Москва 2012. Введение

Производство роботов в XXI веке может стать крупнейшей отраслью промышленности, какой в прошлом столетии стало, скажем, производство автомобилей. Таков прогноз Национального института перспективных научных исследований и технологий Японии.

Сегодня в мире работают 1,4 миллиона самых различных роботов - промышленных, домашних, роботов-игрушек... Причем специалисты отмечают, что продажи домашних роботов и роботов-игрушек стремительно растут год от года. Похоже, что уже к 2025 году стоит ожидать их массового распространения.

Крупнейшим мировым экспортером роботов по праву считается Япония. Немалую роль здесь играет правительственная поддержка развития робототехники. Так в настоящее время на государственном уровне реализуется программа, предусматривающая создание серийно выпускаемых человекообразных роботов на 37 миллионов долларов. Кроме того, в течение ближайших пяти лет на эту программу планируется ассигновать из государственной казны примерно 100 миллионов долларов.

Эксперты прогнозируют, что к 2010 году объем продаж промышленных и домашних роботов достигнет 22,61 миллиарда долларов. Только в прошлом году по данным Международной федерации робототехники во всем мире было продано 33 тысячи домашних роботов, и рост продаж по сравнению с 2001 годом составил более 30 процентов.

Эксперты Международной федерации робототехники отмечают, что больше всего роботов используется в промышленности - 770 тысяч. Причем половина из них - 350 тысяч работают в Японии. В Европе же используется 233 тысячи, а в Северной Америке - 104 тысячи промышленных роботов и используются они, главным образом, на сборочных конвейерах. Также электронные помощники заняты и при уборке мусора или погрузке. Среди европейских государств больше всего промышленных роботов используется в Германии - 105,2 тысячи, второе место занимает Италия - 46,8 тысячи, на третьем - Франция - 24,2 тысячи. В России уже работает 5 тысяч роботов, Швейцария и Австрия используют по 3,5 тысячи роботов, Финляндия - 3 тысячи, Дания - 1,8 тысячи, Польша - 644 робота и Венгрия - 176.

Что касается США, то, по данным Европейской экономической комиссии при ООН, спрос на промышленные роботы в 2000 году снизился более чем на четверть, что отражало резкое замедление темпов роста американской экономики. Правда, сейчас ситуация стала меняться, но Европа все же лидирует по притоку заказов на это оборудование. Кстати, британские специалисты занимаются разработкой нового робота, который в скором будущем заменит на фермах доярок. Новый робот "всевидящим оком" определит, готова ли корова к дойке и с помощью привода, похожего на хобот, выполнит свою работу. В целом к 2008 году количество промышленных роботов достигнет 875 тысяч, прогнозируют эксперты.

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.

Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Концепция подчинённого управления служит для построения системы управления приводом. Смысл концепции следующий:

Пусть необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора). Система замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.

Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.

Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с ЧПУ к выполнению технологических операций.

Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:

- перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;

- сварка швов и точечная сварка;

- покраска;

- выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.

Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.

Робот «вообще» — понятие неопределённое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматические устройства.

Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда. К сожалению, полной и экономически оправданной автоматизации производств ещё не достигнуто.

Роботы, работающие в специальных условиях (высокая радиация, давление, температура, подводный мир, космос) позволяют, не рискуя жизнью людей, осуществлять различные операции как исследовательского, так и спасательного и антитеррористического характера.

Промышленные роботы широко применяются для решения различных технологических задач. На сегодняшний день основными областями применения промышленных роботов являются сварочные и сборочные операции. Ниже приведено несколько примеров применения промышленных роботов.

Наиболее часто промышленные роботы применяются для сварки. Например, автомобильные кузова, сваренные роботом имеют большую надёжность, робот никогда не пропустит точку сварки и будет выполнять свою операцию без останова целый день. Около 25% промышленных роботов используются для выполнения различных типов сварочных операций.

Доля сборочных роботов составляет приблизительно 33% от общего количества промышленных роботов в мире. Многие из этих роботов применяются в автомобильной и электронной промышленности.

Упаковка и палетизация является второстепенной областью применения промышленных роботов и составляет всего 2,8%. Эта область применения постепенно расширяется, так как роботы становятся более удобными в обращении.

Пищевая промышленность является областью, в которой роботам представляется сыграть значительную роль в будущем. Показанный на картинке робот является влагозащищённым, специально сконструированным для перемещения пищи.

Роботы для биотехнологий. В Австралии разработана система для микроразмножения растений. Процесс включает в себя сбор отростков растений, которые разрезаются паром в месте узлового утолщения на сегменты, после чего их пересаживают так, чтобы они смогли вырасти в новое растение.