Что такое робот: от фантастики к реальности

В современном мире цивилизованного человека на каждом шагу может ожидать встреча с роботами. С прогрессом в области робототехники в нашу повседневность вошли разнообразные автоматизированные устройства - от популярных роботов-пылесосов до высокоточных хирургических комплексов. Что же такое робот? В какой же момент наши добрые помощники пылесос, автомобиль, кофеварка так поумнели, что превратились из просто агрегатов в наших интеллектуальных друзей?

Впервые слово "робот" появилось благодаря художнику Йозефу Чапеку, брату чешского драматурга Карела Чапека. Это название придумали для постановки R.U.R («Россумские универсальные роботы»), выпущенной в 1920 году.

Сегодняшние роботы кардинально отличаются от представленных в фантастической литературе. Фильмы и книги сформировали образ роботов как гуманоидов с интеллектом, схожим с человеческим. Однако на практике большинство роботизированных систем разрабатывается без акцента на внешнее сходство с человеком. В промышленных сферах ключевыми характеристиками являются эффективность и точность работы, а не антропоморфный дизайн.

Прототипы автоматизированных механизмов существовали ещё в Древней Греции. В Средние века также создавались механические устройства. Роботы упоминались и в других древних культурах - в Китае, Османской империи, Багдаде. В XVI веке Хуанелло Турриано создал механического монаха, который молился и целовал распятие. Этот экспонат сегодня хранится в Смитсоновском институте США. Несмотря на их сложность, все эти механизмы не обладали интеллектуальными функциями и не являлись полноценными роботами.

Современные технологии объединяют механику, электронику, датчики и программное обеспечение. Первые роботизированные системы, послужившие основой для дальнейших разработок, появились в 1940-х годах и имели вид аналоговых механизмов. В 1978 году был представлен цифровой промышленный робот-манипулятор PUMA, использующий микроконтроллеры и цифровые сигналы.

Основные компоненты робота:

• Корпус - его форма зависит от назначения робота.
• Манипуляторы - механизмы, отвечающие за взаимодействие с окружающими объектами.
• Система управления - включает центральный процессор и датчики, собирающие информацию об окружающей среде, например, лидарами, камерами, тепловизорами. Полученные сигналы передаются в электронные системы, где обрабатываются согласно запрограммированным алгоритмам.
• Ходовая часть - обеспечивает передвижение.

Несмотря на значительный прогресс, робототехника остаётся молодой наукой с широкими перспективами. Также актуальной задачей остаётся удешевление роботизированных систем и сокращение срока их окупаемости, что позволит расширить их применение.

По своей сути роботы - это механические устройства. являются основополагающими для робототехники. использованием этих принципов. действиями на основе данных от датчиков и предварительно заданных программ. системы, которые являются частью более крупной машины или системы.

Роботы могут:

• выполнять сложную серию действий автоматически;
• интерпретировать и реагировать на окружающий мир с помощью датчиков.

Области применения роботов: исследования, безопасность, развлечения и повседневные задачи.

Устройство, используемое для управления роботом

Устройство, которое используется для управления, в электронике и вычислительной технике получило название «контроллер». «Контроллер» - такая хитрая микросхема, внутри которой находится самый настоящий компьютер. Для чего роботу контроллер, например, пылесосу? Когда он становится роботом? Но робот-пылесос в виде «таблетки» не нуждается ни в чьём понукании - он сам переползает от одной стены до другой по комнате, причем так хитро, что умудряется пройти над каждым кусочком пола не более чем 2-3 раза. Как это он делает? Откуда робот пылесос берёт координаты, чтобы запомнить свой путь? При вращении колеса центральный процессор получает данные о величине угла поворота и выстраивает траекторию движения, учитывая препятствия в помещении. А дальше, по рассчитанным координатам робот ползёт, словно закрашивая мысленно свой путь, а дойдя до препятствия и развернувшись прокладывает маршрут по еще «незакрашеному» пути. Для того чтобы он не завис жалобно попискивая в середине комнаты не в силах доехать до пункта заряда, грамотные разработчики заложили в него ещё одну программу, которая с некоторой периодичностью, например, раз в минуту, опрашивает контроллер заряда батареи.

