Ce poate face un robot pentru o persoană? Ce poate face un robot? Acționați în principiu

După tipul de operații efectuate, roboții industriali se împart în auxiliare și tehnologice. Roboții auxiliari efectuează operațiuni de instalare a pieselor de prelucrat pe mașina tehnologică și de îndepărtare a acestora după prelucrare. Ei folosesc un dispozitiv de prindere ca element de lucru. În esență, roboții de asistență imită acțiunile unui muncitor care întreține o mașină. În același timp, se păstrează tehnologia tradițională de producție adaptată capacităților umane. Roboții tehnologici procesează direct piesele de prelucrat. Ei folosesc o unealtă de lucru ca unealtă de lucru: clește de sudură, pistol de vopsea, cap abraziv etc.

Pe măsură ce roboții tehnologici se dezvoltă, se deschid operațiuni rapide și precise de tăiere a materialelor, sudare, vopsire a produselor, selectarea modurilor optime de procesare, stocarea unor volume nelimitate de informații tehnologice și măsurarea caracteristicilor produselor, care anterior erau inaccesibile oamenilor. Acest lucru a făcut posibilă crearea unor tehnologii de producție fundamental noi, care nu pot fi utilizate fără robotică.

În funcție de sarcinile efectuate, se disting roboții manipulatori, mobili și de control al informațiilor.

Robot de manipulare concepute pentru a efectua operații mecanice similare cu cele efectuate de oameni, dar cu modificări de scară, dimensiune și forță. Acestea includ transferul unui obiect între puncte date, deplasarea unui obiect de-a lungul unui traseu dat, procesarea unui obiect folosind o unealtă pe un corp de lucru. Majoritatea roboților utilizați în inginerie mecanică sunt manipulatoare automate de prima generație. Dezvoltarea controlului de la distanță al roboților de manipulare a făcut posibilă efectuarea de acțiuni în spațiu și efectuarea de operații chirurgicale intercontinentale. În anul 2000, prima operație a fost efectuată în Franța folosind un manipulator controlat printr-o cameră de televiziune de către un chirurg din Statele Unite.

Robot mobil se deplasează în spațiu între punctele date. Roboții mobili de cercetare pot livra mostre din locuri inaccesibile oamenilor. Roboții mobili de salvare în caz de urgență sunt proiectați pentru a transporta oamenii prin zone periculoase. Roboți mobili specializați sunt dezvoltați pentru livrarea de materiale explozive și periculoase, operațiuni militare și lupta împotriva terorismului, eliminarea munițiilor neexplodate, deminarea și alte sarcini care sunt periculoase pentru oameni. Roboții mobili tehnologici sunt utilizați în sistemele de producție flexibile pentru a transporta mărfuri între unitățile de echipamente tehnologice.

Robot de informare și control imită și extinde informațiile umane și capacitățile de control. Este posibil să nu fie echipat cu un manipulator. Un astfel de robot este un cărucior autopropulsat cu telecomandă, echipat cu camere de televiziune la bord, probe și instrumente de măsură. Roboții colectează informații de la senzorii de la bord, le procesează conform unor algoritmi specificați, acumulează sau transmit informații operatorului și generează automat comenzi de control în funcție de informațiile primite. Spre deosebire de un om, un robot de control al informațiilor poate extrage în plus informații despre obiecte în absența iluminării și în spatele unui obstacol invizibil, distribuția câmpului termic pe suprafața obiectului. Utilizarea acestuia vă permite să creșteți viteza de funcționare a echipamentului, limitată de capacitățile psihofiziologice ale operatorului, să acumulați informații despre controlul trecut, să preziceți dezvoltarea procesului, să comparați informațiile de la diferiți senzori și să determinați proprietățile obiectelor necunoscute în orice mediu. . Roboții de informare și control includ roboți de control și măsurare pentru măsurarea parametrilor produsului în timpul procesului de fabricație.

Clasificarea extinsă a roboților industriali include, în plus, caracteristici precum:

tip de productie (turnatorie, forjare, asamblare, taiere metal, sudare, tratament termic);

sistemul de coordonate al manipulatorului (cilindric, sferic, dreptunghiular, unghiular etc.);

capacitate de încărcare (ultra ușoară - până la 1 kg, ușoară - până la 10 kg, medie - până la 200 kg, grea - până la 1000 kg);

gradul de mobilitate (staționar sau mobil);

design (încorporat în echipament, montat pe podea, suspendat);

tip de transmisie (pneumatic, hidraulic, electromecanic);

controlul mișcării unei legături între punctele specificate (ciclice, poziționale, contur).

