1.1 Перадгісторыя даследавання
З хуткім развіццём навукі і тэхнікі,інтэлектуальныя магчымасціпрацягваюць удасканальвацца, што робіць разумную вытворчасць пераважнай тэндэнцыяй у развіцці прамысловасці. Напрыклад, дадзеныя, апублікаваныя Міністэрствам інфармацыйнай прамысловасці Кітая, паказваюць, што ў 2023 годзе айчынная разумная вытворчасць дасягнула значнага росту ў 11,6%, што сведчыць аб пастаянных намаганнях краіны і тэхналагічных інавацыях у гэтай галіне. Акрамя таго, колькасць інавацый сярод прадпрыемстваў разумнай вытворчасці значна ўзрасла, ахопліваючы такія сектары, як вытворчасць высокакласнага абсталявання, перадавыя матэрыялы і экалагічныя тэхналогіі, што адлюстроўвае жыццяздольнасць галіны і глыбокія пераўтварэнні. Гэтая тэндэнцыя не толькі рэвалюцыянізавала традыцыйныя метады вытворчасці, але і паскорыла мадэрнізацыю прамысловасці, павысіўшы як эфектыўнасць, так і якасць. Усё часцей аўтаматызаваныя вытворчыя лініі і прамысловыя робаты замяняюць чалавечую працу.
З прагрэсамэра разумнай вытворчасціВысокаўзмацняльныя аўтаматызаваныя і інтэлектуальныя тэхналагічныя асаблівасці прамысловых робатаў ідэальна адпавядаюць растучым патрабаванням вытворчай прамысловасці да высокай дакладнасці, прастаты эксплуатацыі і гнуткасці вытворчых працэсаў. Гэта павысіла іх значнасць у вытворчасці, зрабіўшы іх ключавой сілай, якая рухае прамысловае пераўтварэнне і мадэрнізацыю. Калабаратыўныя робаты — прамысловыя прылады, здольныя дасягаць супрацоўніцтва як паміж машынамі, так і паміж чалавекам і робатам, — сталі ключавым аб'ектам даследаванняў робататэхнікі дзякуючы сваёй аўтаномнай паводзінам і магчымасцям супрацоўніцтва, што ставіць іх на пазіцыю дамінуючай ролі ў будучай прамысловай робататэхніцы. У тэхналогіі калабаратыўных робатаў паказчыкі прадукцыйнасці серварухавікоў, у тым ліку хуткасць рэакцыі крутоўнага моманту, дакладнасць крутоўнага моманту, дакладнасць пазіцыянавання, спажыванне энергіі і стабільнасць тэмпературы, непасрэдна вызначаюць эфектыўнасць, стабільнасць і дакладнасць руху робата. Як сілавое ядро робатаў, прадукцыйнасць сервасістэм крытычна ўплывае на дакладнасць і надзейнасць руху. У прыватнасці, сустаўныя серварухавікі гуляюць ключавую ролю ў дасягненні дакладнасці пазіцыянавання. Выдатны сустаўны серварухавік забяспечвае дакладнае пазіцыянаванне і стабільны рух падчас выканання складаных задач, тым самым павышаючы эфектыўнасць працы і мінімізуючы памылкі.
У «14-м пяцігадовым плане развіцця робататэхнічнай прамысловасці» робіцца акцэнт на развіцці даследаванняў у галіне інтэлектуальных інтэграваных робататэхнічных злучэнняў, прычым такія злучэнні асабліва падыходзяць для калабаратыўных робатаў. Іх высокаінтэграваная канцэпцыя канструкцыі ўключае асноўныя прывады, датчыкі і драйверы непасрэдна ў само злучэнне, ператвараючы кожнае злучэнне ў асобны блок кіравання. Дзякуючы аптымізацыі ўнутранай структуры і кампаноўкі, размеркаваная архітэктура кіравання значна памяншае колькасць кабеляў паміж рознымі ўзроўнямі сістэмы, тым самым зніжаючы выдаткі на абслугоўванне і павышаючы агульную надзейнасць. Модульная канструкцыя таксама спрашчае замену і абслугоўванне злучэнняў, што істотна павышае канкурэнтаздольнасць калабаратыўных робатаў на рынку.
