Реферат: ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Долгопрудненский Авиационный Техникум

по теме:  “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

 Выполнил: СуровМ.А.

Проверил: Козловский  А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

1.   Введение ………………………………………………..1

2.   Что такое робот………………………………………...9

3.   Робототехника не роботы……………………………..10

4.   Истоки робототехники………………………………...10

5.   Рука робота……………………………………………..14

6.   Классификаця роботов…………………………………15

7.   Что могут делать современныероботы ……………….17

8.  Список использумой литературы………………………18

В течение длительноговремени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь ине влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированноеи высокоэффективное массовое производство, которое базируется навысокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном имногоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленностии других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию«безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такиепроизводства до недавнего времени базировались в основном на специальномоборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться навыпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производстваподавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструментысписывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированноесерийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось науниверсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированнойсборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производствообладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно,требует непосредственного участия человека вовсех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручноготруда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, таккак ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихсятрадиционных формах.

   Революционные преобразования массовогопроизводства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстройсменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретноймодели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых сосроками предельного износа производственного оборудования, означает отставаниев техническом прогрессе. А списывать огромное количество специальногооборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному«безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройкина крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразованиядолжно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесьявляются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного,материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеетобразование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работыи содержательности трудовых процессов.

        Ручной труд, особенно малоквалифицированный,монотонный и

тяжелый,становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным,особенно для молодежи. Поэтому тот техническийарсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущемстанет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами,переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнениии технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производстванеобходимо добавить третий—гибкое автоматизированноепроизводство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции,как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматическихлиниях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящеедесятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств,историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны,острейшая социальная необходимость, с другой — необходимыенаучно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многихновейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматическиесистемы управления на основе средств вычислительной техники и промышленныероботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его накачественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов,безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последнихлет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических ивспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматическихсистем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия инедооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансомстолько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этомможно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашейстране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий иорганизаций по роботостроению во многихмашиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятойпятилетке было выпущено около6 тыс., в одиннадцатой — почти 50,то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс.промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности иповышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, ихвесомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручныхработ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезныйкризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил исредств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. Икризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленныхроботов, а допущенными просчетами в осуществлениитехнической политики в области роботизации.

Автор книги приводитнекоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 %фирм,/> занявшихся роботизацией производства, объявили онеудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко невсякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирмобъявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее времяситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально новогонаучно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны.Промышленные роботы имеют слишком короткую историю,чтобы обладать одними достоинствами и не иметьнедостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом.На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позицийне действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некийэквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить егоот монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепцияробота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронныммозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимокруглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одниммахом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот итрудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количествероботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Онаискусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств ворганизацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовойинформации. И в этом мощном «роботоажиотаже»до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания»промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности,особенно для тех, кто не знал глубоко тонкостипроизводства, но обладал правом решать. Это помогало становлению новогонаправления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколенийконструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы сталивыходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция«робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсеналатехнических средств производства явилась источником множества трудностей инеудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Роботне может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек,желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластныхчеловеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себялишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средствмеханизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационныезагрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которыеизвестны уже десятки лет. Более того, все те отличительныесвойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленнымроботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства.Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелогоручного труда, вообразите себе армаду,грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточныйтранспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или местав детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументамиобосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепнымиконвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влияниемсредств массовой информации идеализированное представление о роботах, которыеякобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют вкратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основыпромышленного производства и т. и., неотражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрымитемпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировалопромышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошлопотому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторыеобразцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточноепредставление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, скоторыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителейсделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее нена решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество,производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручныхдействий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не стольбезобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации радисамой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому чтопроизводство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные ималонадежные конструкции. Во-вторых, и самиразработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал»,начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышенияэффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так,их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очисткипозволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счетстабилизации технологических режимов. Производительность оборудованияповышается здесь за счет «многорукости»,быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится израбочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станковпромышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительностиоборудования, как правило, получаетсяпроигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кгвыполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можнополучить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный,так как один рабочий обслуживает 2—3станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогдаподавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске,гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один —если подходить к роботизации как к задачеимитации действий человека, то так проще, легче,удобнее.