Capacitățile tehnice ale roboților sunt evaluate prin capacitatea de încărcare nominală, dimensiunea și forma zonei de lucru, mișcarea maximă a legăturilor, timpul de mișcare a legăturilor, viteza și accelerarea mișcării legăturilor, eroarea de poziționare a lucrărilor. element, forța și timpul de apucare a unui obiect, timpul de eliberare a unui obiect, dimensiunile maxime și minime ale obiectului manipulat, numărul de unități de deplasare controlate simultan, numărul de canale de comunicație cu echipament, presiunea lichidului sau a aerului, consumul de energie, timpul mediu dintre defecțiuni, durata de viață, greutatea și dimensiunile.

Dezvoltarea roboticii industriale este în următoarele direcții:

trecerea de la roboți de încărcare și descărcare pentru întreținerea echipamentelor tehnologice la roboți tehnologici care efectuează operațiuni de bază, precum prelucrarea mecanică a materialelor, sudarea, acoperirea;

combinarea secțiunilor robotizate individuale într-un sistem de producție flexibil capabil să onoreze diferite comenzi pe o singură linie de producție;

creșterea ponderii roboților adaptabili capabili să se adapteze la schimbările din mediul tehnologic;

crearea de roboți industriali pentru industrii non-inginerești, precum minerit, agricultură, industria ușoară, microelectronica, medicină, transporturi.

Utilizarea roboților industriali moderni crește productivitatea echipamentelor și producția de produse, îmbunătățește calitatea produsului, înlocuiește oamenii în munca monotonă și grea și ajută la economisirea de materiale și energie. În plus, sunt suficient de flexibile pentru a fi utilizate în producția de volum mediu și mic, zone în care instrumentele tradiționale de automatizare nu sunt aplicabile. Produsele la scară mică au o piață mare. Cercetările arată că marea majoritate a pieselor achiziționate, chiar și de către armată, au fost produse în cantități mai mici de 100, iar în Marea Britanie se estimează că aproximativ 75% din toate piesele metalice au fost produse în cantități mai mici de 50. Roboții nu posedă încă multe dintre cele mai importante calități inerente oamenilor, de exemplu, ei nu sunt capabili să răspundă în mod inteligent la situații neprevăzute și schimbări în mediul de lucru, auto-învățare pe baza propriei experiențe și folosind o coordonare fină a sistem mana-ochi. Pentru operațiuni de manipulare precum debavurarea, turnarea, curățarea lingourilor, forjarea, tratarea termică, turnarea de precizie, manipularea mașinilor, formarea, ambalarea, manipularea pieselor și depozitarea sunt utilizați roboți de prindere sau similari. În loc de prinderi, brațele robotizate pot fi echipate cu o varietate de instrumente pentru a îndeplini sarcini, de la vopsirea prin pulverizare, aplicarea de adezivi și acoperiri izolatoare până la găurire, scufundare, strângere piulițe, șlefuire și sablare. În plus, roboții pot fi folosiți pentru sudarea în puncte și arc, tratarea termică și tăierea cu flacără sau laser și curățarea cu jeturi de apă. Trebuie remarcat faptul că iluziile inițiale cu privire la posibilitatea creării unui robot universal capabil să execute aproape orice lucrare - de la asamblare până la sudarea în puncte - au fost acum în mare măsură risipite. Roboții devin acum specializați, devenind roboți de vopsit, roboți de sudură, roboți de asamblare etc.

În cele din urmă, în ceea ce privește potențiala înlocuire a lucrătorilor cu guler de oțel, trebuie amintit că un robot poate înlocui doar pe cineva care „lucrează ca un robot”. Cu toate acestea, vremea nu este departe când roboții vor putea înlocui oamenii nu numai în locuri de muncă obositoare, repetitive sau obositoare, ci și în locuri de muncă despre care se credea că necesită abilități dobândite prin experiență. Prin urmare, este de înțeles că mulți oameni sunt îngrijorați de răspândirea roboților din cauza unei posibile creșteri a șomajului.

Odată cu apariția dispozitivelor robotizate sofisticate, nu se mai poate spune că roboții vor înlocui pur și simplu oamenii cu locuri de muncă neatractive, dar omenirea se confruntă cu degradarea dacă, temându-se de șomaj, continuă să lucreze în locuri de muncă obositoare, monotone.

Tipul de robot descris de obicei în filme și desene animate, cu caracteristici și comportament umanoizi, are puține în comun cu roboții care sunt construiți în laboratoarele de inginerie din întreaga lume.

Această discrepanță se datorează a două motive: forma optimă pentru muncă seamănă rar cu un fizic uman, iar comportamentul uman este prea complex pentru a fi tradus într-un program de calculator potrivit pentru controlul acțiunilor unui robot.

