Групповая робототехника — это современный подход к объединению и координации работы нескольких относительно простых роботов, которая обеспечивает более высокий эффект, чем применение одного многофункционального устройства.  В рамках этого направления ученые работают над созданием робототехнических систем, которые децентрализованно взаимодействуют друг с другом и окружающим миром. Основной проблемой в решении этой задачи считается создание компактного и мощного аппарата организации связи и т.п. Рассмотрим аспекты применения групповой робототехники в масштабе действующего производства.

 

Глеб Миклашевский, 
эксперт по подготовке производства металлических конструкций

 

 

С развитием техники и искусственного интеллекта (ИИ) все чаще можно услышать опасения захвата жизненного пространства людей машинами и механизмами. В их основе лежат в том числе популярные сегодня направления развития робототехники. С одной стороны, люди хотят иметь «умных» роботов, производящих себе подобных, но при этом боятся, что эти роботы станут слишком самостоятельными и смогут обходиться без людей со всеми вытекающими из этого последствиями.

 

При повсеместном засилье роботов, создаваемых в рамках национальных проектов по обеспечению технологического лидерства «Россия-2030», нет необходимости установки на современных предприятиях самодостаточных роботизированных или кибернетических единиц, способных принимать самостоятельные решения. Основные функции роботов в производстве металлических конструкций и металлообрабатывающей промышленности можно условно разделить на:
• коллаборативную — локальное перемещение заготовок в пределах своей рабочей зоны;
• транспортную — перемещение заготовок из точки А в точку Б по выделенным линиям;
• специальную — работа с навесным оборудованием для технологий сварки, термической резки, нанесения ЛКП и прочих.

 

 

Функции роботов на производстве

 

Коллаборативными роботами на предприятиях чаще всего называются различного рода помощники, работающие непосредственно с человеком и не исполняющие рабочую функцию напрямую. Как правило, коллаборативные роботы жестко запрограммированы на исполнение одной или нескольких последовательных операций внутри замкнутого цикла.

 

Основным условием безопасной и эффективной работы коллаборативных роботов является строгая координатная зависимость:
• органов и оснастки робота — для манипулирования объектами;
• местоположения изделий, подлежащих обработке;
• траектории движения робота, представляющей из себя завершенный цикл исполнения задачи.

 

Транспортировочные роботы представляют из себя автоматизированные устройства для перемещения заготовок по выделенной линии. В отличии от «адресной подачи» по рельсовой направляющей, например внутри цеха по изготовлению ЖБИ, автоматизированные транспортные тележки перемещаются в цехе по принципу бытовых роботов-­пылесосов.

 

При этом для нормальной работы транспортных роботов необходимы:
• организация транспортных коридоров на производстве;
• содержание свободных проездов к местам загрузки и выгрузки полуфабрикатов;
• лимитированные по времени погрузочно-­разгрузочные работы.

 

На производстве, где применяются транспортные роботы, как правило, реализованы два типа режимов работы:
1. Отправка по готовности — когда робот стоит на посту разгрузки до тех пор, пока его не направят по маршруту вручную.
2. Отправка по времени — предназначена для конвейерного производства, где время на проведение операций по циклу производства строго регламентировано и контролируется.

 

Стоит отметить, что в России некоторые конвейеры отказались от регламента по времени в пользу «человечности» потоковой линии. Заключение начальника производства одного из предприятий по сборке машин хозяйственного назначения: «Когда мы отказались от звуковой сигнализации при движении конвейера, то ребята в цехе стали меньше нервничать. А производительность нашего конвейера больше зависит от снабжения и логистики, чем от скорости сборки».

 

Специальные функции роботов тесно связаны с использованием навесного оборудования для выполнения операций прикладного характера. Наиболее распространенными из них можно считать различные типы сварки, газокислородную резку, дробеструйную очистку и нанесение лакокрасочных покрытий (ЛКП). Для исполнения перечисленных операций в части координатного позиционирования к роботам предъявляются разные требования, исходя из особенностей совершаемой операции.

 

 

Текущие задачи на производстве и подходы к их решению

 

 

Как известно, эффективным производством называется совокупность технологических переделов, выстроенных в единую линию с понятными и определенными параметрами «входа» и «выхода» как самого технологического передела, так и полуфабриката изделия. К основным вопросам, которые часто обсуждаются экспертами специализированных и профессиональных сообществ в области робототехники, относятся:
• определение робота в пространстве;
• перемещение по сложным и меняющимся траекториям движения;
• определение роботами предметов по качественным характеристикам и т. д.

 

Централизованный подход к управлению предполагает совершенствование системы, которой доступна информация о состоянии всех роботов группы в окружающей производственной среде. В этом случае определение и самоидентификация робота в пространстве сопряжены с необходимостью установки в корпус системы видеонаблюдения, компаса, доступа к нейронной сети и собственного аналитического аппарата для окончательной верификации объекта и действий по семантическим критериям в соответствии с поставленной задачей.

 

Такой решение видится:
• тяжелым — в связи с большой массой смонтированного вовнутрь дополнительного оборудования;
• медленным — из-за объема поступающей информации и необходимости ее обработки;
• требовательным к внешним условиям эксплуатации, в том числе к загрязнению воздуха на производстве от сварочных и плазменных аэрозолей и т. п.

