Развитие робототехники

Робототехника развивается по назначению можно разбить на три группы:

· промышленные;

· информационные;

· человекоподобные (реклама, развлечения).

Первое место в мире по производству и применению роботов уверенно занимает Япония, где сосредоточена большая часть мирового парка роботов. Большая часть этого парка используется в промышленности, примерно половина — для выполнения основных технологических операций,

В развитие робототехники во времени можно выделить 3 этапа, которым соответствует появление роботов соответствующего поколения.

Технический прогресс в развитии роботов направлен, прежде всего, на совершенствование систем управления. Первые промышленные роботы имели программное управление, в основном заимствованное у станков с числовым программным управлением (ЧПУ. Эти роботы получили название роботов первого поколения. Они работают по «жестко» заданной программе, т.е. должны быть заданы координаты и положения объектов обслуживания.

Примечание. Каждое поколение роботов соответствует определенному этапу развития техники во времени.

Второе поколение роботов - это очувствленные роботы, т.е. снабженные сенсорными системами, главными из которых являются системы технического зрения (СТЗ). Роботы второго поколения не требуют точного позиционирования объектов (заготовок, деталей)

На рубеже XXI в. робототехника подошла к следующему этапу своего развития — созданию интеллектуальных роботов – роботов третьего поколения. Они самостоятельно принимают решения в зависимости от условий внешней среды для достижению конечной цели. Интеллектуальный робот — это робот конкретного назначения, в основных функциональных системах которого используются методы искусственного интеллекта, что позволяет расширить сферу применения робототехники практически на все области человеческой деятельности.

В 1968 г. в СССР (Институтом океанологии Академии наук СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами) был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот "Манта" с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. — следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания на телевизионном экране

В 1969г. в США (Станфордский научно-исследовательский институт) был разработан работ с искусственным интеллектом "Шейки" с развитой системой сенсорного обеспечения, включая техническое зрение, обладавшего элементами искусственного интеллекта, что позволило ему целенаправленно передвигаться в заранее неизвестной обстановке, самостоятельно принимая необходимые для этого решения,

В 1971 г. в Японии также были разработаны экспериментальные образцы роботов с техническим зрением и элементами искусственного интеллекта: робот "Хивип", способный самостоятельно осуществлять механическую сборку простых объектов по предъявленному чертежу.

Одним из основных направлений применения роботов является комплексная автоматизация производства, создание гибких автоматизированных производств, прежде всего, в машиностроении. Роботы как универсальное гибкое средство для выполнения в первую очередь манипуляционных действий — важный компонент таких производств.

Первые серьезные результаты по созданию и практическому применению роботов в СССР относятся к 1960-м гг. В 1966 г. в институте ЭНИКмаш (г. Воронеж) был разработан автоматический манипулятор с простым цикловым управлением для переноса и укладывания металлических листов. Первые промышленные образцы современных промышленных роботов с позиционным управлением были созданы в 1971 г. (УМ-1, "Универсал-50", УПК-1).

Первые промышленные роботы второго поколения со средствами очувствления появились в отечественной промышленности на сборочных операциях в приборостроении с 1980г. Первый промышленный робот с техническим зрением МП-8 был создан в 1982 г.

Состав, параметры и классификация роботов

Р обот как машина состоит из двух основных частей — исполнительных систем и информационно-управляющей системы с сенсорной системой. В свою очередь исполнительные системы включают манипуляционную систему (обычно в виде механических манипуляторов) и системы передвижения, имеющиеся только у мобильных (подвижных) роботов.

Классификация роботов

Классификация роботов по назначению. т. е. область применения. Основные области применения роботов.

Промышленные роботы (ПР), которые предназначены для применения в промышленности и составляют до 80% всего парка роботов в мире.

По типу выполняемых операций все ПР делятся на

· роботов технологических, которые выполняют основные технологиче­ские операции, и

· роботов вспомогательных, предназначенных для выполнения вспомогательных технологических операций по обслуживанию основного технологического оборудования.

Технологические роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные можно отнести к средствам автоматизации.

По широте перечня операций, для выполнения которых предназначен робот, различаются роботы

· специальные,

· специализированные

· универсальные.

Специальные роботы предназначены для выполнения одной конкретной технологической операции (например, сварка, нанесение покрытий, определенная сборочная операция или обслуживание определенной марки технологического оборудования).

Специализированные роботы могут выполнять несколько однотипных операций (сборочный робот со сменными рабочими инструментами, робот для обслуживания определенного типа технологического оборудования и т. п.).