Cu toate acestea, inginerii au reușit să dezvolte un robot care poate imita anumite funcții umane. După cum se arată în ilustrație, brațele mecanice ale unui robot, numite manipulatoare, pot ține și întoarce obiecte în același mod în care o pot face mâinile umane. Ochii electronici permit robotului să perceapă obiectele din jur și să interacționeze cu acestea.

O mână simplă de robot, numită manipulator, este formată din două degete care se deschid și se închid pentru a prinde un obiect. Un manipulator conectat la articulații rotative poate muta obiectele în sus și în jos și le poate roti în toate direcțiile. Un senzor electronic permite degetelor manipulatorului să ajusteze forța de compresie.

Oamenii de știință specialiști nu au creat încă un robot umanoid pe deplin funcțional. Cu toate acestea, roboții specializați pot imita multe funcții umane limitate.

Viziune digitală

Ochiul robotului este format dintr-o cameră de televiziune care captează imagini vizuale și un microprocesor care convertește aceste imagini în semnale electrice.

Când ochiul robotului se concentrează asupra unui obiect (de jos), microprocesorul produce o imagine electrică (dreapta).

Suflet de robot

În loc de creier, robotul este controlat de un program de calculator. Programul primește date de la senzor, apoi procesează informațiile pentru a determina modul în care robotul ar trebui să răspundă la acestea.

Se târăsc, nu alerg

Oamenii de știință nu au creat încă un robot mobil adevărat. Roțile oferă roboților cele mai simple mijloace de mișcare, dar nu sunt potrivite pentru roboții care trebuie să facă față suprafețelor neuniforme, cum ar fi scările. O posibilă opțiune ar putea fi centipedele, care vor ajuta robotul să mențină stabilitatea pe o suprafață instabilă.

Scriitorii de science fiction au inventat roboții cu zeci de ani în urmă, dar oamenii inteligenți din metal nu au apărut niciodată pe străzile noastre. Multe lucruri vă împiedică să vă transformați visele în realitate. Inclusiv omul însuși

Ajutoare non-universale

Făpturile drăguțe făcute din materiale plastice și aliaje de ultimă generație, conform oamenilor, trebuie să facă o muncă grea sau plictisitoare: să meargă la magazin, să spele vase, să aspire, să-și facă temele cu copiii și să vorbească cu bunica despre vreme. La nevoie, vor duce chitanțele la bancă și vor duce proprietarul la muncă.

Fiecare dintre aceste acțiuni în sine nu necesită mult efort, dar împreună necesită mult timp, așa că roboții de uz casnic trebuie să fie universali.

„Astăzi în laboratoare există roboți care pot rezolva mai multe sarcini în paralel, dar, în primul rând, în fiecare moment sunt ocupați doar cu una dintre ele, iar în al doilea rând, nu pot alege în mod independent ce sarcină să-i dea preferință. În plus, roboții nu înțeleg deloc ce să nu facă într-o anumită situație.”„, explică lector superior la Birmingham School of Computer Science și specialist în inteligență artificială Nick Hawes.

Pentru a aspira un apartament, robotul are nevoie de un algoritm, pentru a merge la magazin - altul, iar ambele trebuie să fie înregistrate în „creierul” electronic. O mică modificare a parametrilor, dacă nu a fost specificată inițial, de exemplu, secțiunile alimentare dintr-un magazin au fost schimbate, face sarcina imposibilă. Aparatul execută doar comenzi prestabilite și nu poate „își da seama” că, de fapt, totul în magazin rămâne la fel. „O soluție la problemă este crearea unui fel de rețea socială pentru roboți, unde aceștia vor încărca datele obținute în situații noi, iar alți roboți le vor putea descărca.”, spune Nick.

Minte limitată

O altă trăsătură pe care viitorii scriitori o atribuie roboților, împreună cu versatilitatea, este inteligența fantastică. De când a fost creat IBM calculator Albastru inchisînvingându-l pe unul dintre cei mai mari jucători de șah de pe planetă, Garry Kasparov, mulți oameni cred că mașinile i-au depășit pe oameni în ceea ce privește inteligența. Supercalculatoarele și procesoarele din telefoanele mobile care efectuează mii de operații pe secundă întăresc această credință. Dar, în realitate, oamenii nu au de ce să se teamă.

