Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.
Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд или rob - раб) - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма.
Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
“Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.” И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. “Робототехника: История и перспективы”
Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время впромышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».
История
Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов - механических людей с автоматическим управлением - относятся к эллинистической эпохе.
Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.
Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136-1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Чертежи Леонардо да Винчи
Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.
С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.
Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».
Виды роботов
Промышленные роботы
Появление станков с числовым программным управлением привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков.
Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова:
«Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они… не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека».
Медицинские роботы
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов.
Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200 был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера.
В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии.
Робот Da Vinci
С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.
Бытовые роботы
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
Робот-пылесос iRobot
В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.
Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути - автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.
Боевые роботы
Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.
Беспилотник
Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).
В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.
В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» - мобильным роботом на гусеничном ходу).
Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.
Роботы-учёные
Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открыти.
К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.
Система передвижения
Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot).
Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo).
Роботы BigDog
Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.
Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.
Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов - змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других типах роботов бионического происхождения.
Робот Tuna
Система распознавания образов
Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).
Двигатели
В настоящее время в качестве приводов обычно используются двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.
Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.
Математическая база
Робот Aibo
Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.
Навигация
Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).
Внешний вид
В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.
В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики.
Робот KOBIAN
Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.
Производители роботов
Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших - iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.
Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония).
Двуногий человекоподобный робот «Атлас» разработанный американской компанией робототехники Boston Dynamics. Робота представляют средствам массовой информации на пресс-конференции в Университете Гонконга, 17 октября 2013 года. «Атлас» высотой 6 футов (1,83 м) и весит 330 фунтов (149,7 кг), робот изготовлен из градуированного алюминия и титана. Приблизительная стоимость машины составляет 15 млн. долларов. Человекоподобный робот способен различать естественные движения, в том числе динамическую ходьбу, гимнастику и запрограммированное пользователем поведение. О его возможностях свидетельствует университетский пресс-релиз, показанный в Гонконге. (Reuters / Тайрон Сиу)
22-х летний французский пациент Флориан Лопес, держит ветку дерева с помощью своей новой Бионической руки в центре реабилитации Coubert, к юго-востоку от Парижа, 3 июня 2013 года. Лопес потерял три пальца в результате несчастного случая в конце 2011 года и стал первым французским пациентом, получившим такой протез, стоимость модели составляет 42 000 евро. Протез уже используется в Шотландии и США. (Thomas Samson / AFP / Getty Images)
MVF -5 Многофункциональная Роботизированная система пожарной компания Dok - Ing распыляет воду во время ежегодной конференции, посвященной использованию робототехники в чрезвычайных и кризисных ситуациях и для защиты гражданских лиц. Презентация проходила в рамках пожарной школы Буш-дю Рона (SDIS 13) в Velaux , на юге Франции. (Бертран Ланглуа / AFP / Getty Images)
Мужчина держит робота Telenoid R1. Компания и исследовательские центры представляют свои новейшие разработки в области робототехники в Лионе, 19 марта 2013 года. Telenoid R1 выполнен в виде робота, призванного служить поддержкой для людей, лишенных внимания со стороны близких. Такой робот может использоваться пожилыми людьми в качестве внука, с которым можно общаться. (Reuters / Роберт Pratta)
Два четвероногих робота запущены во время тестирования. Эти модели были разработаны в рамках программы DARPA"s Legged Squad Support System (LS3). Полуавтономные машины LS3 в настоящее время разрабатываются для обеспечения помощи в переноске тяжелых грузы по пересеченной местности, взаимодействия с войсками по аналогии животных-поводырей. (DARPA)