Theканцэпцыя калабаратыўных робатаўУпершыню была прадстаўлена ў 1996 годзе, а яе філасофія дызайну рэвалюцыянізавала традыцыйную робататэхніку, дазваляючы каардынаваць аперацыі паміж робатамі і людзьмі на вытворчых лініях. Гэты калабаратыўны падыход не толькі выкарыстоўвае эфектыўнасць і дакладнасць робатаў, але і інтэгруе чалавечы інтэлект і гнуткасць, павышаючы аперацыйную эфектыўнасць і плыўнасць. У параўнанні з традыцыйнымі прамысловымі робатамі, калабаратыўныя робаты дэманструюць адметныя характарыстыкі, што робіць іх значнай падкатэгорыяй у галіне робататэхнікі. Як іх фізічныя структуры, так і сістэмы кіравання зведалі істотныя мадыфікацыі. Традыцыйныя прамысловыя робаты, такія як канфігурацыі рабатызаваных рук, паказаныя на малюнку 1, у асноўным выкарыстоўваюцца ў палетызацыі, апрацоўцы матэрыялаў, зварцы і лазернай рэзцы. Хоць гэтыя робаты адрозніваюцца высокай калянасцю, структурнай стабільнасцю і высокай грузападымальнасцю, яны таксама маюць абмежаванні: адносна вялікія памеры і маса, значная інэрцыя руху, грувасткія канструкцыі з нізкай гнуткасцю і немагчымасць выконваць вельмі манеўраныя зборачныя задачы. Акрамя таго, іх значны інэрцыйны імпульс і рухі з высокай хуткасцю ствараюць значную рызыку для бяспекі персаналу ў межах іх аперацыйнага радыуса, што патрабуе працы ў закрытых памяшканнях.
Малюнак 1. Традыцыйныя прамысловыя рабатызаваныя рукі і калабаратыўныя робаты
Калабарацыйныя робаты дазваляюць адначасова працаваць з людзьмі ў агульных прасторах і спрашчаюць узаемадзеянне на блізкай адлегласці ў зонах супрацоўніцтва. У параўнанні з традыцыйнымі рабатызаванымі рукамі, калабарацыйныя робаты звычайна нясуць максімальную нагрузку 20 кг на сваім канчатковым эфектары, з аперацыйнай далёкасцю, параўнальнай з далёкасцю дасяжнасці чалавечай рукі. Іх канструкцыя прасцейшая, чым у звычайных прамысловых рабатызаваных рук, бо яны маюць складаныя механізмы перадачы, але забяспечваюць адчувальную зваротную сувязь па сіле, лёгкую вагу і надзейныя магчымасці ўспрымання. Гэтыя асаблівасці дазваляюць ім дынамічна рэгуляваць сілу падчас узаемадзеяння з чалавекам, эфектыўна прадухіляючы гвалтоўныя пашкоджанні. Такім чынам, калабарацыйныя робаты могуць бяспечна супрацоўнічаць з людзьмі для выканання задач без неабходнасці традыцыйных бар'ераў бяспекі.
Калабарацыйныя робаты ўдзельнічаюць у аперацыях непасрэднага кантакту з чалавекам; таму бяспека з'яўляецца неад'емнай патрабаваннем пры супрацоўніцтве чалавека і робата. Важна строга кантраляваць рабочую магутнасць і круцільны момант, выкарыстоўваючы пры гэтым тэхнічныя меры, такія як кантроль току, кантроль круцільнага моманту, кантактныя датчыкі і выяўленне сутыкненняў, каб прадухіліць траўмы персаналу. Інтэлектуальныя сістэмы кіравання прывадам робатаў таксама патрабуюць далейшай аптымізацыі для кіравання бяспекай, што дазваляе адаптыўнае плаўнае кіраванне з дапамогай дынамічных разлікаў і мадэлявання на аснове назіральнікаў.