Mintea roboților este limitată de așa-numita problemă a sensului. „Aceasta este o problemă uriașă în robotică, spune Hoz. — Roboții nu înțeleg ce înseamnă „floare” sau „cer” sau ceva. Și mai rău, oamenii înșiși nu știu ce înseamnă - ei doar îl înțeleg, asta-i tot.”. Aparatul poate învăța că un obiect cu patru picioare, cu scaun și spătar este un scaun, dar sensul conceptului „scaun” este inaccesibil pentru el. Prin urmare, este puțin probabil ca un robot să recunoască un scaun de designer fără picioare și cu spatele despicat, în ciuda faptului că o persoană nu va avea probleme cu acest lucru.

„Oamenii creează baze de date uriașe în care înregistrează toate semnificațiile posibile ale cuvintelor. Dar aceasta este doar o soluție parțială: dacă ceea ce vorbești este în baza de date, robotul te va înțelege. Dacă cuvântul nu există? Există o altă abordare în care roboții sunt învățați sensul prin experiență. Dar din nou, ei vor învăța doar sensul acelor concepte pe care le-au întâlnit personal.”, spune Nick Hawes.

Lipsa dorintelor

Poate cel mai mult, oamenii se tem că într-o zi roboții se vor sătura să se supună oamenilor și vor prelua lumea. Perspectiva este puțin probabilă nu numai pentru că roboții nu înțeleg sensul cuvintelor „preia” și „lumea”. Un motiv mult mai convingător este că până acum inginerii nu au fost capabili să dea conștiință roboților. Acest concept greu de definit oferă oamenilor libertatea de alegere și dorință, inclusiv dominația lumii.

„Nu înțelegem încă cum se formează conștiința în oameni, ceea ce înseamnă că nu o putem reproduce în roboți. În opinia mea, ideea este modul în care diferitele părți ale creierului sunt conectate între ele. Dacă ne dăm seama vreodată de acest lucru, am putea fi capabili să reproducem structura creierului și să dăm conștiință roboților.”, crede Hoz.

Mașinile care nu înțeleg sensul cuvintelor și nu au conștiință nu vor putea înlocui oamenii acolo unde este necesar să acționeze în afara șablonului, chiar dacă acesta este unul complex. De exemplu, deși roboții nu cunosc frica, nu se tem de durere, pot exista fără oxigen și apă și rezistă la temperaturi extreme - fac astronauți foarte răi. „Informațiile pe care un rover îi ia trei luni să le colecteze, o persoană le-ar primi în trei ore, explică Nick. „Oamenii de pe Pământ se uită la telemetrie și trimit dispozitivului instrucțiuni despre câți centimetri să parcurgă, ce piatră să se apropie, ce instrument să folosească. O persoană ar lua toate aceste decizii într-o fracțiune de secundă.”. În medie, un semnal călătorește de la Marte pe Pământ în aproximativ 15 minute (și aceeași cantitate înapoi), dar comunicarea nu este întotdeauna posibilă din cauza interferențelor. Prin urmare, „eșapamentul” chiar și de la o scurtă călătorie umană pe Marte ar fi de sute de ori mai mare decât mai multe misiuni robotice, fiecare dintre ele a durat ani de zile. Deținătorul recordului printre centenarii marțieni, roverul Opportunity, a călătorit doar 40 de kilometri în mai bine de 10 ani pe Planeta Roșie.

Da, roboții contează bine, sunt puternici, rezistenți și lucrează fără întreruperi pentru somn și mâncare. Dar, în mod paradoxal, mașinile nu vor apărea ca asistenți universali până când nu vor deveni mai umani și nu vor dobândi conștiință (sau poate un suflet).

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

Așadar, roboții sunt sisteme capabile să înlocuiască oamenii în diverse domenii de activitate datorită abilităților lor de a „gândi” și „a face” (desigur, raportul dintre „gândește” și „a face” este diferit pentru diferiți roboți). Domeniile de aplicare ale roboților sunt deja extrem de diverse, de la îngrijirea medicală, unde aceștia acționează ca asistente și îngrijesc bolnavii, până la cercetare, unde roboții pot înlocui oamenii în adâncurile oceanului și pe alte planete.

În această carte, ne vom limita la a lua în considerare roboții care sunt utilizați în inginerie mecanică, fabricarea instrumentelor și industria radio-electronică și nu vom atinge cei necesari agriculturii, industriilor ușoare și miniere etc.

Pentru ce sunt roboții industriali? Răspunsul la această întrebare pare a fi simplu: sunt necesare pentru a înlocui o persoană în activitățile sale de producție, adică pentru a efectua diverse tipuri de operațiuni tehnologice de bază și auxiliare. Cu toate acestea, nu toate sunt atât de simple.

