Концепция адаптивных роботов

Концепция адаптивных роботов

Выпуск 19(6693) от 26 сентября 2019 г.
РУБРИКА: РОБОТОТЕХНИКА

На фоне усложнения задач, поставленных перед системами автоматизации нового поколения, ключевые ориентиры развития промышленной робототехники – ​интеллектуальность, гибкость, безопасность. Адаптивные роботы способны преодолеть актуальные технологические ограничения.

Промышленные роботы используются для автоматизации всех видов производственных линий более 60 лет. Их традиционная задача – ​быстрый и точный контроль положения объектов (например, в процессе их перемещения, разрезания или окрашивания). Ограничения промышленных роботов связаны с вопросами безопасности, функционала и сложности внедрения. Их действия строго запрограммированы, что не исключает несчастных случаев на автоматизированном производстве. Процесс программирования последовательности выполняемых действий и траектории движения, обеспечение интеграции промышленных роботов с производственной линией отличаются трудоемкостью. Существующие программы не позволяют применять роботов для выполнения многих задач повышенной сложности – ​полировки поверхностей, сборки деталей с жестким допуском, интерактивной работы в открытых средах.

С конца 1990-х гг. развивается направление коботов, позволяющее преодолеть указанные ограничения: коботы способны к совместной работе с людьми. В последние годы набирают популярность специализирующиеся на производстве коботов компании (Universal Robots, Rethink, Franka), начинают осваивать данную нишу традиционные представители промышленного сектора (KUKA, ABB, Fanuc). По прогнозам исследовательской компании MarketsandMarkets (г. Пуна, Индия), рынок коботов вырастет с 710 млн долл. в 2018 г. до 12,3 млрд к 2025-му (CAGR – ​50,31%).

Возможность коботов сотрудничать с людьми зачастую достигается за счет ограничений по производительности, полезной нагрузке, скорости, точности позиционирования и другим параметрам. Внедрение трудоемко и требует участия специалистов с соответствующими навыками. Представители обрабатывающей промышленности рассматривают необходимость сотрудничества с людьми при выполнении сложных задач скорее как ограничение, а не как преимущество коботов.

Обеспечить гибкость и интеллектуальность технологий автоматизации следующего поколения позволит развитие адаптивных роботов, способных самостоятельно контролировать безопасность и производительность, учиться выполнять новые задачи, обладающих расширенным функционалом по сравнению с традиционными роботами.

В настоящее время гибкость работы роботов достигается благодаря технологиям компьютерного зрения. Для развертывания и оптимизации подобных систем на каждой производственной линии необходимо тщательно продумать условия освещения. Внедрение технологий обнаружения столкновений позволяет современным роботам в случае потенциальной опасности немедленно остановить работу. Задача роботов нового поколения – ​адаптация к изменившимся условиям без полной остановки производственных процессов.

Отсутствие адаптивности ограничивает интеллектуальность традиционных промышленных роботов. Адаптивный робот способен выполнять задачи в условиях неопределенности позиционирования (с возможностью учитывать ошибки производственных линий в процессе изготовления и монтажа заготовок), поддерживать рабочие характеристики с учетом изменений условий окружающей среды (например, при возникновении вибрации или вмешательстве человека), выполнять широкий спектр операций, быстро переключаться на выполнение новых задач. Развитие адаптивных роботов требует фундаментальных улучшений, таких как совершенствование технологии управления силой для достижения высокой точности и быстрого отклика, внедрение иерархического интеллекта на основе технологий визуализации и восприятия силы.

Исследования по управлению силой робота ведутся уже более 30 лет, однако стоимость и надежность существующих аппаратных и программных технологий управления силой до сих пор не соответствуют отраслевым стандартам. Дальнейшее развитие технологий управления силой связано с доработкой существующих датчиков (силы, крутящего момента), оптимизацией узлов соединения для обеспечения меньшего эффекта сцепления и лучшей динамики управления, усовершенствованием применяемой электроники и используемых программных алгоритмов для достижения максимальной производительности. В результате действия адаптивного робота будут меняться в зависимости от характера взаимодействия с различными объектами и окружающей средой.

Управление силой должно осуществляться на основе интеграции с информацией разного уровня, что будет обеспечиваться благодаря иерархическому интеллекту. По аналогии с поведением человека, действия которого производятся частично на уровне сознания, частично на уровне подсознания, искусственный интеллект должен быть вовлечен в выполнение задач в разной степени. Например, для мытья окон с помощью адаптивной роботизированной руки ИИ должен быть разделен на три уровня: самый низкий обеспечивает стабильность движений устройства, средний определяет необходимую последовательность движений, высокий ответственен за выполнение сложных когнитивных задач по обнаружению пятен, требующих восприятия и понимания ситуации, а также планирования действий. Каждый нижестоящий уровень интеллекта инструктируется и настраивается вышестоящим, при этом результат действий вышестоящего уровня косвенно зависит от нижестоящих. Иерархическая интеллектуальная система обеспечивает безопасность и эффективность функционирования адаптивных роботов. Высокая устойчивость к ошибкам положения, возможность подавления помех позволит обеспечить надежную работу в условиях открытой, сложной и неопределенной окружающей среды. Все это упростит предприятиям задачу внедрения роботов и их перераспределения для выполнения различных задач, оптимизировать производственные линии, сократив количество устройств и механизмов по сравнению с традиционными решениями в сфере автоматизации. В результате вырастет экономическая эффективность и гибкость производств.


Why Adaptive Robots are the Next Big Thing? RBR, July 29, 2019: https://www.roboticsbusinessreview.com/content-from-our-sponsor/why-adaptive-robots-are-the-next-big-thing/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