Съвременни тенденции при индустриалните роботи

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2014

Значителният технологичен напредък в последните години е факт и при производството на роботи. Те стават все по-малки, по-евтини, по-практични и рентабилни, което ускорява приложението им в различни индустриални сфери. Допреди няколко десетилетия 90% от роботите намираха приложение в автомобилната промишленост, извършвайки голям брой дейности по поточните линии.

Днес този процент е само 50, а другата половина се използват в разнообразни производства, лаборатории, складове, енергийни централи, болници и т. н. Като основна тенденция се очертава популяризирането на леките роботи, които извършват съвместни производствени операции с хора с цел максимално припокриване на работните пространства и постигане на оптимална степен на автоматизация.

Нови конфигурации на роботи
Докато технологичните и икономически аспекти на закона на Мур движат напред компютърната индустрия, могат да се очакват повече иновации, по-рентабилни конфигурации на роботи, повече приложения извън традиционните. Една от големите промени при индустриалните роботи е, че те еволюират към използване на по-широк набор от структури и механизми.

В някои случаи една конфигурация, която се развива като нова автоматизирана система, не би била разпозната веднага като робот. Например роботите, които автоматизират производството на полупроводникови елементи, изглеждат доста по-различно от онези, които се използват в автомобилните заводи.

Близо са дните, когато използването на препрограмируеми роботи ще бъде по-голямо от това на традиционните такива. Потенциалът за развитие и подобрение на индустриалните роботи е много голям не само заради подобрената ефективност на разходите, но и заради предимствата и операциите, които те ще притежават и изпълняват.

Не е трудно да се види, че напредъкът в обработването на изображения, увеличаване скоростта на микропроцесорите и подобрените симулации на човешко поведение ще доведат до автоматизиране на все повече нископлатени и нискоинтелигентни дейности.

Повишена интелигентност
Неотдавана се считаше, че интелигентността на робота е важна предимно за машините, които се използват във всекидневието на човека. Това твърдение все по-малко намира подкрепа с повишеното роботизиране на производствените процеси и нарастващите изисквания на индустрията към способностите на индустриалните роботи.

В последните години се разработиха и предложиха за приложение интелигентни алгоритми, използващи невронни мрежи, размита логика, генетични алгоритми. Друго важно приложение на интелигентните алгоритми е в т. нар. мултифункционални роботи, използвани за изследване на среди, съвместно транспортиране на обекти и др.

Дори снабдени с примитивна интелигентност, роботите демонстрират способности за увеличаване продуктивността на предприятията, заедно с ефикасността и качеството. Някои от най-умните роботи не са заети в производството, а се използват за изследвания в космоса или за дистанционно изпълнение на операции.

Всъщност точно тези други приложения дават идеи за нови тенденции в развитието на роботите в индустрията. Път към това е възприемането на робота не просто като машина. С развитието на микропроцесорната техника и технологиите на база на изкуствения интелект роботите драстично увеличават потенциала си на гъвкави средства за автоматизация. Новата вълна в роботиката е в приложения, изискващи интелигентност.

Роботиката все повече използва широк набор от сложни и модерни технологии – машинно зрение, тактилност, разпознаване на реч, мехатроника. В резултат се появява ново ниво на функционалност за извършване на действия, които в миналото са били немислими за роботи. Роботите вече са толкова точни, че изместват ръчните операции в редица приложения.

Производството на полупроводникови елементи е един от примерите, който показва, че високото ниво на материала и качеството не могат да бъдат постигнати чрез операции, извършвани от човек, или чрез обикновена механизация.

Възможността за интегриране на повече интелигентност в роботите предоставя опции за стратегически подобрения в производството. Пример е автомобилостроенето, където цените на колите се понижават през последните години и единственият начин производителите да продължат с генерирането на печалба, е намаляването на разходите за производство и въвеждането на структурни промени.

Когато предприятията започват производството на нов модел автомобил, стотици милиони евро се инвестират в нови съоръжения. Фокусът, който поставят роботизираните производствени технологии, е върху намаляване на капиталовите инвестиции чрез увеличаване на гъвкавостта.

Новите приложения на роботите са при вече автоматизирани операции, използващи определено оборудване. Гъвкавостта на робота позволява тези автоматизирани операции да бъдат изпълнявани по-систематично с използване на по-евтино оборудване и намалени производствени разходи.

Значителен растеж се отчита при използване на роботи в областта на т. нар. интелигентни помощни устройства (ИПУ) – оператори манипулират с робот, използвайки биомеханични продължения на собствените им крайници, но с повишена сила и възможности за достъп до критични зони.

Това са нов клас ергономични подпомагащи устройства, които могат да са в помощ на човека, когато има нужда от повече сила или управление на движението, или при следене на обект (линия), или в автоматизирането на процеси. ИПУ използват технологията на роботите при производството за постигане на повече за по-кратко време, с по-добро качество и с по-малко усилия.