Luați în considerare, de exemplu, procesul tehnologic de prelucrare în fabricarea unui ciocan. În principiu, roboții industriali moderni pot face acest lucru cu ușurință folosind un fișier. Dar este acest lucru rațional în producție? Se dovedește că nu. Până la urmă, au fost deja create mașini de tăiat metal cu comandă numerică (CNC), care în mod automat, fără intervenția omului în procesul de prelucrare, pot rezolva aceasta și alte probleme mult mai complexe, inclusiv cele pe care o persoană nu le mai poate rezolva. face față manual, și mult mai rapid și cu o calitate superioară.

Este clar că niciun robot nu poate concura cu o astfel de mașină. Dar acest lucru nu este necesar. Mașinile de prelucrare CNC sunt proiectate pentru, prin îndepărtarea excesului de material din piesa de prelucrat (aport), să obțină o parte din forma și dimensiunea necesară, adică să automatizeze procesul de tăiere. Sunt universale, adică pot prelucra o mare varietate de piese care diferă ca formă, dimensiune, material etc. Dar până acum oamenii au instalat aceste piese pe mașină și le-au îndepărtat. Există un paradox aici, într-un anumit sens. Cel mai complex lucru care a determinat calificările lucrătorului din spatele strungului universal, adică procesul de prelucrare a piesei în sine, a fost automatizat cu ajutorul unui strung CNC, dar cele mai simple sarcini de instalare a piesei în mandrina mașinii, pe care orice student. poate face față cu ușurință strunjitorului, nu a fost posibilă automatizarea (nu vorbim, desigur, de linii automate în producția de masă și pe scară largă, care prelucrează aceeași piesă; acolo aceste operațiuni sunt efectuate, de exemplu, de către operatorii auto ). Și acest lucru este cauzat de varietatea de forme, dimensiuni, traiectorii de mișcare a pieselor și, desigur, se aplică nu numai echipamentelor de prelucrare.

Operațiunile de încărcare și descărcare a echipamentelor tehnologice sunt auxiliare. Însă domeniul de aplicare al roboților în producție nu se limitează doar la ei.

De exemplu, în timpul procesului de sudare electrică, este necesar ca capătul electrodului să se miște cu o anumită viteză în raport cu îmbinarea pieselor care sunt sudate. Dacă traiectoria mișcării este simplă, de exemplu dreaptă, atunci acest proces poate fi automatizat. Dar cel mai adesea piesele care sunt sudate au o formă complexă și, prin urmare, o configurație complexă a îmbinării, motiv pentru care o cantitate atât de mare de lucrări de sudare a fost efectuată manual. Roboții înlocuiesc cu succes oamenii în aceste procese.

Același lucru se poate spune despre vopsirea prin pulverizare cu pistoale de pulverizare (există și alte metode de vopsire, în special prin scufundare, dar nu ne vom opri asupra lor). Piesele de formă simplă, cum ar fi panourile, sunt vopsite folosind transportoare de vopsea în care piesele se deplasează cu o viteză constantă pe lângă pistoalele de pulverizare. Pentru piesele de forme mai complexe, această metodă nu este potrivită, deoarece pentru vopsirea uniformă este necesar ca distanța de la pistolul de pulverizare până la suprafața de vopsit și viteza de mișcare să fie constante. Ei bine, ce se întâmplă dacă piesa are forma unui dulap sau cadru, care trebuie și el vopsit din interior? Roboții pot rezolva cu succes și aceste probleme.

Ce este comun în aceste procese tehnologice de încărcare a pieselor, sudare, vopsire, ceea ce ne permite să vorbim despre posibilitatea și necesitatea utilizării roboților pentru a le executa? Lucrul general este că, în toate cazurile, este necesar să se asigure că piesa se mișcă în raport cu orice unealtă de lucru de-a lungul unei traiectorii destul de complexe (în principiu, nu contează dacă robotul mișcă piesa în raport cu echipamentul, ca la încărcare, sau capul de sudare, ca la sudare). Complexitatea traiectoriei pe care o poate oferi un robot se realizează prin creșterea complexității cinematicii actuatoarelor.

Astfel, scopul roboților industriali este de a deplasa o piesă în spațiu, sau o unealtă de lucru (cap de sudură, pistol de pulverizare) față de piesă, sau piesele una față de alta (ca, de exemplu, într-un ansamblu). Desigur, este necesar să se asigure că sunt îndeplinite anumite condiții și sunt respectate regimurile tehnologice. De exemplu, în timpul asamblarii, este adesea necesar să se exercite forță asupra pieselor de interfață.

