorientowane w specjalnych gniazdach). Robot pobiera detale z palety jeden po drugim i umieszcza je w uchwycie maszyny, a gotowe detale w wolnych slotach. Po przetworzeniu wszystkich części na palecie można przesłać paletę z innymi częściami. Następnie należy wprowadzić program sterujący do maszyny CNC w celu przetworzenia nowej części. Nowy program zostaje także wprowadzony do układu sterującego robota. W ten sposób robot jest rekonfigurowany do ładowania innych części, podczas gdy pracuje w ściśle deterministycznym środowisku.

Wszelkie informacje o zmianach w środowisku produkcyjnym trafiają do układu sterującego robota w trakcie jego programowania. Informacje o zmianach w otoczeniu otrzymywane podczas pracy robota są niezwykle znikome. Robot nie wyposażony w specjalny czujnik, jeśli w którymś ze slotów palety nie ma części, będzie próbował „zająć” puste miejsce i zamontować ją w uchwycie. Jeśli robot jest wyposażony w czujniki dotykowe, które potrafią wykryć brak części, zatrzyma się i wezwie osobę, która musi ustalić przyczyny zatrzymania i je wyeliminować. Robot programowy nie jest w stanie dostosować się do nowego programu ani dostosować do zmian, które zaszły bez pomocy człowieka. Informacja o nieplanowanych zmianach w środowisku produkcyjnym przedostająca się do systemu sterowania robota może wywołać tylko jeden typ reakcji – zatrzymanie jego pracy i wezwanie serwisu. Jednocześnie, dzięki możliwości szybkiego przystosowania się do wykonywania nowych zadań, roboty programowe znalazły szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu i stanowią obecnie większość robotów stosowanych w przemyśle.

Roboty drugiej generacji potrafią reagować na zmiany w otoczeniu zewnętrznym. Nazywa się je adaptacyjnymi. O jakim rodzaju zmian w otoczeniu zewnętrznym mamy tutaj na myśli? Przecież wydawałoby się, że na produkcji wszystko da się tak zorganizować, żeby robotowi wystarczyło wykonanie określonego programu, a to zapewni jego niezawodne działanie. Jednak nie zawsze jest to możliwe.

Rozważmy na przykład proces spawania łukowego. Załóżmy, że musisz przyspawać ścianę boczną do dachu kabiny ciągnika Białoruś. Części do spawania mają złożony kształt, a połączenie ma złożoną konfigurację. Robot wyposażony w głowicę spawalniczą musi przesuwać go po odpowiedniej drodze, a ruch ten można zaprogramować. Co dzieje się w praktyce, gdy operację spawania wykonuje robot programowy? Zamiast dobrych produktów często otrzymujemy produkty wadliwe. Wynika to z faktu, że części, jak już powiedzieliśmy, mają złożony kształt, znaczne wymiary, a wymagania dotyczące dokładności ich wykonania nie są bardzo wysokie, ponieważ drobne odchylenia wymiarów nie mają znaczącego wpływu na charakterystyka eksploatacyjna kabiny; podczas transportu części wykonane z blachy mogą się nieznacznie zdeformować, ale długość złącza jest dość znacząca. Dzięki temu robot w niektórych miejscach dobrze ułoży szew, w innych tylko na jednej ze spawanych części, a w niektórych nawet „gotowa powietrze”.

Adaptacyjny robot spawalniczy, wykonując tę ​​operację za pomocą czujników, w które jest wyposażony, stale monitoruje położenie elektrody względem złącza części. Informacja o przemieszczeniu trafia do układu sterującego robota, który przetwarza ją w czasie rzeczywistym, generuje działania sterujące i przekazuje je do organów wykonawczych robota, które korygują trajektorię ruchu.

Tym samym roboty adaptacyjne posiadają rozbudowany system postrzegania informacji o środowisku zewnętrznym podczas swojej pracy, czego nie posiadają roboty programowe. Informacje te muszą być nie tylko postrzegane, ale także przekształcane w informacje sterujące, dlatego roboty adaptacyjne posiadają system przetwarzania informacji. Ponieważ komputer jest uniwersalną maszyną do przetwarzania informacji, systemy sterowania robotami adaptacyjnymi tworzone są w oparciu o dość wydajne systemy obliczeniowe oparte na technologii mikroprocesorowej. Oczywiście reakcja robota na zmiany w otoczeniu zewnętrznym musi być dość wyraźna. Algorytmy przetwarzania informacji o zmianach środowiska zewnętrznego na działania kontrolne są programowane i stanowią bardzo ważną część oprogramowania. Doskonałość oprogramowania robota adaptacyjnego zapewnia przede wszystkim szerokość jego funkcjonalności i efektywność operacyjną. Roboty drugiej generacji są już stosowane w przemyśle, ale ich liczba jest nadal stosunkowo niewielka.

Roboty trzeciej generacji są inteligentne. Nie są jeszcze produkowane przez przemysł i nie są wykorzystywane w produkcji. A ich obszar zastosowania to... produkcja nie jest jeszcze jasna. Naukowcy w kraju i za granicą prowadzą intensywne badania nie tyle w kierunku tworzenia inteligentnych robotów, co raczej próbują rozwiązać łatwiejsze zadanie, jakim jest stworzenie niektórych elementów sztucznej „inteligencji”. Czym inteligentne roboty różnią się od innych? Jako roboty trzeciej generacji są naturalnie wyposażone we wszystkie te same możliwości, co roboty pierwszej generacji (oprogramowanie) i drugiej generacji (adaptacyjne). Inteligentne roboty, podobnie jak roboty programowe, są zdolne do celowego działania i mogą wykonywać sekwencję działań ściśle określoną przez program. Podobnie jak roboty adaptacyjne potrafią odbierać informacje o środowisku zewnętrznym, przetwarzać je i zmieniać swoje zachowanie zgodnie ze zmianami w środowisku zewnętrznym. Główna różnica między inteligentnymi robotami polega na tym, że potrafią planować swoje działania. Wystarczy postawić przed robotem trzeciej generacji zadanie: jasno sformułować cel, kryteria, według których musi oceniać sposoby osiągnięcia celu, ustalić ograniczenia, w ramach których może działać, a sam może wypracować wiele metod, sposobów rozwiązać zadanie, ocenić je z punktu widzenia w oparciu o podane kryteria, wybrać najlepszą ścieżkę w określonych warunkach i rozwiązać problem. Zatem najważniejszą rzeczą, która wyróżnia roboty różnych generacji, jest wielkość i złożoność zadań przetwarzania informacji, które powstają podczas ich działania.