Любой компьютер обязательно имеет следующие части: центральный процессор (чип), оперативную память и постоянную память - эти же самые компоненты есть и в любом роботе. Робот, как и обычный компьютер выполняет заданные ему действия по программе, которую нужно загрузить в память роботу. Способы загрузки бывают разные: например, при помощи программатора, или по радиоканалу. Загруженная в робота программа, когда он выключен, хранится в постоянном запоминающем устройстве: ПЗУ.

Принцип работы и устройство робота-пылесоса

Коллаборативные роботы (коботы)

Современная автоматизация производства все активнее использует коллаборативные роботы, или коботы. Эти машины отличаются от традиционных промышленных автоматизированных систем тем, что предназначены для совместной работы с человеком без необходимости использования ограждений или защитных барьеров.

HCR (human-robot collaboration - сотрудничество человека и робота) - довольно молодая концепция, но очень активно развивающаяся и уже нашедшая применение на многих предприятиях. Разработка коллаборативных роботов началась в 90-х годах, но массовое распространение они получили сравнительно недавно. Их популярность обусловлена не только возможностью интеграции в различные сферы производства, но и высокой гибкостью в работе.

Главная особенность коллаборативных роботов заключается в их способности работать совместно с операторами. Они не заменяют человека, а помогают выполнять сложные или рутинные задачи, снижая нагрузку на персонал. Именно это отличает коллаборативных роботов, иначе называемых коботами, от других промышленных роботов, для которых обязательна выделенная и огороженная зона, защищающая как живых сотрудников - от опасности получения травмы, так и самих роботов - от помех при работе. Основное различие между классическими промышленными роботами и коботами заключается в их взаимодействии с человеком.

Учитывая специфику, коботы, они же коллаборативные роботы или роботы-помощники как правило не превосходят размерами человека (хотя бывают и крупные) и всегда имеют специальные датчики для обеспечения его безопасности - оптические, датчики движения, датчики обратной связи.

Одна из главных причин популярности промышленных коллаборативных роботов - их способность работать рядом с человеком без риска травм. Одним из главных преимуществ коллаборативных роботов является их универсальность. В отличие от традиционных автоматизированных систем, требующих сложных инженерных решений, коботы могут быть установлены без значительной модификации оборудования. Дополнительно система управления коботом обладает интуитивно понятным интерфейсом, благодаря чему оператор может быстро настроить программу выполнения операций.

Коллаборативные роботы имеют ряд отличий от традиционных промышленных роботов, прежде всего, в подходе к взаимодействию с человеком:

1. Безопасность: Традиционные промышленные роботы часто работают в изолированных зонах, где присутствие человека ограничено для обеспечения безопасности. В то время как коллаборативные роботы работают непосредственно с человеком в одном рабочем пространстве, что требует наличия встроенных систем безопасности, таких как сенсоры, замедление или остановка движений при опасности.
2. Гибкость и адаптивность: Коботы адаптируются к различным задачам и изменяющимся условиям. Они работают в различных режимах и быстро перенастраиваться для выполнения новых операций. В отличие от этого, традиционные роботы чаще всего выполняют только одну задачу и требуют значительных усилий для перенастройки.
3. Размер и стоимость: Коллаборативные роботы имеют компактные размеры и не требуют сложных установок или дорогостоящих технических решений, что делает их более доступными для малых и средних предприятий. В свою очередь, традиционные промышленные роботы часто занимают больше пространства и требуют значительных инвестиций.

Коллаборативные роботы функционируют по принципу взаимодействия с людьми. Их работа синхронизируется с действиями операторов для повышения производительности, что позволяет адаптироваться к изменяющимся условиям и задачам в реальном времени. Такие роботы могут изменять свою траекторию или параметры работы в зависимости от действий оператора, что делает их высокоэффективными для выполнения разнообразных операций на гибких производственных линиях.

Коботы - это роботы, которые созданы для безопасного и эффективного сотрудничества с человеком. Они работают в тесной связке с оператором и подстраиваются под его действия.