Care este complexitatea operațiunilor tehnologice de acest gen și de ce le-ar putea realiza doar oamenii? Există două motive principale: primul este varietatea formelor geometrice și dimensiunilor pieselor și traiectoriile de-a lungul cărora aceste părți trebuie să fie mutate, iar al doilea motiv, care decurge din primul, este cantitatea mare de informații, varietatea și complexitatea sarcinilor de prelucrare a acestuia în timpul operațiunilor.

Să definim acum ce este un robot industrial. Conform standardului de stat, un robot industrial este „o mașină automată reprogramabilă folosită în procesul de producție pentru a îndeplini funcții motorii similare cu funcțiile umane atunci când mută articolele de producție și (sau) echipamentele tehnologice”.

Deoarece robotul preia o serie de funcții de producție umană, este interesant să le comparăm funcționalitatea, dar acest lucru necesită un sistem de criterii pentru evaluarea lor. Iată principalele caracteristici tehnice ale robotului, permițându-vă să judeci ce poate face.

Primul lucru care interesează este ce fel de greutăți poate ridica. Capacitatea de încărcare nominală a unui robot industrial determină masa maximă de obiecte industriale pe care le poate manipula și nu numai că trebuie să fie capabil să apuce și să țină, ci și valorile stabilite ale altor caracteristici operaționale. În funcție de capacitatea lor de încărcare, roboții sunt împărțiți în grupuri: de la ultra-ușoare, concepute pentru a lucra cu piese cu o greutate de până la 1 kg, până la super-grele, care ridică obiecte de producție cu o greutate mai mare de 1000 kg.

O altă caracteristică critică este precizia cu care robotul poate muta o piesă sau unealtă într-o anumită poziție în spațiu. Se numește eroare de poziționare a corpului de lucru al manipulatorului și caracterizează abaterea poziției corpului de lucru al manipulatorului unui robot industrial de la cea specificată în timpul programării acestuia. Eroarea de poziționare admisă depinde de operațiunile pentru care este utilizat robotul. Dacă pictează o piesă cu un pistol de pulverizare, atunci o eroare de poziționare de câțiva milimetri nu are practic niciun efect asupra calității produsului. Cu toate acestea, în sudarea cu arc, cu o astfel de eroare, robotul poate să nu ajungă nici măcar electrodul la îmbinarea pieselor. Aici, eroarea de poziționare admisă nu trebuie să depășească zecimi de milimetru. În ceea ce privește asamblarea ceasului, în general este necesară precizia micronului.

O caracteristică importantă este caracteristicile geometrice ale zonei de lucru a unui robot industrial. Zona de lucru este spațiul în care poate fi amplasată partea de lucru a manipulatorului; cu alte cuvinte, aceasta este totalitatea tuturor acelor puncte către care poate fi mutat elementul de lucru. În funcție de designul robotului industrial, zona de lucru poate avea o formă diferită, de exemplu un dreptunghi. Zona de lucru este caracterizată prin dimensiuni liniare sau unghiulare, suprafață în secțiune transversală și volum.

Dar conceptul de zonă de lucru nu caracterizează suficient capacitățile tehnologice ale unui robot. De exemplu, un robot de asamblare de tip Skilam are o zonă de lucru prezentată în Fig. 2. Dar poate efectua vreo operațiune de asamblare în zona de lucru? Se dovedește că nu. „Skylam” este capabil să efectueze operațiuni de asamblare în care mișcarea de lucru pentru implementarea interfeței este efectuată numai vertical de sus în jos. Dacă trebuie să vă mișcați într-un unghi, atunci „Skilam” nu va face față acestei sarcini. Mâna lui nu este suficient de flexibilă, așa că nu poate mișca părți în spațiu pe o traiectorie arbitrară. Aceste capabilități depind de numărul de grade de mobilitate ale robotului industrial. Numărul de grade de mobilitate se referă la numărul de grade de libertate ale lanțului cinematic al manipulatorului. În practică, este egal cu numărul de perechi cinematice, rotaționale și translaționale. Din cursul geometriei analitice se știe că pentru a efectua orice mișcare în spațiul tridimensional sunt suficiente trei mișcări de translație și trei de rotație. Numărul de grade de mobilitate este cel care determină în principal redundanța cinematică a robotului și amploarea funcționalității acestuia.

Orez. 2. Robot de asamblare specializat „Skilam” (Japonia) (a) și configurația zonei sale de lucru (b)

Conceptul de spațiu de lucru, spațiul în care poate fi amplasat actuatorul unui robot industrial, diferă de conceptul de zonă de lucru.

Există roboți staționari și mobili. Roboții staționari sunt proiectați să lucreze într-o singură poziție de lucru. Roboții mobili deservesc mai multe poziții. Acestea includ, de exemplu, roboți de tip portal, cum ar fi M-33 (Fig. 3), care se pot deplasa de-a lungul unei monoșii și pot deservi mai multe strunguri, precum și roboți de transport care transportă piese și piese de prelucrat de la depozit la mașini și înapoi, transferul pieselor de la mașină la mașină.

