Инженер по робототехнике. А. В. Лобыничев

Когда-то человек впервые взял в руки палку и, используя ее в качестве рычага, смог добиться такого результата, который раньше был ему не под силу. С этого начался процесс механизации труда. Потом человек научился использовать энергию воды, изобрел паровые машины, электрические двигатели и двигатели внутреннего сгорания. На каждом этапе научно-технического прогресса новые машины и механизмы увеличивали возможности человека, повышали производительность и все более облегчали его труд. Промышленные роботы - новый этап в развитии этого процесса. На "плечи" роботов уже сейчас человек перекладывает почти всю нетворческую часть работы, и не только физической, но и умственной.

Современный промышленный робот - перепрограммируемый автоматический манипулятор не похож на человекоподобную машину, как его часто изображают, с железными руками, ногами, туловищем и головой. Чаще всего - это рука, управляемая электронным "мозгом". Выполняет он такую работу, какую раньше человек выполнял машинально, для которой нужны были только его руки и немного умственных способностей: например, установить в станок заготовку, а после ее автоматической обработки вынуть готовую деталь и уложить ее в приготовленную тару. Это - станочные роботы.

Робот-автомат для изготовления роботов

Бывают роботы-"ноги", то есть автоматические тележки, которые перемещают заготовки, инструмент, готовые детали между складом и станками. Их еще называют робокары. А бывают "ноги" с "руками", когда на тележке устанавливается манипулятор. Эти "руки" и "ноги" могут быть оснащены органами "чувств": техническим зрением, слухом, осязанием и даже такими, каких нет у человека. К примеру, робокар может быть наделен способностью определять свое местонахождение по электромагнитному полю, через это же поле принимать команды и передавать сигналы об их исполнении. У таких "очувствленных" роботов больше возможностей для выполнения поручений человека, но сложнее система управления ими и, значит, выше стоимость.

Еще более сложные роботы с искусственным интеллектом. Они могут приспосабливаться к изменяющимся условиям, умеют самообучаться.

В зависимости от способа перемещений (от типа привода) роботы бывают электромеханические, пневматические и гидравлические. У электромеханических роботов все движения выполняются с помощью электродвигателей. У них большие возможности по управлению скоростью, торможению и остановке перемещаемого груза в заданной точке. Таким приводом оснащаются самые "умные" роботы. Применяются они для окраски, сварки, для контроля и сборки, а также в других наиболее ответственных случаях.

Пневматические роботы проще по конструкции. У них все перемещения обеспечиваются сжатым воздухом, они самые дешевые и быстрые, но их приводом труднее управлять, поэтому им поручаются не очень сложные задания. Эти роботы хороши в штамповочном производстве, на простых операциях сборки и в других случаях, где необходимы простые перемещения.

У самых сильных (но не самых "умных") роботов привод гидравлический. С помощью перекачиваемой жидкости они могут поднимать и перемещать большие грузы при сравнительно небольших собственных размерах.

Конечно, самый лучший робот - и быстрый, и сильный, не слишком дорогой и не очень громоздкий. Конструкторы для этого пытаются комбинировать различные виды привода.

Транспортный робот 'Ротор-1'

Различаются роботы по количеству степеней подвижности (выполняемых элементарных движений). В зависимости от назначения роботы бывают большие и маленькие. В различных производствах необходимо перемещать детали разного веса, от долей грамма при изготовлении электронных микросхем до граммов в часовом производстве и до сотен килограммов, например, в судостроении.

Для того чтобы простейшим вариантом конструкции роботов можно было обеспечить решение всех задач, которые ставятся перед ними, их начали конструировать в виде наборов модулей, как детские конструкторы, позволяющие из набора типовых деталей собирать самые различные устройства. Модульные роботы удобны при массовом производстве - их изготовление проще автоматизировать, а также при эксплуатации - их проще ремонтировать, да и запасные комплекты для ремонта получаются небольшие. Устройство управления - электронный мозг робота также конструируется в виде набора модулей, основой которого является микро-ЭВМ.

Роботы начали заменять человека в первую очередь во вредных, опасных условиях, освобождать его от монотонной, утомляющей работы. Они выполняют задания ученых в космосе и на других планетах, под водой и под землей, успешно справляются с раскаленными стальными заготовками в современной кузнице, выполняют различные химические покрытия изделий, работают на штамповке, прессовании изделий из пластмассы и металлических порошков и т. д.

Наибольший эффект в производстве дает комплексное применение автоматических станков, роботов и вычислительной техники. В отличие от автоматических производств, создаваемых для массовой продукции (жесткой автоматизации), роботизированные производства способны быстро переналаживаться для изготовления новых изделий. Как говорят, обладают гибкостью.