Универсальные роботы могут выполнять различные основные и вспомогательные операции в пределах их технических возможностей.

Классификация роботов по показателям, определяющим их конструкцию.

К таким показателям относятся:

· тип приводов;

· грузоподъемность;

· количество манипуляторов;

· тип и параметры их рабочей зоны;

· подвижность и способ размещения;

· исполнение по назначению.

Приводы, которые используются в манипуляторах и системах передвижения роботов, могут быть электрическими, гидравлическими и пневматическими. Часто их применяют в комбинации.

Грузоподъемность робота — это грузоподъемность его манипуляторов, а для транспортного робота еще и его шасси.

Количество манипуляторов у роботов в большинстве случаев ограничено одним. Однако в зависимости от назначения существуют конструкции роботов с 2, 3 и совсем редко 4 манипуляторами. Манипулятор может быть оснащен двумя схватами (рабочими органами), что повышает эффективность его работы.

Тип и параметры рабочей зоны манипулятора определяют область окружающего робот пространства, в пределах которой он может осуществлять манипуляции, не передвигаясь, т. е. при неподвижном основании. Рабочая зона манипулятора — это пространство, в котором может находиться его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипулятора. Форма рабочей зоны определяется системой координат, в которой осуществляется движение рабочего органа манипулятора, и числом степеней подвижности манипулятора.

Подвижность робота определяется наличием или отсутствием у него системы передвижения. В первом случае роботы называют мобильными, а во втором - стационарными

По способу размещения стационарные и мобильные роботы бывают

· напольными,

· подвесными (мобильные роботы этого типа обычно перемещаются по поднятому монорельсу),

· встраиваемыми в другое оборудование (например, с размещением на станине обслуживаемого им станка).

Исполнение робота по назначению зависит от внешних условий, в которых он должен функционировать. Различают исполнение

· нормальное,

· пылезащитное,

· теплозащитное,

· влагозащитное,

· взрывобезопасное и т. д.

Классификация роботов по способу управления. По этому признаку различают роботы с

программным,

адаптивным и

интеллектуальным управлением.

Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным и дискретным. В последнем случае управление движением осуществляется заданием последовательности точек с остановкой в каждой из них. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое (например, робот ЦПР-1), при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально - чаще всего ограничено двумя - начальной и конечной.

Классификация роботов по быстродействию и точности движений. Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства Быстродействие манипулятора определяется скоростью перемещения его рабочего органа и может быть разбито на 3 диапазона в зависимости от линейной скорости:

· малое — до 0,5 м/с;

· среднее — от 0,5 до 1—3 м/с;

· высокое — при больших скоростях.

Наибольшая скорость манипуляторов современных роботов достигает 10 м/с и выше.

Точность манипулятора и системы передвижения робота характеризуется погрешностью позиционирования. Чаще всего точность роботов характеризуют абсолютной погрешностью. Точность роботов общего применения можно разбить на 3 диапазона в зависимости от линейной погрешности:

· малая — от 1 мм и более;

· средняя — от 0,1 до 1 мм;

· высокая — при меньшей погрешности.

Наименьшую точность имеют роботы, предназначенные для выполнения наиболее грубых, например, транспортных движений, а наибольшую, микронную, - роботы, используемые, например, в электронной промышленности.

Рассмотренные ранее параметры роботов относятся к классификационным, т. е. используются при формировании типажа роботов и, соответственно, их наименований.

Параметры, определяющие технический уровень роботов.

К параметрам, определяющим технический уровень относятся параметров, которые могут иметь количественное выражение, такие, как из ранее рассмотренных: быстродействие, точность.

К параметрам относятся, в частности,

· удельная грузоподъемность, отнесенная к массе робота,

· выходная мощность манипулятора (произведение грузоподъемности на скорость перемещения), отнесенная к мощности его приводов;

· размер рабочей зоны, отнесенный к габаритам робота.

Другими ранее не упоминавшимися параметрами, характеризующими технический уровень роботов, являются

· число одновременно работающих степеней подвижности,

· надежность,

· способы и время программирования.

Контрольные вопросы:

1. Что такое робот?

2. Из каких основных элементов состоит робот?

3. Где применяется робототехника?

4. На какие группы можно разбить роботы по назначению?

5. Перечислите поколения промышленных роботов и чем они отличаются друг от друга?

6. Как классифицируются промышленные роботы по типу выполняемых операций и по широте выполняемых операций?

7. Как классифицируются промышленные роботы по показателям, определяющим их конструкцию?

8. Какие параметры определяют технический уровень роботов?

Дата добавления: 2014-01-07