9 октября, космический корабль НАСА Juno вылетел за пределы атмосферы Земли, и направился в строну самой огромной планеты Солнечной Системы - Юпитера. JunoCam поймал это изображение планеты и передал его на Землю, так же были проверены и другие инструменты, которые будут необходимы для приземления и во избежание аварийного столкновения с планетой. Ракета Юнона была запущена с Космического центра во Флориде 5 августа 2011 года. Ракета была предназначена исключительно для того, что бы обеспечить достаточное количество энергии для робота Juno и сократить время достижения цели. По предварительным данным, робот должен достигнуть поверхности Юпитера 4 июля 2016 года. (NASA / JPL - Caltech / Malin Space Science Systems)
В этом фото, от 6 октября 2013 показаны лазерные огни, освещающие гигантского робота во время выступления в тематическом робототехническом ресторане в Токио. (AP Photo / Martin Жаклин)
Робот SWAT используется в качестве защитного щита для офицеров. Фотография была сделана во время презентации робототехники для средств массовой информации в городе Сэнфорд, штат Мэн, 18 апреля 2013 года. Представитель компании Howe & Howe Technologies,Waterboro, говорит, что их устройство способно помочь в работе спецназа и других служб безопасности. (AP Photo / Роберт Букат)
Аспирант Бейкер Поттс держит в руках специализированное устройство в Университете Нового Орлеана, 2 октября 2012 года в Новом Орлеане. Робот-угрь может перемещаться в жизненно опасной водной среде практически бесшумно, с малой тратой энергии и с малыми шансами радиолокационного обнаружения. Робот способен распознавать и обезвреживать подводные мины. (AP Photo / Gerald Herbert)
Президент США Барак Обама пожимает руку роботу во время своего выступления на выставочной презентации в Белом доме в Вашингтоне, округ Колумбия, 22 апреля 2013 года. Обама провел научную выставку в Белом Доме и поздравил студентов, чьи проекты стали победителями в области науки, технологий, инженерии и математики (STEM). Соревнования проходили по всей стране среди лучших студентов университетов США. (Jewel Самед / AFP / Getty Images)
Робот-дракон дышит огнем во время средневекового зрелища "Дракон Жало" во время Новогодних празднований в городе Фюрт -им-Вальд, Германия, 24 января 2013 года. (AP Photo / DPA / Армин Вайгель)
Робот-камера фиксирует и записывает передвижение норвежского водителя Андреаса Миккельсена во время отборочного этапа ралли FIA World Rally Championship of Italy, недалеко от Ольвии, на итальянском острове Сардиния 20 июня, 2013 год. (Андреас Соларо / AFP / Getty Images)
Организаторы готовят роботизированных движущихся моделей для использования в качестве движущейся цели во время проведения эксперимента на базе морской пехоты в Квантико, штат Вирджиния, 24 сентября 2013 года. Роботы, разработанные австралийской компанией Marathon, представляют собой цель, размером с обычного человека, которые способны перемещаться со скоростью обычного человека, бежать и могут быть поражены, во время учений. Данный эксперимент является наиболее точной и правдоподобной возможностью тренировки для пехотинцев. (Корпус морской пехоты США / ПФУ. Эрик Т. Кинан)
Роботы доставляют блюда клиентам в ресторане в Харбине, провинция Хэйлунцзян, Китай, 12 января 2013 года. Открытый в июне 2012 года ресторан приобрел известность благодаря использованию в качестве персонала роботов, общее количество роботов составляет 20 моделей, высота машины около 1,3-1,6 метра. Роботы используются для приготовления пищи и доставки блюд, они могут работать непрерывно в течение пяти часов после двухчасовой зарядки и способны отображать более 10 выражений лица и говорить слова приветствий и формулировать предложения для клиентов. (Reuters / Sheng Li)
Данная автоматизированная система, разработанная Lockheed Martin, постоянно движется по поверхности океана, на глубине около 12000 футов. Робот был создан для решения проблемы потенциального воздействия на качество воды и влияние качества воды на морских обитателей, так же робот фиксирует загрязнение воды на больших глубинах и отложения грязи на морском дне. Система работает за счет интеграции спутниковой связи и дистанционного зондирования. Робототехника управляется двигателями и специализированным программным обеспечением ситуационной осведомленности. (PRNewsFoto / Lockheed Martin)
Робот для обеззараживания Toshiba, во время демонстрации в техническом центре компании Toshiba в Йокогаме, пригороде Токио, 15 февраля 2013 года. Робот создает и выпускает сухие частицы льда, таким образом, противодействуя загрязнению полов или стен. Он может использоваться для обеззараживания территории, неподалеку от пострадавшей атомной электростанции Фукусима TEPCO. (Yoshikazu Tsuno / AFP / Getty Images)
Датский ученый Хенрик Scharfe (справа) позирует с роботом Geminoid -DK во время презентации на Национальной Робототехнической Олимпиаде в Сан-Хосе, 16 августа 2013 года. Geminoid-DK является телеуправляемым роботом на платформе Android из серии Geminoid. Внешне робот выглядит точно так же как его создатель, профессор Шарфе. (Reuters / Хуан Карлос Улате)
Это изображение, представленное НАСА показывает момент отсоединения космического корабля SpaceX Dragon-2 от Международной космической станции, 26 марта 2013 года. Космический корабль, содержит в себе экспериментальные данные. На фотографии видно, что космическим кораблем управляет специальная роботизированная «рука» Канадарм2. SpaceX Dragon-2 после этого совершил посадку в Тихом океане, у берегов Калифорнии. Луна видна в центре. (AP Photo / NASA)