Când vorbim despre caracteristicile de performanță ale roboților industriali, nu se poate să nu menționăm fiabilitatea acestora. Din păcate, cu cât funcționalitatea este mai largă, cu atât robotul este mai puțin fiabil datorită complexității sale mai mari. Fiabilitatea roboților este evaluată prin timpul mediu dintre defecțiuni. Îmbunătățirea fiabilității roboților este importantă. La urma urmei, linia de producție este deservită de mai mulți roboți (și uneori de câteva zeci), iar dacă vreunul dintre ei eșuează, întreaga linie se oprește.

În ciuda faptului că a trecut foarte puțin timp de la crearea primilor roboți industriali, există deja trei generații ale acestora. Prima generație sunt roboți software, a doua generație sunt roboți adaptivi și a treia generație sunt așa-numiții roboți inteligenți.

Cum diferă roboții din generații diferite? Ele diferă în multe feluri, dar principala lor diferență este flexibilitatea, capacitatea de a se adapta, de a-și schimba comportamentul atunci când mediul de producție se schimbă. Această flexibilitate (desigur, în limitele funcționalității în funcție de cinematica robotului) este determinată în principal de informațiile despre mediul extern pe care robotul îl poate percepe și de capacitatea de a-l procesa de către sistemul de control al robotului, care generează acțiuni de control pentru actuatoarele.

Cu toate acestea, nu trebuie să credem că o generație de roboți o înlocuiește constant pe alta. Acest lucru se explică prin faptul că, atunci când se utilizează roboți, este necesar să se respecte principiul redundanței funcționale minime, adică, în funcție de natura sarcinii tehnologice pe care trebuie să o îndeplinească robotul, ar trebui să se aleagă nivelul de redundanță funcțională nu. mai mare decât cea cerută de o anumită sarcină.

Am spus deja că istoria roboticii nu a început „de la zero”. Predecesorii roboților industriali au fost manipulatori încorporați rigid (autooperatori), care sunt uneori numiți roboți de generație zero și sunt acum utilizați cu succes în liniile automate. Liniile automate sunt create în producția de masă și pe scară largă pentru a produce aceeași piesă în cantități mari și pe o perioadă lungă de timp (câțiva ani). Operatorii auto lucrează în același ciclu cu toate celelalte echipamente tehnologice ale liniei și efectuează operațiuni auxiliare de încărcare și descărcare. Deoarece piesa este întotdeauna aceeași, nu este nevoie să reconstruiți operatorul auto.

Prima generație de roboți – software – se remarcă prin faptul că comportamentul lor se poate schimba ca urmare a modificării programului. Luați în considerare, de exemplu, un robot care încarcă piese în mandrina unui strung CNC de pe un palet (acesta este un dispozitiv pentru transportul pieselor în care acestea sunt depozitate strict orientate în cuiburi speciale). Robotul preia piesele de prelucrat de pe palet una câte una și le plasează în mandrina mașinii, iar piesele finite în fantele libere. Odată ce toate piesele din palet au fost prelucrate, se poate depune un palet cu alte piese. Apoi, un program de control trebuie introdus în mașina CNC pentru a procesa piesa nouă. Noul program este introdus și în sistemul de control al robotului. Astfel, robotul este reconfigurat pentru a încărca alte părți, în timp ce funcționează într-un mediu strict determinist.

Toate informațiile despre schimbările din mediul de producție intră în sistemul de control al robotului în timpul programării acestuia. Informațiile despre schimbările din mediu primite în timpul funcționării robotului sunt extrem de nesemnificative. Un robot care nu este echipat cu un senzor special, dacă nu există nicio piesă în nicio fază a paletului, va încerca să „lueze” spațiul gol și să-l instaleze în mandrina. Dacă robotul este echipat cu senzori tactili care pot detecta absența unei piese, acesta se va opri și va chema o persoană care trebuie să afle motivele opririi și să le elimine. Un robot software nu se poate adapta la un nou program sau se poate adapta la schimbările care au avut loc fără ajutorul uman. Informațiile despre schimbările neplanificate în mediul de producție care intră în sistemul de control al robotului pot provoca un singur tip de reacție - oprirea funcționării acestuia și apelarea personalului de service. În același timp, datorită capacității lor de a se adapta rapid pentru a îndeplini noi sarcini, roboții software și-au găsit o aplicație largă în diverse domenii ale industriei, iar acum alcătuiesc majoritatea roboților utilizați în industrie.