Длительное времябольшинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа,что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, которыйстоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольнойконструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—скреплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесныеконструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции —самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительныхдополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке иобслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «внизголовой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает этуочевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительнойчерты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится,перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некаявсеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобныеиллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всегороботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильнойпромышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессеповышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, которыйнеобходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическимисварочными линиями автомобильной промышленности роботизированныекомплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работыоборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципедостаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которойосуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкиесистемы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексыприспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если,например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственнойоперации к другой практически требуется всего несколько секунд, топерепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадкав связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя ипрежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвигив этой области произойдут лишь с внедрением впроизводство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительнобольшим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языковпрограммирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работана всей линии автоматически прекращается.Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определениипричины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтныхслужб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемыезатраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленныхпредприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливаютоборудование, позволяющее выполнять вручную теоперации, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот.Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастаетдо 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезныхпроблем.

К настоящему времени миф онепогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которомуавтоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих напроизводстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит.Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции икомпоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются отнеобходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процессапроизводства составляли и будут составлять технологические процессы полученияматериалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные вконструкциях и компоновках машин, аппаратов иих систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества иколичества выпускаемой продукции,экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника неможет дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысокимпотенциалом из-за низкой интенсивности,отсутствия концентрации операций, их совмещенияво времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которыедесятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям,бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированнымиразработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиковбыли направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции,быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря,правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин»иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести ксозданию технических средств, имитирующих ручные действия человека приманипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника,работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкаяи дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономическинеэффективная.

Автоматизация производства есть комплекснаяконструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиальноотличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизациипроизводственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машини аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологическихпроцессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообщеневозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой областиявляется необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научныхоснов технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-техническогопрогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных илюдских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченноеколичество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получатьнаибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот кпервоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства,где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивнойтехнологии, новых методов и процессов,—-концентрацииопераций, многопозиционной и многоинструментнойобработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегатьтиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечиваютвысоких конечных результатов или эти результаты односторонние, напримерсокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственныхусловиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов иобоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принципдостижения конечных результатов: средства роботизации должны не простоимитировать или замещать действия человека, а выполнять производственныефункции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными.Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручногоманипулирования автоматическим— не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокойпроизводительности автоматизированного оборудования по сравнению снеавтоматизированным; 15—20 %— за счетповышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому припланировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительнопроанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество иколичество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленныхроботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективностиблагодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала,работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизациипроизводства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компонентыпроизводственного процесса—объекты производства, технологии, основное ивспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания,  кадры,удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены нановом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя быодин компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и всясистема мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем болеенеперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельныхкомпонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорногоуправления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. Ипромышленные роботы, и автоматизированные системы управления должныразрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и вкомплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогдаони будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизациипроизводства — принцип необходимости: средства роботизации, включаясамые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можноприспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники ивычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека приобслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностяхсоздания на их основе средств производства, которые раньше не могли бытьсозданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущихстанков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одноизделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременноуправлять несколькими процессами или объектами. Применение современнойэлектроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрациитехнологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническаяполитика, особенно при создании роботизированныхпроизводственных систем для серийного производства, должна быть направлена впервую очередь на проектирование, внедрение многоинструментныхи многопозиционных машин с дифференциацией иконцентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционногооборудования и где ручные, нероботизированныеоперации невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он«врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектовроботизации такие, где человек в паре с действующимимеханизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принципсвоевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкимиперспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкциироботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных итихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-техническогонаправления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначальносозданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительнойтехнике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросамиавтоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему егоуправления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования,имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники.К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги.По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресовразработчиков конструкций, схем, математическогообеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного,цехового внедрения промышленных роботов,ограничиваясь лишь общими положениями ирекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-тосверхъестественным. Их внедрение может быть эффективнымили убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—всезависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человекапри обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, котороепозволило объединять разрозненноетехнологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированныепроизводственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежитбудущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы нистарались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако неследует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Оченьспорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобыпромышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общийуровень ручных работ на производстве, тем более на уровеньпроизводительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами.Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе ипроизводство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля илителевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растетстремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таковлейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленныхроботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа ипрогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета.Основы робототехники