Zac Vawter, 31-летний инженер-программист из Сиэтла, штат Вашингтон, готовится подняться на 103-й этаж Willis Tower с помощью первой нейронно контролируемой Bionic ноги, Чикаго, 4 ноября 2012 года. Согласно данным, Реабилитационного института Чикаго, их Центр медицины Bionic занимался разработкой технологии, которая позволяет управлять протезами с помощью с собственных мыслей пациента. (Reuters / Джон Гресс)
Верблюды катают роботизированных жокеев, которые соревнуются во время еженедельной гонки верблюдов в клубе Kuwait Camel Racing в Kebd, 26 января 2013 года. Роботы находятся под контролем инструкторов, которые следуют за ними на своих автомобилях по трассе. (Reuters / Стефани Мак-Ги)
Новый робот НАСА GROVER исследует труднодоступные территории Гренландии. Робот управляется с помощью дистанционного управления, и во время, когда было сделано это фото он добирался до самого высокого места в Гренландии, 10 мая 2013 года. GROVER работает благодаря солнечной энергии. Робот переносит георадар, необходимый для изучения слоев ледяного покрова Гренландии. Результаты его исследований помогут ученым понять, с какой интенсивностью тают ледники острова. Команда начала испытания робота на льду 8 мая, вопреки сильному ветру, скорость которого достигала 23 миль / ч (37 км в час) и низкой температуре, вплоть до минус 30 С. (Лора Кениг / NASA Goddard)
Робот-гуманоид бармен "Карл" жестикулирует перед клиентами тематического бара в восточном немецком городе Ильменау, 26 июля 2013 года. "Карл", разработан и построен инженером Беном Шефером, который управляет компанией занимающейся разработкой человекоподобных роботов. Данная модель способна общаться с клиентами, вести с ними небольшие диалоги и создавать всевозможные коктейли. (Reuters / Fabrizio Bensch)
Беспилотный летательный аппарат X -47B компании Combat Air System был запущен с авианосца USS George HW Bush (CVN 77). После полета беспилотник приземлился на палубу авианосца. Это была первая посадка беспилотного самолета, совершенная в море. (ВМС США / Кристофер А. Лайгхет)
Человекоподобный робот «Атлас», разработанный американской компанией робототехники Boston Dynamics демонстрирует свои способности на пресс-конференции в Университете Гонконга, 17 октября 2013 года. (Reuters / Тайрон Сиу)
Робот помогает пассажирам найти дорогу в зону получения багажа в Женевском международном аэропорту, 13 июня 2013 года. Женевский аэропорт решил использовать автономных роботов для сопровождения туристов в десятках направлений. Теперь роботы по всему аэропорту помогают пассажирам найти тележки, банкомат, камеру хранения, душевые кабинки и многое другое. (Fabrice Coffrini / AFP / Getty Images)
Вид спереди на поверхность Марса (29 августа 2013 года). Тут все еще работает марсоход, собирающий информацию о поверхности планеты. Марсоход работает уже на протяжении почти 10 лет, с момента посадки в январе 2004 года. (NASA / JPL)
Что это?
Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно - чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов - эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.
Так какие они бывают - роботы?
Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.
По типу управления:
Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.
Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.
Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.
По функциям и сфере применения:
Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.
Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.
Другие методы классификации
У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно - зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.
Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять - что же они умеют? Нет. Начнем.
Рассмотрим образцы
Среди промышленных роботов широко известна продукция таких фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.
Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа - гибрид робота и 3D-принтера.Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут - это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” - “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления - все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее. 3D Systems - Figure 4
Figure 4 компании 3D Systems - модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.
Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут - в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.
Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.
Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus - полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.Принтер также роботизирован - снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати - часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.
Carbon - Carbon SpeedCell
Carbon SpeedCell - технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.
CLIP - технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует - это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.
DMG MORI - LASERTEC 65 3D
Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением - пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка - все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.
EOS - Additive Manufacturing
Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности - этот манипулятор создан по примеру хобота слона.Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например - из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.
Вот так он устроен:Также компания спонсирует и представляет проект Roboy - это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.
Concept Laser и Swisslog - M Line Factory
Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект - M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл - от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, - без необходимости вмешательства оператора.