Roboții din a doua generație sunt capabili să răspundă la schimbările din mediul extern. Ele se numesc adaptative. Ce fel de schimbări în mediul extern se referă aici? La urma urmei, s-ar părea că în producție totul poate fi organizat în așa fel încât un robot trebuie doar să execute un anumit program, iar acest lucru îi va asigura funcționarea fiabilă. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna posibil.

Luați în considerare, de exemplu, procesul de sudare cu arc. Să presupunem că trebuie să sudați un perete lateral pe acoperișul cabinei tractorului din Belarus. Piesele care trebuie sudate au o formă complexă, iar îmbinarea are o configurație complexă. Un robot echipat cu un cap de sudare trebuie să-l deplaseze pe o cale adecvată, iar această mișcare poate fi programată. Ce se întâmplă în practică atunci când o operație de sudare este efectuată de un robot software? În loc de produse bune, ajungem adesea cu produse defecte. Acest lucru se datorează faptului că piesele, așa cum am spus deja, au o formă complexă, dimensiuni semnificative, iar cerințele pentru precizia fabricării lor nu sunt foarte mari, deoarece abaterile minore ale dimensiunilor nu au un efect semnificativ asupra caracteristicile operaționale ale cabinei; în timpul transportului, piesele din tablă se pot deforma ușor, dar lungimea îmbinării este destul de semnificativă. Drept urmare, robotul va plasa bine o cusătură în unele locuri, în altele doar pe una dintre părțile care sunt sudate, iar în unele locuri chiar „gătește aer”.

Un robot de sudare adaptivă, care efectuează această operație cu ajutorul senzorilor cu care este echipat, monitorizează constant poziția electrodului față de îmbinarea pieselor. Informațiile despre deplasare intră în sistemul de control al robotului, care o prelucrează în timp real, generează acțiuni de control și le transmite organelor executive ale robotului, care corectează traiectoria mișcării.

Astfel, roboții adaptivi au un sistem dezvoltat de percepere a informațiilor despre mediul extern în timpul funcționării lor, pe care roboții software nu îl au. Aceste informații nu trebuie doar percepute, ci și convertite în informații de control, motiv pentru care roboții adaptivi au un sistem de procesare a informațiilor. Întrucât un computer este o mașină universală pentru procesarea informațiilor, sistemele de control pentru roboții adaptivi sunt create pe baza unor sisteme de calcul destul de puternice bazate pe tehnologia microprocesoarelor. Desigur, reacția robotului la schimbările din mediul extern trebuie să fie destul de clară. Algoritmii de procesare a informațiilor despre schimbările din mediul extern în acțiuni de control sunt programați și formează o parte foarte importantă a software-ului. Perfecțiunea software-ului unui robot adaptiv asigură în principal amploarea funcționalității și eficiența operațională a acestuia. Roboții din a doua generație sunt deja utilizați în industrie, dar numărul lor este încă relativ mic.

Roboții din a treia generație sunt inteligenți. Ele nu sunt încă produse de industrie și nu sunt utilizate în producție. Iar domeniul lor de aplicare este... producția nu este încă clară. Oamenii de știință din țara noastră și din străinătate efectuează cercetări intense nu atât în ​​direcția creării de roboți inteligenți, ci mai degrabă încearcă să rezolve sarcina mai ușoară de a crea unele elemente de „inteligență” artificială. Cum diferă roboții inteligenți de ceilalți? Ca roboți din a treia generație, aceștia sunt în mod natural înzestrați cu toate aceleași abilități ca roboții din prima generație (software) și din a doua generație (adaptative). Roboții inteligenți, ca și cei software, sunt capabili de activitate intenționată și pot efectua o secvență de acțiuni strict specificată de program. Asemenea roboților adaptativi, aceștia sunt capabili să perceapă informații despre mediul extern, să le prelucreze și să-și schimbe comportamentul în conformitate cu schimbările din mediul extern. Principala diferență dintre roboții inteligenți este că aceștia își pot planifica activitățile. Este suficient să stabiliți o sarcină unui robot din a treia generație: să formuleze clar un scop, criteriile după care trebuie să evalueze modalitățile de atingere a scopului, să stabilească restricții în cadrul cărora să poată acționa și el însuși poate dezvolta multe metode, moduri de rezolvarea sarcinii, evaluați-le din punct de vedere pe baza criteriilor date, alegeți calea cea mai bună în condiții specifice și rezolvați problema. Astfel, principalul lucru care distinge roboții de diferite generații este volumul și complexitatea sarcinilor de procesare a informațiilor care apar în timpul funcționării acestora.