Эта книга о потенциально широкой областиробототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас.Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокругсоздания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвященатолько тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что высейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпыразвития робототехники связаны с успехами в области совершенствованиявычислительных машин. Часто цитируемыестатистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если быавтомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, тотридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунтастерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина имашина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этотпример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется впередробототехника. Однако, хотя техника иусложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основебыстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципамии является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первыеработы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов куспешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своемвоображении создавало машины, наделенныеспособностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифахбога огня Гефеста сопровождали, помогая ему,две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражескогонашествия. Более двух тысяч лет назад ГероиАлександрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких,как движущиеся фигуры и поющие птицы,—прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушкиоставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил дляЛюдовика XII механического льва, который при въезде короля в Миланвыдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянноусложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжениипоследующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь вначале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы»выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве чтотолько по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от чешского слова “работа”,означающего принудительный

труд,и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бысегодня скорее название «андроиды», чем«роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими),неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс»(робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемсяв марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А.Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

3.Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.

4.Лист разрезается на специальном оборудовании под управлением человека.

5.Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность резки,которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.

6.Устройство типа «взять-положить» берет лист из единственного фиксированногоположения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захватаи последовательность операций резки могут быть изменены путем механическойпереналадки станка.

7.Простой робот с позиционной системой управления забирает лист из произвольногоположения и загружает его в станок, который вырезает один из несколькихвозможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откударобот берет лист).

8.Робот с контурным управлением по сплошной траектории мягко берет один из многихлистов и с управляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает одиниз многих сложных профилей.

9.Вся робототехническая система является частьюзначительно большей системы, управляемой компьютером. Виды профилей могутизменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.

10.Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной итактильной информации, например, для поиска листа.

Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной)автоматизацией, хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительнаягибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменениязапрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его какробот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числовогопрограммного управления (ЧПУ). Такой автоматический станок управляется мини- или микрокомпьютером с использованиемпредварительно записанной последовательности операций механической обработкидеталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзяотнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл.Устройства уровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах,однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения рядапроблем.

Сейчас приняты различные определения роботов. Какправило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируютчеловека—внешность, действия, иногда то и другое. Что жекасается определений промышленного робота, то они различаются по степениобщности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяетроботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройстватипа «взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную;роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать наокружающую среду.

В Европе и США термин «промышленный робот» не включаетпервые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике(БАР) определяет робот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное дляманипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированнойтехнологической оснастки посредством вариабельныхпрограммируемых движений по выполнению конкретных производственных задач».Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР ихарактеризует робот как «перепрограммируемый   многофункциональный  манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментовили других специальных устройств посредством программируемых движений длявыполнения разнообразных задач».

Таким образом, термином «робот», как он трактуется наЗападе, не охватываются такие устройства, как дистанционно управляемыеманипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности,основанные На принципах бионики, или протезы,поскольку эти устройства управляютсячеловеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы. Отнесениеяпонцами к роботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторовсерьезно затрудняет сравнение статистикипроизводства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однакодля того чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложи-

литермин мехатроника, делающийакцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видовэтой техники.