Additive Industries - The MetalFAB1 Единственная в своем роде установка - единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически - готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.Вот так с этим справляется упомянутый выше Sawyer:Выводы:
Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих - они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.
Пока мы видим их еще не везде - многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, - но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.
Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?
Настоящих роботов стали конструировать после Второй мировой войны, и они были мало похожи на гуманоидов, придуманных писателями и кинематографистами – фантастами. Эти сложные аппараты с механическими руками ничуть не походили на человеческие существа и красивых механических кукол, сделанных в XVIII веке. В наше время роботов создают уже не для развлечения публики, а для тяжелой работы на заводах, как это и заложено в изначальном названии, придуманном чешским писателем Карелом Чапеком. Благодаря достижениям кибернетики – науки, занимающейся в числе прочего созданием механизмов, воспроизводящих человеческие движения – были созданы автоматы, снабженные гибкой «кистью» (или, скорее, металлической клешней), способной захватывать различные предметы и манипулировать ими. Движения руки и кисти регулируются компьютером, который отдает роботу приказы на выполнение определенных движений и операций. Более того, благодаря развитию компьютерных программ механизмы могут адаптироваться к окружающей среде и определенным образом реагировать на воздействие внешнего мира. Они еще не могут думать, но умеют останавливаться или менять направление движения, встречаясь с какой-либо преградой.
НЕДОСТАТОК ПАМЯТИ
Одной из проблем роботов первого поколения была их память. Мы, люди, узнаем предметы потому, что за свою жизнь видели их много раз, понимаем, для чего они служат, и можем вызвать их в своем воображении. Хороший робот, по идее, должен делать то же самое. Но очень трудно создать искусственную память настолько большую, чтобы она позволяла распознавать любые предметы, оказавшиеся перед роботом. Из-за этого промышленный робот использует в своей работе ограниченный круг объектов и ограниченный набор операций. В данном случае речь идет о специализированных рабочих.
«Смелый» робот
Роботы широко используются в промышленности. Эти мыслящие машины могут заменить человека, когда нужно выполнить особо утомительное или опасное задание. В автомобильной промышленности, например, робот используется в сварке (здесь часто происходят несчастные случаи, используется пламя) и для покрытия кузова лаком (когда применяются токсичные материалы). Кроме того, робот, благодаря тому, что он управляется компьютером, может в точности воспроизводить одни и те же операции, и поэтому его используют в производстве электронных приборов – области, требующей очень точной ручной работы. По этим же соображениям промышленный робот незаменим на атомных станциях и в иных областях, где требуется особая точность или существует повышенная опасность для человека.
Современные исследования в области робототехники направлены на развитие автономности роботов, то есть на то, чтобы они могли двигаться самостоятельно, без управляющего ими человека. Для того чтобы робот обрел самостоятельность, он должен обладать заключенным внутри корпуса источником энергии и большим диапазоном функций и действий, как можно более приближенных к действиям человека. Независимых роботов можно будет использовать в опасной или непригодной для человека среде: морских глубинах, космосе, атомных станциях. На иллюстрации изображены гипотетические роботы будущего для подводных операций, опасных для человека. Подводный робот передвигается по построенной на дне установке с помощью ступней-присосок и работает двумя руками, растущими с двух сторон прямо из «головы».
ПОСЛЕ «СОДЖОРНЕРА»: ЛАПЫ ИЛИ КОЛЕСА?
Среди роботов, предназначенных для космических путешествий, есть такие, которые передвигаются с помощью ножек. Речь идет о питающихся от солнечных батарей роботах-«насекомых», которые, в отличие от колесных роботов, могут преодолевать невысокие препятствия. НАСА уже проявило большой интерес к этим новым моделям. Но тем не менее на сегодняшний день предпочтение все еще отдается «старым» – колесным – роботам. Успех космического аппарата под названием «Соджорнер» (он первым сфотографировал поверхность Марса и собрал с нее пробы) породил его младшего брата, который был назван «Номад». Это робот размером с грузовик и весом 800 кг. Больший по размерам, более устойчивый и более быстрый (до 2 км/ч), чем его предшественник «Соджорнер», «Номад» был испытан НАСА в пустыне Атакама (Чили). «Номад» показал высочайшие результаты.
РОБОТИЗИРОВАННЫЙ СУПЕРМАРКЕТ: Экспериментальная система в европейской цепи торговой сети позволяет клиентам расплачиваться за покупки кредитной карточкой, вставляя ее в щель, расположенную прямо в торговом прилавке. У покупателя нет тележки, все выбранные продукты будут лежать упакованными прямо у кассы, где будет достаточно подтвердить снятие со счета нужной суммы без каких бы то ни было чеков.