У нядаўнім даследаванні Міжнародная федэрацыя робататэхнікі (IFR) падкрэсліла, што ў будучыні развіццё робатаў будзе ў першую чаргу дэманстраваць тэндэнцыі да прастаты, лёгкасці выкарыстання, гнуткасці і бяспечнай сумеснай працы. Прамысловыя робаты будуць паступова дасягаць больш высокага ўзроўню аўтаматызацыі і інтэлекту; іх зручная канструкцыя знізіць аперацыйныя бар'еры, што дазволіць большай колькасці прадпрыемстваў без асаблівых высілкаў выкарыстоўваць тэхналогіі робататэхнікі для павышэння эфектыўнасці вытворчасці. Тым часам канструкцыі, якія адрозніваюцца гнуткасцю і магчымасцямі бяспечнай сумеснай працы, дазволяць робатам лепш адаптавацца да разнастайных і складаных вытворчых асяроддзяў, спрыяючы супрацоўніцтву чалавека і робата і далейшаму развіццю інтэлектуальнага і эфектыўнага прамысловага вытворчасці.
Малюнак 2: Рабочая зона калабаратыўнага робата
1.2 Значнасць даследавання
На сучасным рынку калабаратыўнай робататэхнікі перавага аддаецца робатам з сямю ступенямі свабоды дзякуючы іх шырокаму дыяпазону дзеянняў і гнуткасці. Гэтыя робаты забяспечваюць рэзервовыя ступені свабоды, што адкрывае большы патэнцыял для прамысловай аўтаматызацыі і разумнай вытворчасці. Кожная ступень свабоды дасягаецца праз рабатызаванае сустаўнае злучэнне, якое служыць крытычным фактарам у вызначэнні прадукцыйнасці робататэхнікі. Чатыры асноўныя вытворцы — FANUC, ABB, Yaskawa і KUKA — выкарыстоўваюць розныя сістэмы перадачы ў сваіх традыцыйных прамысловых рабатызаваных руках; аднак яны ў асноўным выкарыстоўваюць серварухавікі ў пары з канічнымі зубчастымі коламі, цыліндрычнымі зубчастымі коламі або сінхроннымі рамянямі для перадачы магутнасці на суставы для кручэння. Гэтыя метады перадачы абмяжоўваюць памеры рабатызаваных суставаў. Хоць дасягненне высокай дакладнасці магчымае, мініяцюрызацыя застаецца складанай задачай. Як паказана на малюнку 3, традыцыйныя прамысловыя робаты патрабуюць знешніх шаф кіравання, у якіх размешчаны сервапрывады рухавікоў, з шматлікімі правадамі, якія злучаюць кожны рухавік з шафай, што абмяжоўвае гнуткае разгортванне сістэм кіравання.
Малюнак 3. Традыцыйны прамысловы робат і шафа кіравання
Улічваючы, што традыцыйныя канфігурацыі суставаў прамысловых рабатызаваных рук больш не могуць адпавядаць патрабаванням калабаратыўных робатаў, гэтыя суставы адмовіліся ад традыцыйных механізмаў перадачы на карысць новай філасофіі праектавання. Гэты падыход сканцэнтраваны на стварэнні лёгкіх, нізкавольтных і высокаінтэграваных сістэм шляхам інтэграцыі кантролера, сервапрывада і рухавіка ўнутры самога сустава, прычым асноўныя электрычныя злучэнні таксама рэалізаваны ўнутры. Звонку адкрыта толькі мінімальная колькасць інтэрфейсаў кіравання, што спрашчае знешнюю праводку і зніжае складанасць інжынерыі. Такая канструкцыя называецца інтэграваным суставам.
Улічваючы сучасныя патрэбы і тэндэнцыі развіцця суставаў калабаратыўных робатаў, асабліва важна распрацоўваць лёгкі, нізкавольтны, высокаінтэграваны і высокапрадукцыйны інтэграваны калабаратыўны робатычны сустаў. Такое інтэграванае сустаўнае ...
Малюнак 4. Схематычная дыяграма модульнага злучэння
Даследаванні інтэграваных злучэнняў для калабаратыўных робатаў і іх сістэм сервакіравання маюць значнае значэнне для развіцця калабаратыўнай робататэхнікі. Асноўныя тэхналогіі гэтых інтэграваных злучэнняў складаюцца з двух ключавых кампанентаў: гарманічных рэдуктараў і сістэм кіравання прывадам і кіраваннем сумеснымі рухавікамі разам з адпаведнымі алгарытмамі кіравання. Кампанія Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd. факусуе свае даследаванні на сістэмах кіравання прывадам і кіраваннем сумеснымі рухавікамі для калабаратыўных робатаў, праводзячы паглыбленыя даследаванні механізмаў прывада і кіравання сумеснымі рухавікамі. Кампанія распрацоўвае серыю высокаінтэлектуальных інтэграваных прадуктаў для сумесных рухавікоў робатаў, якія забяспечваюць больш гнуткія і надзейныя магчымасці кіравання для калабаратыўных злучэнняў робатаў, адначасова ўключаюць такія важныя функцыі, як самаўспрыманне, інтэлектуальнае прыняцце рашэнняў, спрытнае выкананне і дакладнае кіраванне, тым самым задавальняючы патрабаванні распрацоўкі разумнага абсталявання.