Использование коллаборативных роботов в производственных процессах даёт множество серьёзных преимуществ, которые охватывают как повышение эффективности, так и улучшение условий труда сотрудников. Коботы не только способствуют оптимизации процессов, но и предлагают более безопасные и гибкие решения для всех участников производственного цикла.

Преимущества использования коботов

• Простота интеграции в существующие процессы.
• Коботы выполняют рутинные задачи с высокой точностью и скоростью, что значительно увеличивает общую эффективность производства.
• Снижение физической нагрузки на персонал: коботы берут на себя трудоёмкие и опасные задачи - подъём тяжестей, работу с вредными материалами.
• Коллаборативные роботы легко программируются и настраиваются под конкретные задачи.

Эти преимущества делают использование коботов не только выгодным для бизнеса, но и способствуют созданию более безопасной и комфортной рабочей среды для сотрудников, что в итоге приводит к повышению общей производительности и улучшению качества работы на всех уровнях производственного процесса.

Внедрение коллаборативных роботов позволяет значительно сократить время на выполнение рутинных задач. Многие задачи в производственных процессах связаны с повторяющимися движениями, поднятием тяжелых предметов или работой в небезопасных условиях.

Если вы хотите повысить эффективность своего предприятия, добавьте в коллектив коллаборативных роботов для самых рутинных и требующих точности и постоянства задач и дайте сотрудникам возможность проявить себя в выполнении более творческих обязанностей.

Сферы применения коллаборативных роботов

Коллаборативные роботы активно внедряются в различные отрасли благодаря своей адаптивности, компактности и безопасности.

Наиболее востребованы коллаборативные роботы в сфере промышленного производства. Коллаборативные роботы широко используются в производственных и сборочных линиях для повышения точности и эффективности. Они берут на себя рутинные и трудозатратные задачи, такие как монтаж и фиксация компонентов, контроль качества сборки и упаковка продукции.

В сфере логистики и складской обработки коботы помогают оптимизировать процессы хранения и распределения грузов. Они выполняют ключевые задачи: перемещают грузы с помощью вакуумных захватов, сортируют и маркируют товары, участвуют в упаковке продукции перед отправкой.

Коллаборативная робототехника активно применяется в медицинских и лабораторных исследованиях для выполнения точных манипуляций с образцами и оборудованием. Коботы способны проводить повторяющиеся операции с высокой точностью, что значительно ускоряет процесс исследований и улучшает результаты.

Приведем несколько примеров использования коботов на производстве:

• На каждом производственном или упаковочном предприятии нужны сбор и размещение. Например - сбор деталей с конвейерной ленты или раскладка их для дальнейших операций. Коллаборативный робот-манипулятор не устает и не теряет внимания, что практически исключает ошибки на данном этапе. В выполнении повторяющихся однообразных задач никто не сравнится с эффективностью и скоростью кобота.
• Коллаборативные роботы созданы специально для выполнения таких задач, и в их число входит работа со станками с ЧПУ, в числе возможностей которых фрезерование, токарные операция, шлифование, резка многое другое. Коботы идеальны для выгрузки готовых деталей из станков любого типа, включая станки с ЧПУ, в том числе 3D-принтеры.
• Коботам не требуется помощь для сборки деталей с конвейера и укладки их в коробки или на поддоны. Это простая задача, на которую непозволительно дорого тратить время квалифицированного сотрудника.
• Коботы представляют идеальное решение для сварных работ и позволяют повысить эффективность, производительность, точность и сократить расходы. Квалифицированный сварщик-человек - персонал недешевый, с регламентированным рабочим днем и способный совершать ошибки.
• Коботы - наиболее безопасная альтернатива человеческой рабочей силе при проведении чувствительных и опасных лабораторных испытаний.
• Коботы применяются ведущими автопроизводителями на разных участках сборочных линий. Испанский производитель кейсов, кофров и сидений для мотоциклов SHAD, европейский лидер по производству подобной продукции, включил кобота UR5 в производственный процесс фабрики в Mollet del Valles. Коллаборативный робот оптимизировал производство и улучшил условия труда для рабочих.

Примеры применения коллаборативных роботов в промышленности