В гибком автоматизированном производстве очень мало людей, а в цехах, где нет людей, можно отключить освещение, там не нужна качественная вентиляция воздуха, другие комфортные условия, необходимые для человека. Робокары в темноте доставляют заготовки и необходимые материалы со склада к станкам, станочные роботы устанавливают заготовки и снимают готовые детали после обработки, станки выполняют все операции по программам, заложенным в память устройств управления. Роботы-контролеры проверяют качество изделий и в случае необходимости дают поправки для корректировки программ и команды на замену износившегося инструмента. После изготовления заданной партии деталей по команде от электронного диспетчера в память устройств управления станков и роботов автоматически записываются новые программы, робокары доставляют к станкам уже другие заготовки, из которых теперь изготавливаются новые детали. Из деталей роботы-сборщики собирают узлы и изделия, которые поступают на склад готовой продукции. В случае поломки станка или робота ЭВМ вырабатывает соответствующую программу действий, по которой либо обеспечивается замена неисправного модуля с помощью робота-ремонтника, либо неисправный станок отключается до утра, а неисправное оборудование исключается из рабочего процесса.

В нашей стране массовое внедрение промышленных роботов началось в 10-й пятилетке и к ее окончанию работало уже несколько тысяч роботов. На конец 11-й пятилетки их стало в 10 раз больше. Уже начали работать первые гибкие автоматические участки, вводятся первые цехи, разрабатываются проекты автоматических заводов, которые должны начать изготавливать продукцию в 12-й пятилетке. А это значит, что сегодняшние старшеклассники после окончания техникумов и вузов придут работать на эти заводы.

Специальность инженера-проектировщика промышленных роботов требует знаний из различных областей науки и техники. При создании механической части конструкции необходимы знания теоретической механики, точного машиностроения, электротехники, гидравлики и пневматики. Проектируя системы очувствления (сенсорные устройства), инженер должен хорошо разбираться в электрических измерениях, акустике, оптике, радиотехнике, бионике и др.

Создание устройства управления требует хороших знаний из области автоматического регулирования, электронно-вычислительной техники и программирования.

Инженеру по робототехнике необходимо знать разные технологические процессы, подлежащие роботизации, хорошо ориентироваться в вопросах организации автоматического производства, знать инструментальное хозяйство, контрольно-измерительную технику. Он также должен владеть методами обеспечения высокой надежности устройств, ремонтопригодности и других эксплуатационных требований, которые предъявляются к технике безлюдного производства. Настоящий специалист в любой области техники, а в робототехнике особенно, должен уметь изготавливать макеты устройств своими руками и проводить их испытания.

В коллективе разработчиков роботов большую роль играют специалисты со среднетехническим образованием, которым поручаются ответственные задания по макетированию устройств, проведению их испытаний, а также оформление под руководством инженера различных графических и текстовых документов - схем и чертежей, описаний, инструкций и т. д.

Процесс проектирования промышленного робота начинается с изучения процесса производства, для которого он предназначен. Далее разрабатывается несколько вариантов решения задачи, проводятся предварительные расчеты, изготовление и испытания макетов важнейших узлов и схем. После того как вариант одобрен, начинается этап изготовления опытного образца, включающий разработку конструкторской документации - схем, чертежей, технических условий, инструкций по настройке, ведению технологического процесса, по изготовлению и наладке. Изготовленный образец подвергается всесторонним испытаниям, выявляются и устраняются его недостатки. Совершенствование робота продолжается и после внедрения его в эксплуатацию - улучшаются его характеристики, ведется работа по повышению его надежности, снижению стоимости, повышению технологичности.

Ребята из СПТУ монтируют робота

Рабочие, обслуживающие автоматическое производство, регулярно проверяют состояние роботов и другого автоматического оборудования, проводят профилактический ремонт и наладку, следят за тем, чтобы производство своевременно обеспечивалось необходимыми материалами, инструментом, а при необходимости изготавливают дополнительные приспособления.

С помощью промышленных роботов и вычислительной техники можно добиться существенного увеличения производства необходимых товаров и машин за счет повышения интенсивности работы станков, увеличения их "рабочего дня", при этом продолжительность рабочего дня человека будет сокращаться. Больше возможностей будет у людей для творчества и в производстве, и в науке, и в искусстве.

Специалистов по робототехнике готовят некоторые средние профтехучилища, техникумы и многие технические вузы Москвы, Ленинграда и других городов нашей страны.

В профессионально-технических училищах обучают специальностям наладчиков станков и роботов-манипуляторов с часовым программным управлением, операторов вычислительных машин, электромехаников по ремонту и обслуживанию вычислительной техники.

В техникумах ведется подготовка по специальностям "Эксплуатация и наладка станков с программным управлением", "Эксплуатация автоматических устройств", "Точное машиностроение", "Гибкие автоматизированные производства".

В высших учебных заведениях имеются следующие специальности, непосредственно относящиеся к роботостроению: "Автоматические манипуляторы и роботизированные технологические комплексы", "Автоматизированные системы управления", "Робототехнические системы".