2 Бягучы стан даследаванняў у краіне і за мяжой
У 1956 годзе амерыканскі фізік Джо Энгельбергер і вынаходнік Джордж Дэвол заснавалі кампанію па вытворчасці робататэхнікі пад назвай Unimation, якая ў 1959 годзе паспяхова распрацавала першага ў свеце прамысловага робата — Unimate.
General Motors упершыню ўкараніла робатаў у прамысловай вытворчасці на сваім заводзе ў Нью-Джэрсі ў 1961 годзе. У 1969 годзе Японія прадставіла робатаў ад Unimation, пазней ліцэнзавала сваю тэхналогію Kawasaki Heavy Industries і брытанскай KUKAI Corporation для вытворчасці робатаў у Японіі і Вялікабрытаніі адпаведна. З развіццём аўтамабільнай прамысловасці Японіі ўсё большая колькасць робатаў замяняе чалавечую працу ў вытворчасці, што цалкам прадэманстравала іх практычную каштоўнасць. Такім чынам, Японія надае ўсё большую ўвагу развіццю прамысловай робататэхнікі. Пачынаючы з Kawasaki Heavy Industries як піянера ва ўкараненні тэхналогій робататэхнікі, а затым з'яўленнем сусветна вядомых кампаній па вытворчасці робататэхнікі, такіх як FANUC і Yaskawa, Японія стала адной з краін, якія авалодалі перадавымі рабатызаванымі тэхналогіямі ва ўсім свеце.
У 1973 годзе нямецкая кампанія KUKA мадыфікавала робата Unimate, каб стварыць першага робата з шасцю ступенямі свабоды — Famulus, які прыводзіўся ў рух электрарухавіком. У 1974 годзе шведская электратэхнічная кампанія ASEA (папярэднік ABB) распрацавала першага ў свеце цалкам электрычнага робата IRB 6, кіраванага мікрапрацэсарам, што значна палепшыла інтэлект робатаў. У 1978 годзе амерыканская кампанія Unimation шырока разгарнула свайго прамысловага робата PUMA на зборачных лініях General Motors, што яшчэ раз прадэманстравала практычнасць і каштоўнасць прамысловых робатаў і адзначыла поўную сталасць тэхналогіі прамысловай робататэхнікі, тым самым заклаўшы трывалую аснову для наступных тэхналагічных дасягненняў.
На працягу больш чым чатырох дзесяцігоддзяў развіцця прамысловай робататэхнікі тэхналагічны прагрэс быў бесперапынным. Аднак з меркаванняў бяспекі робатаў звычайна мацуюць на пэўных працоўных месцах і ізалююць агароджамі, што не дазваляе ім працаваць побач з людзьмі ў адной прасторы. Такая традыцыйная канфігурацыя абмяжоўвае супрацоўніцтва чалавека і робата, што ўскладняе дасягненне сапраўды эфектыўных кааператыўных аперацый. Нягледзячы на шматлікія спробы і даследаванні, дасягненне бяспечнага супрацоўніцтва чалавека і робата застаецца сур'ёзнай праблемай у галіне прамысловай робататэхнікі.
Толькі ў 2005 годзе ў рамках буйнога праекта, які фінансаваўся ЕС, была прадстаўлена канцэпцыя калабаратыўных робатаў. Ініцыятыва аб'яднала вядучыя кампаніі па прамысловай робататэхніцы, такія як ABB, KUKA, Reis, Comau і Gudel, каб сумесна распрацаваць даступнага, кампактнага і гнуткага робата, спецыяльна прызначанага для малых і сярэдніх прадпрыемстваў, з мэтай памяншэння залежнасці ад аўтсорсінгу працоўнай сілы. Гэты праект выразна падкрэсліў патэнцыял супрацоўніцтва чалавека і робата, заклаўшы трывалую аснову для канцэпцыі калабаратыўных робатаў.