Вполне вероятно, что в один прекрасный день мобильныероботы получат широкое распространение, но в настоящее время уровень развития,которого достигли промышленные роботы, лучше всего характеризуется понятием«механическая рука», прикрепленная к полу,стене, потолку или к машине, снабженная специальным рабочим органом, которымможет быть захват или какой-нибудь инструмент, например сварочный илипокрасочный пистолет. Рука приводится в движение гидравлическим, электрическим,а иногда и пневматическим приводом в заранее запрограммированнойпоследовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который, как правило, основан намикропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствамобратной связи в каждом узле.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной последовательности либопутем воспроизведения этой последовательности с помощью устройствадистанционного управления. Некоторые сложные роботы могут программироватьсянепосредственно голосом, отдачей приказаний передвинуться на заданноерасстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащенысенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее внепосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочегопространства, в котором может действовать рука, роботы устанавливают нанаправляющие или рамы и тем самым сообщают им ограниченную подвижность.Диапазон размеров весьма велик— от миниатюрных сборочных роботов,способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров,до роботов, созданных фирмой «Ламбертон Ро-ботикс» в Шотландии, которые могут перемещатьпоковки массой до 1,5т. впространстве объемом в несколько кубических метров.

Тем не менее огромное большинство промышленных роботовможно уподобить человеку, который слеп, глух, нем, однорук, со связанными изалитыми бетоном ногами. Но несмотря на эти«невероятные увечья» робота уже внеславыдающийся вклад в производство. Однако этостало возможным только благодаря что среда, в которой она работает, вплоть донашего времени специально «строилась» для нееи не является идентичной среде, в которойчеловек выполнял ту же работу.

Кроме классификации роботов по конфигурации рукишироко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностьюперемещений. Устройства такого типа, действующие по принципу «взять-положить»,хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем не менее часто называютсяроботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлениидвижения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики,как правило, представлены конечными выключателями, которые могут восприниматьтолько конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзяперепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть зановопереналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи илипоследовательности операций по новой программе. Однако в настоящее времясозданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткиеупоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА»установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться посвоей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Крометого, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботамлюбые манипуляционные устройства типа«взять-положить».

. Роботы соследящей системой и без нее. Роботы сизменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностьюостанавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют дваподхода к решению этой задачи. При простейшемтехническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как толькополучен сигнал, что руке требуется занятьнужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов(шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление соткрытым контуром без обратной связи относительноинформации о действительном положении того илииного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсемперестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другоерешение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма,эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, котороеконтроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор,пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящейсистемой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошнойтраектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленныхроботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколенийкомпьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек впространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки междуэтими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботыс позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для такихработ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающихустройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многиеизготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютернойпамяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Длянекоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобырука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы сконтурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию набольшое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положенияточек записывают во время программирования или вычисляют при фактическомдвижении путем интерполяции, например между двумя точками для образованияпрямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем спозиционным управлением. Фактически существует«серая зона», в которой системы многоточечного управления могутаппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота неостанавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие,немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях.Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях,сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи нароботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию обокружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнениипроизводственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классув упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включаютустройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущениекасания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало быотнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях.Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравымсмыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию такназываемых интеллектных роботов, которые будутнаделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким; образом, в перспективе станут в какой-то степениобладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационныхпризнаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делаетустройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительновлиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, дажепринятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят кпервому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочиетипы робототехнических устройств оказываютсяпередвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящимироботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Применениесовременных промышленных роботов увеличиваетпроизводительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качествопродукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогаетэкономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью,чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средстваавтоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинстводеталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 %всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50штук.

Роботы еще необладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например неспособны к разумному реагированию нанепредвиденную обстановку и изменение рабочейсреды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкойкоординации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяютсядля выполнения манипуляционных операций,например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке,точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке,размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащатьсяразличными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением,нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой,пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной идуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, атакже при очищении с помощью водяных струй. Следуетотметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот,способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки,теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретаютспециализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочнымироботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих«стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того,кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогутзаменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, нои на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой сопытом. Поэтому вполне понятно, что у многихраспространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростомбезработицы .

     С появлениемсложных робототехнических устройств нельзяболее        утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательныхработах, однако человечеству грозитдеградация, если оно, опасаясь безработицы,будет продолжать

                Книга  В.И.Захарова и М.П. Васильева “Промышленные роботы”