 

Для перемещения робота по сложным траекториям в силу отсутствия на большинстве заводов стационарных или специально выделенных маршрутов также практикуют установку оборудования для обработки данных и преодоления естественных препятствий. Это порождает массу других несоответствий по условиям, в значительной степени понижающих степень применяемости роботов в условиях действующего производства. То есть основной сложностью, связанной с определением предметов по качественным характеристикам, является, суммарно: верификация объектов поставленной задачи и критериев достижения целей операции. На сегодняшний день учеными получены определенные успехи в этом направлении, но, как и прежде, эти лабораторные достижения не имеют значительной практической ценности для действующей номенклатуры потребностей современных предприятий металлообрабатывающей отрасли.

 

Решение глобальных задач в области роботизации, связанных с определением местоположения робота, маршрутов его перемещения и так далее, имеет значение только в условиях часто меняющихся исходных данных. В условиях же стационарной внешней среды дополнительные устройства и навесное оборудование, необходимое роботу для нормального функционирования, а также мощный ИИ не имеют ­какой-либо значительной практической ценности. Специалисты по интеграции роботов, как правило, заняты прикладными вопросами, связанными с подключением и проверкой технических параметров на соответствие роботов паспортным характеристикам. При этом обеспечение стационарности исходных данных и условий работы автоматизированного помощника со стороны конечного потребителя остается без внимания.

 

Другими словами, для организации эффективной работы по заданной траектории движения робота необходимо привести внешние условия с огромным количеством неизвестных и переменных к общему знаменателю «стационарного состояния», т. е. определенного положения заготовок в локальной системе координат и управляемого развития отклонений.

 

Такое стационарное определение системы координат оснастки в процессе изготовления, например, крупногабаритной продукции повышает скорость определения координаты изделия с помощью лазерного сканирования по опорным точкам оснастки. Такая система является более гибкой в применении, надежной и легко масштабируемой.

 

Существует также комбинированный подход к управлению роботизированными системами.

 

 

Двухкоординатное позиционирование

 

 

Этот способ автоматического размещения роботов на отметке начала координат применяется в случаях, когда точные положения роботизированной головки не имеют принципиального значения. К автоматизированным работам с применением двухкоординатного позиционирования относятся:
• нанесение ЛКП (струйное, порошковое);
• дробеструйная очистка деталей;
• термическая правка металла.

 

Например, в случае с автоматической линией по нанесению ЛКП объект окрашивания располагается строго посередине окрасочной камеры. Поскольку местоположение изделия в точности известно роботу, а заложенная в нем программа определяет место начала и место завершения цикла, робот приступает к выполнению задачи без предварительного осмотра детали с помощью машинного зрения.

 

В случае с автоматической дробеструйной обработкой ситуация, схожая с автоматической линией по нанесению ЛКП. Как правило, деталь размещают в определенном месте в камере, и программа для робота пишется исходя из этого положения. При этом учитывается траектория движения, повторяющая геометрию изделия и количество циклов обработки, т. е. интенсивность очистки.

 

Термическая правка имеет в основе стационарное положение детали в зоне действия робота, функция которого сводится к перемещению горелки из точки А в точку Б с параметрами В по траектории «Д», обеспечивая необходимый прогрев детали для исправления ее геометрии.

 

В этой работе необходимо помнить, что если температура (t °C) известна, то необходимое время на обработку определяется строго эмпирически.

 

Во всех трех приведенных случаях есть две общие черты:
• четко определенное положение заготовки в одном и том же месте (например, посередине);
• невысокие требования к взаимному расположению изделия и инструмента (необходимая точность не выше 10÷20 мм).

 

 

Тайна третьей координаты

 

 

Точность позиционирования робота, как правило, определяется паспортными характеристиками установленных в него сервоприводов и качеством соответствующей программы, определяющей траекторию его движения. 

 

Как правило, при отсутствии специализированной оснастки для надежной фиксации заготовок по заданным характеристикам, с определением начальной координаты полуфабриката возникают непреодолимые сложности, негативно влияющие на производительность конвейера и качество изделий.

 

Для работы с такими задачами, как сварка и термическая резка, требуется внимательнее подходить к вопросу начального позиционирования заготовки. Это связано с повышенными требованиями самих рабочих процессов к отклонениям по расстоянию между роботом и деталью.
Самой капризной в этом смысле является лазерная резка и лазерная сварка. Это связано с высокими требованиями к фокусному расстоянию. На втором месте — плазменная резка с допустимыми отклонениями от номинала в пределах Δ = 0,5÷1,0 мм. Далее по убыванию необходимой точности — полуавтоматическая сварка и газокислородная резка металла с возможными отклонениями Δ = 10÷15 мм и Δ =10 мм соответственно.

 

Таким образом, для нормального функционирования роботов на конвейерной или поточной линии необходимо научиться находить и совмещать в единое целое две компоненты:
• координатную сетку роботизированной единицы;
• систему координат изделия и оснастки.

 

Для решения этой задачи есть множество способов, но основных два:
• с помощью машинного зрения, т. е. локальные измерения заготовки непосредственно перед обработкой;
• с использованием позиционирования по обобщенной системе координатной сети робота и детали.

 

Объединение двух независимых систем координат в масштабе единой STP-модели изделия позволит избежать ошибок, связанных с недостатками машинного обучения, зрения, слежения и т. д. По сути, на стыке траектории движения роботов и изученного положения заготовки открываются заметные перспективы для роботизации в России.
Безусловно, еще остается много вопросов, связанных с позиционированием изделия на оснастке и изготовлением оснастки для конвейеров. При этом использование двухкомпонентной системы координат, несомненно, повысит востребованность роботов на современных пред-
приятиях.

 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2025