Понятие и тенденции развития промышленных роботов

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. intellectus – 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 промыш- ленные манипуляторы, грузозахватные и грузоподъемные приспособления;

– Eidos       Robotics       («Эйдос-

Робототехника», Казань) – резидент инно- 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.