Раннія калабаратыўныя робаты былі ў асноўным мадыфікацыямі і ўжыткамі традыцыйных прамысловых робатаў, без кардынальных зменаў іх канструктыўнай філасофіі або рэжымаў працы. З моманту свайго заснавання ў 2005 годзе кампанія Universal Robots прысвяціла сябе распрацоўцы калабаратыўных робатаў, здольных бяспечна працаваць разам з людзьмі. У 2009 годзе кампанія выпусціла UR5 — першага ў свеце калабаратыўнага робата, — што адзначыла пачатак гэтай эры. Пасля гэтага Rethink прадставіла двухрукага Baxter і новага аднарукага Sawyer, паступова зрабіўшы калабаратыўную робататэхніку прызнанай і прынятай дысцыплінай у прамысловай робататэхніцы. Гэты прагрэс даў новыя веды і напрамкі для будучай прамысловай аўтаматызацыі і інтэлектуальнага развіцця.
Малюнак 5: Робат UR5 і робат Sawyer Baxter
Кампанія Siasun Robot, якая з'яўляецца партнёрам Шэньянскага інстытута аўтаматызацыі Кітайскай акадэміі навук, упершыню прадэманстравала сямівосевага гнуткага калабаратыўнага робата, які прадстаўляў перадавы тэхналагічны ўзровень Кітая, на прамысловай выставе ў лістападзе 2015 года. З таго часу шматлікія айчынныя мадэлі калабаратыўных робатаў, такія як Luoshi і Aobo, паступова атрымалі прызнанне.
Што тычыцца рабатызаваных злучэнняў, асноўнае адрозненне паміж калабаратыўнымі робатамі і злучэннямі традыцыйных цяжкіх прамысловых робатаў заключаецца ў іх «гнуткасці». Гэтая гнуткасць праяўляецца ў меншай механічнай калянасці, паменшанай інерцыі і здольнасці адчуваць крутоўны момант. У цяперашні час гнуткасць злучэнняў, якая выкарыстоўваецца ў калабаратыўных рабатызаваных руках, у першую чаргу абумоўлена дакладным кантролем становішча і кантролем крутоўнага моманту.
Малюнак 6. Тыповая структура інтэграванага сустава ў калабаратыўных робатах
Агляд бягучых даследаванняў паказвае, што развіццё робататэхнікі ў Кітаі пачалося пазней, чым у такіх краінах, як ЗША і Японія. Даследаванні ў галіне калабаратыўных робатаў усё яшчэ значна адстаюць ад існуючых міжнародных прадуктаў, прычым асноўныя вузкія месцы заключаюцца ў рэдуктарах гарманік і сістэмах кіравання сумеснымі прывадамі рухавікоў. Айчынныя калабаратыўныя робаты ў цяперашні час маюць значны патэнцыял для паляпшэння магчымасцей кіравання сумеснымі прывадамі, асабліва ў плане дакладнасці кіравання і інтэлектуальнага кіравання. Акрамя таго, глабальныя тэндэнцыі даследаванняў у галіне робататэхнікі паказваюць, што бяспека, гнуткасць і інтэлект з'яўляюцца дамінуючымі характарыстыкамі тэхналагічнага прагрэсу. Злучэнні робатаў развіваюцца ў бок высокаінтэграваных сістэм кіравання прывадам і больш высокага інтэлекту. Нягледзячы на тое, што калабаратыўныя злучэнні робатаў перайшлі ад традыцыйнага цэнтралізаванага кіравання да размеркаваных архітэктур кіравання прывадам, у цяперашні час яны выконваюць толькі дзеянні, кіраваныя рухавіком, не маючы магчымасцей аўтаномнага ўспрымання, інтэлектуальнага прыняцця рашэнняў і спрыту выканання, што прыводзіць да адносна нізкага ўзроўню інтэлекту. Застаецца значны патэнцыял для пашырэння попыту на інтэлектуальныя сістэмы робататэхнікі.
Час публікацыі: 22 мая 2026 г.