РОБОТ-ВОДОЛАЗ: Он предназначен для добывания алмазов с морского дна. Управляемый с корабля, находящегося на поверхности, он снабжен всасывающей помпой, способной собирать 50 тонн породы в час. На корабле, находящемся на поверхности, сортируется втянутая насосом порода, при этом выбираются алмазы и отбрасывается песок.
РОБОТ-ОГОРОДНИК: В Израиле уже опробован роботизированный сборщик дынь, его назвали «Ромпер» («Robotic Melon Picker* – роботизированный дынесбор-щик). Ромпера можно использовать для пересадки, выращивания и сбора растений, таких, как дыня, тыква, капуста и латук. Ромпер также может определить степень созревания растения: специальный датчик измеряет уровень природного гормона, отвечающего за созревание плодов, и может определить степень созревания каждого плода с погрешностью в один день.
Роботы ― технические устройства, выполняющие определенный набор операций. С древних времен люди пытались создать машины, заменяющие действия живого человека. Был найден чертёж человекоподобного робота, сделанный Леонардо да Винчи в XV веке.
В настоящее время роботы не всегда похожи на людей. Существует большое количество стационарных станков-манипуляторов, позволяющих дистанционно или вообще без вмешательства человека осуществлять сложные и точные операции. Такие механизмы широко применяются в промышленности и медицине.
Наиболее распространенными подвижными роботами являются колесные и гусеничные. Небольшие модели устройств такого типа можно собрать своими руками на основе готовых плат-контролеров. Колесные и гусеничные основы используются для роботов разного типа: от марсоходов до помощников по дому.
Кроме колесных и гусеничных роботов существуют шагающие. Механизмы этого типа передвигаются, поочередно переставляя отдельные опоры, как люди и животные. Подобный подход к передвижению позволяет, например, перемещаться по лестнице, а также быстро и гибко реагировать на возникающие препятствия. Построение шагающих роботов – непростая задача. Для управления приводами «ног» создаются программные алгоритмы, сложность которых существенно возрастает с каждым дополнительным требованием к передвижению.
Примером шагающего робота является четвероногий BigDog, разработанный в США для военных целей. Робот-собака предназначен для передвижения по труднодоступным местам и перемещения грузов при минимальном контроле человека. Четыре независимые точки опоры позволяют преодолевать препятствия, недоступные для колесной и гусеничной техники. В ходе тестирования BigDog показал способность двигаться по неровной наклонной поверхности, а также восстанавливать равновесие после удара сбоку.
Скорость колесных роботов соизмерима со средствами передвижения. А какую скорость может развивать шагающий робот? Например, робот-гепард Cheetah, созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT), двигается со скоростью более 30 км/ч. Высокая скорость достигается за счет гибкого «позвоночника» и особого алгоритма движения, определяющего, с какой силой каждая нога отталкивается от земли. Робот-гепард способен не только развивать, но и поддерживать высокую скорость, работать без проводов, а также преодолевать невысокие барьеры. Последнее свойство обеспечивается алгоритмом расчета траектории прыжка.
При создании человекоподобных машин ученые столкнулись с проблемой: система с двумя точками опоры менее устойчива, чем с четырьмя. Большая часть гуманоидов снабжена гусеничной или колесной платформой. Двуногий робот Atlas от компании Boston Dynamics удерживает равновесие, наклоняя корпус и двигая руками, как человек. К тому же, Atlas способен использовать верхние конечности как дополнительную опору при движении по наклонной поверхности и для преодоления препятствий.
Одним из ярких примеров андроида является девушка-робот Repliee Q2, разработанная японскими учеными. Эта модель отличается не скоростью и равновесием, а умением взаимодействовать с людьми. Набор камер и микрофонов позволяет четко отслеживать речь, мимику и жесты собеседника. Верхняя часть тела приводиться в движение большим количеством маленьких приводов, что обеспечивает плавность движений и точную регуляцию положения тела. Кожа робота сделана из силиконового каучука, что позволяет воспроизводить мимику человека. Repliee Q2 может вести длительные беседы, шутить, реагируя на слова и действия собеседника.
В настоящее время робототехника активно развивается. Создаются более точные хирургические манипуляторы, машины, способные преодолевать любые препятствия, искусственные интеллекты и андроиды, удивительно похожие на живых людей.
