Читать онлайн «Роботы сегодня и завтра»

Уже давно никто не вспоминает роботов, которых более 60 лет назад Карел Чапек сделал главными героями своей книги «Восстание роботов». Собранные из большого количества жести, заклепок, электрических лампочек, с голосом, как из бочки, а быть может, и «сердцем», внешне они походили на человека и сейчас могут быть только предметом подражания для любителя мастерить или художника. Игрушечный робот из металла и пластмассы, который, если его завести, в состоянии «пройти несколько шагов», а то и посверкать огоньками, вызовет сегодня у ребенка лишь улыбку жалости: «Он же глуп, он может только ходить!». Заметим, кстати, что найти простое решение проблемы балансировки, т. е. сохранения равновесия шагающей игрушки-робота, достаточно трудно.

Промышленность не нуждается в роботах, сделанных по образу и подобию человека. Проблема разработки и создания промышленных роботов имеет технические, технологические, научные, экономические и другие аспекты. Существенные признаки технических систем и их элементов могут иметь сходство с известными системами и элементами из области биологии. Бионика, научная дисциплина, стоящая между биологией и техникой, заимствует для использования в технике решения или принципы у живой природы. К научным областям, занимающимся конструированием и созданием роботов, относятся в первую очередь физика, машиностроение, электроника и наука о труде.

За последние 20 лет роботы приобрели промышленное значение. И все же, несмотря на существенный прогресс, человечество стоит лишь на пороге использования этого великолепного достижения научно-технической революции. В предстоящие десятилетия в еще большей степени возрастет роль робототехники в преобразовании технологических процессов и автоматизации производства. Специалисты считают, что во второй половине 80-х — 90-х гг. промышленная робототехника, созданная на основе микроэлектроники, станет решающим фактором в области роста производства и высвобождения рабочих рук. Она таит в себе поистине революционные возможности, которые приведут, в первую очередь через комплексную автоматизацию и связанное с этим повышение технологического уровня, к коренным изменениям в структуре производства.

Промышленная робототехника открывает возможности для автоматизации в таких областях, где до сих пор она была невозможна либо требовала больших расходов, например в производстве изделий небольшими и малыми сериями.

Промышленная робототехника позволяет улучшать уже известные технологические и производственные процессы, повышать качество готовых изделий.

Оптимальное сочетание революционных и эволюционных изменений в области техники и в сфере производства, как в народном хозяйстве в целом, так и в его отдельных отраслях, — основное условие высокого темпа развития. Всеобъемлющая интенсификация производства и социалистическая рационализация, которые должны привести к кардинальному повышению технологического уровня и постепенному переходу к автоматизации целых участков выпуска готовой продукции, позволят в значительно больших масштабах, чем раньше, добиваться экономии рабочего времени и сокращения рабочих мест.

Высвобождающиеся рабочие руки помогут решить другие важные народно-экономические задачи. Зачастую комплексное использование промышленной робототехники, в свою очередь, приводит к усилению процесса рационализации.

Назначение промышленного робота — самостоятельно работать с инструментом, заготовками и материалами для автоматизации главных и вспомогательных производственных процессов. Он либо имеет фиксированную программу по одной или нескольким осям движения, либо приспособлен для самостоятельного выбора программ. Его основная задача — высвободить рабочие руки.

Понятие «промышленный робот» можно определить и более конкретно. Так, группа экспертов из Экономической комиссии ООН для Европы выработала следующее определение: «Промышленным роботом является автоматический, программируемый, гибкий многофункциональный манипулятор с регулируемым передвижением по различным осям, который, согласно программам, операциями перемещает материалы, детали, инструменты и специальное оборудование, выполняя множество задач. Наиболее часто он оснащен одной или несколькими рабочими руками, заканчивающимися шарниром. Его блок управления имеет запоминающее устройство. Иногда применяются сенсорные и другие дополнительные устройства, которые реагируют на внешнее воздействие. Подобные многофункциональные машины, как правило, предназначены для выполнения повторяющихся действий, но могут выполнять и другие функции без изменения оснастки».

Различают промышленные роботы со специализированной и с гибкой программой процессов.

Первые имеют жесткое соединение с самой машиной или ее оснасткой и предназначаются для выполнения какой-либо операции, например для загрузки (в том числе для установки и снятия обрабатываемых деталей) и для автоматической замены инструмента и обрабатываемых деталей.

Загрузка заготовок промышленным роботом. 1 — станок, 2 — деталь, 3 — машинная часть робота, 4 — пульт управления роботом, 5 — магазин.

Промышленные роботы с гибкой программой могут быть переоснащены для выполнения другой рабочей программы. Как правило, это роботы с точечным, линейным или сенсорным управлением. Они экономически выгодны при производстве малых и средних серий. Применяются они для загрузки машин, транспортировки и заполнения магазинов, укладки в штабеля, а также для манипулирования инструментом в технологических процессах, например при сварочных работах, ковке, покраске напылением, удалении загрязнений и т. п.

Особенно эффективны роботы, которые в рамках заданных программ могут свободно манипулировать по нескольким осям, располагают рабочими грейферами (схватами) для использования инструмента. Высокая степень мобильности делает их в некотором роде универсальными.

Перемещение инструмента промышленным роботом. 1 — деталь, 2 — инструмент, 3 — машинная часть робота, 4 — пульт управления роботом.

В зависимости от объема получаемой информации и возможности ее обработки различают три поколения промышленных роботов. Роботы первого поколения имеют заданную функциональную программу, которая находится в блоке памяти, откуда можно многократно давать команду на исполнение и повторение того или иного движения. Такие роботы не умеют собирать и накапливать информацию об обрабатываемом объекте. Они связаны относительно жестко зафиксированными условиями рабочего процесса и не могут самостоятельно реагировать на внешние воздействия, поскольку их программа не учитывает состояния внешнего окружения. Однако и в будущем роботам первого поколения найдется применение наряду с роботами второго и третьего поколений.

Ко второму поколению относятся промышленные роботы с сенсорными, т. е. тактильными (метод прикосновения) и визуальными (видео), системами, которые обеспечивают координирование по методу «глаз — рука». В пределах заданной программы они могут приспосабливаться к определенным изменениям условий протекания процесса. В зависимости от получаемой информации о физических признаках обрабатываемой детали (форма, размеры, расположение и т. д.) и, соответственно, об определенных внешних условиях осуществляется управление «рукой» и грейфером робота. Таким образом, сенсоры в сочетании с системой управления обеспечивают роботу, правда в узких границах, свободу реагирования на окружающую среду, тем самым качественно улучшается выполняемая работа, существенно расширяются возможности применения, а в определенных случаях достигаются более благоприятные параметры в технологических процессах.

Промышленные роботы третьего поколения с автоматической обработкой информации и возможностью моделировать процессы и рабочие позиции называют также роботами с «искусственным интеллектом» или роботами с адаптивным управлением. Как технические системы, они располагают более высокой автоматизацией информационных процессов; это позволяет им фиксировать в своей памяти рабочий процесс, а также частично окружающую их среду и во время работы «вновь узнавать» их. Эти роботы управляют своими движениями на основании сравнения информации, полученной с помощью сенсоров, и информации, заложенной в памяти. Роботы могут самостоятельно изменять по меньшей мере одну из своих функций управления, корректировать ход выполнения функций и приспосабливаться к заданным ситуациям. Для выполнения некоторых операций они самостоятельно разрабатывают собственную программу рабочих движений, опираясь на «заученные» процессы, вернее — на накопленную в памяти информацию.