С използването на човеко-машинен интерфейс операторът и ИПУ работят в тандем за оптимизиране на операции като повдигане, насочване и позициониране. Сензори, компютри и алгоритми за управление "превеждат" движенията на оператора на робота и човекът получава "супер сила".

Генетичното програмиране доказано дава добри резултати, що се отнася до интелигентните роботи. Използват се биобазирани механизми за вземане на решение, предлагащи удобен начин за подобряване на конфигурирането на условията и времето на поведение на един или няколко робота, работещи в режим на провеждане на изследване.

Колективното вземане на решения в една система от роботи е комплексна задача, която се състои в преминаването от един вид поведение в друг, и всеки индивидуален робот взема собствено решение. Този вид програмиране се използва за подобряване управлението на вземане на решения без централизиран механизъм и с ограничена комуникация между роботите.

В сферата на интелигентните роботи прилагането на т. нар. "обучение с утвърждение" е с доказано добри резултати при създаването на роботи със способност да учат и да се приспособяват към динамични среди. Някои учени предлагат решения, включващи корелация, адаптивност, висока разделителна способност, многомерност и конвергенция.

Мозъчно-машинният интерфейс (невро-машинен интерфейс) е нова техника, която управлява протези, подпомагащи възстановяването на моторните функции на парализирани пациенти. В тази връзка се предлагат контролери, базирани на невронни мрежи, които разпределят сигналите от мозъка и ги трансформират в движение на робота.

Взаимодействие между роботи и хора
Тясната връзка между хората и роботите, работещи заедно в производствения процес, е голяма част от бъдещето на индустриалната роботика. След време разликата в произведеното от робот и човек ще бъде размита до степен на неопределеност. Все още роботите не могат перфектно да пресъздадат сръчността на човека, въпреки че притежават достатъчно качества да работят с малки обекти и чувствителни материали, така че да поемат задачи, които се изпълняват от човек.

Пример е нарастващата необходимост от монтаж на малки компоненти в електронната индустрия. Двуръките роботи, предназначени да работят на производствените линии заедно с хората, са проектирани да бъдат изключително безопасни. Използват преобразуватели на сила, за да засекат промяната в силата, приложена към тях, имат двигатели с ограничители на скоростта и вграден софтуер за управление на безопасността.

Всичко това води като резултат след себе си роботи, които са с минимален риск за нанасяне на вреда, когато се касае за контакт с човек. Тези роботи ще повишат гъвкавостта и бързината на производствените системи. Тъй като роботът е компактен, преносим и проектиран да заема същото работно място като човека, той може лесно да бъде заменен от работник.

Лесното им приспособяване и обучаване към нови работни процеси позволява на производителя бързо да адаптира промените в условията към производствения график. Новите разработки предвиждат създаването на роботи с шест степени на свобода, подходящи за обща работа с хора. Комбинирането на софтуер за безопасност с двигатели с ограничение на скоростта, управление на силата и покритието на външната повърхност приближава времето на пълноценната съвместна работа на човека с робота.

Бъдещето на роботиката
е свързано с два аспекта, върху които се фокусира цялата индустрия. Единият се отнася към приложението на дистанционното наблюдение на роботите в реално време. Това ще позволи идентификация на потенциални проблеми, така че да не се нарушава нормалното протичане на производствените операции.

Например, може да се засече дали роботът има нужда от обслужване или подобрения, а също да се направи анализ на ефективността на движенията му. Ще се оптимизира разрешаването на възникнали проблеми и ще се спестява време.

Другият ключов момент в предизвикателството на техническия развой на роботите е включването на пособия, които позволяват на робота да взаимодейства със заобикалящата среда, което включва подобрена тактилност и подобрено захващане. За да могат роботите да изпълняват всички задачи, за които са предназначени, трябва да им се вградят повече "човешки" способности за намиране, идентифициране и работа с обекти.

В комбинация с мощен изчислителен ресурс инструменти като подобрено 2D и 3D зрение ще позволят създаването на един вид независимост на робота и ще му позволят да взема решения за това какво да направи и при какви условия. Новото поколение интегрирано управление на силата и интегрирано зрение правят тези съвременни технологии все по-достъпни.

Повишената индустриализация на много потребителски пазари и автоматизацията на производствените процеси ще продължат да нарастват. Изискванията към индустриалните роботи се определят основно от сектори като автомобилостроенето, електрониката и енергетиката, металодобива и машиностроенето, химическата промишленост и производството на пластмасови изделия.

И въпреки че производителите вдигат летвата по отношение на скоростта на производствения процес и ефективността, роботите ще бъдат квинтесенцията в задоволяването на повишените критерии за продуктивност, ефикасност, качество и намаляване на разходите.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top