1.1 Зерттеудің негізі
Ғылым мен техниканың қарқынды дамуымен,интеллектуалды мүмкіндіктержетілдіруді жалғастыруда, бұл ақылды өндірісті өнеркәсіптік дамудағы басым үрдіске айналдырады. Мысалы, Қытайдың Ақпараттық индустрия министрлігі жариялаған деректер отандық ақылды өндірістің 2023 жылы 11,6%-ға айтарлықтай өсімге қол жеткізгенін көрсетеді, бұл елдің осы саладағы тұрақты күш-жігері мен технологиялық инновацияларының дәлелі. Сонымен қатар, ақылды өндіріс кәсіпорындарындағы инновациялар саны айтарлықтай өсті, бұл жоғары сапалы жабдықтар өндірісі, озық материалдар және қоршаған ортаны қорғау технологиялары сияқты салаларды қамтыды, бұл саланың өміршеңдігі мен терең өзгерісін көрсетеді. Бұл үрдіс дәстүрлі өндірістік өндіріс әдістерін төңкеріп қана қоймай, сонымен қатар өнеркәсіптік жаңғыртуды жеделдетіп, тиімділік пен сапаны арттырды. Автоматтандырылған өндіріс желілері мен өнеркәсіптік роботтар адам еңбегін алмастырады.
Прогрессиямен біргеақылды өндіріс дәуіріӨнеркәсіптік роботтардың жоғары автоматтандырылған және интеллектуалды технологиялық мүмкіндіктері өндірістік индустрияның жоғары дәлдікке, пайдаланудың қарапайымдылығына және өндірістік процестердегі икемділікке деген өсіп келе жатқан талаптарына толық сәйкес келеді. Бұл олардың өндірістегі маңыздылығын арттырып, оларды өнеркәсіптік трансформация мен жаңғыртудың негізгі күшіне айналдырды. Бірлескен роботтар - машинааралық және адам-робот ынтымақтастығын жүзеге асыра алатын өнеркәсіптік құрылғылар - автономды мінез-құлқы мен бірлескен мүмкіндіктеріне байланысты робототехниканы зерттеуде негізгі бағытқа айналды, бұл оларды болашақ өнеркәсіптік робототехникада басым рөл атқаруға мүмкіндік береді. Бірлескен робот технологиясында серво қозғалтқыштың өнімділік көрсеткіштері - соның ішінде момент жылдамдығы, момент дәлдігі, позициялау дәлдігі, қуат тұтыну және температура тұрақтылығы - роботтың қозғалыс тиімділігін, тұрақтылығын және дәлдігін тікелей анықтайды. Роботтардың қуат өзегі ретінде серво жүйелердің өнімділігі қозғалыс дәлдігі мен сенімділігіне айтарлықтай әсер етеді. Атап айтқанда, бірлескен серво қозғалтқыштар позициялау дәлдігіне жетуде маңызды рөл атқарады. Тамаша бірлескен серво қозғалтқыш күрделі тапсырмалар кезінде дәл позициялауды және тұрақты қозғалысты қамтамасыз етеді, осылайша операциялық тиімділікті арттырады және қателіктерді азайтады.
«Робот өнеркәсібін дамытудың 14-ші бесжылдық жоспарында» интеллектуалды интеграцияланған роботтық қосылыстар бойынша зерттеулерді алға жылжытуға баса назар аударылады, мұндай қосылыстар әсіресе бірлескен роботтар үшін өте қолайлы. Олардың жоғары интеграцияланған дизайн тұжырымдамасы негізгі жетектерді, сенсорларды және драйверлерді тікелей қосылыстың өзіне енгізеді, бұл әрбір қосылысты жеке басқару блогына айналдырады. Ішкі құрылым мен орналасуды оңтайландыру арқылы таратылған басқару архитектурасы әртүрлі жүйе деңгейлері арасындағы кабельдер санын айтарлықтай азайтады, осылайша техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтады және жалпы сенімділікті арттырады. Модульдік дизайн сонымен қатар қосылыстарды ауыстыруды және техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді, бірлескен роботтардың нарықтағы бәсекеге қабілеттілігін айтарлықтай арттырады.
Theбірлескен роботтар тұжырымдамасыалғаш рет 1996 жылы енгізілді, оның дизайн философиясы дәстүрлі робототехниканы төңкеріске ұшыратып, өндіріс желілерінде роботтар мен адамдар арасындағы үйлесімді операцияларды қамтамасыз етті. Бұл бірлескен тәсіл роботтардың тиімділігі мен дәлдігін ғана емес, сонымен қатар адамның интеллекті мен икемділігін біріктіреді, операциялық тиімділік пен икемділікті арттырады. Дәстүрлі өнеркәсіптік роботтармен салыстырғанда, бірлескен роботтар робототехника саласында маңызды кіші санат ретінде өзін көрсете отырып, ерекше сипаттамаларға ие. Олардың физикалық құрылымдары да, басқару жүйелері де айтарлықтай өзгерістерге ұшырады. 1-суретте көрсетілген роботтық қол конфигурациялары сияқты дәстүрлі өнеркәсіптік роботтар негізінен паллеттеу, материалды өңдеу, дәнекерлеу және лазерлік кесу қолданбаларында қолданылады. Бұл роботтар жоғары қаттылыққа, құрылымдық тұрақтылыққа және күшті жүк көтеру қабілетіне ие болғанымен, оларда шектеулер де бар: салыстырмалы түрде үлкен өлшемдер мен масса, айтарлықтай қозғалыс инерциясы, икемділігі төмен көлемді конструкциялар және жоғары ептілікпен құрастыру тапсырмаларын орындай алмау. Сонымен қатар, олардың айтарлықтай инерциялық импульсі мен жоғары жылдамдықты қозғалыстары жұмыс радиусындағы персонал үшін айтарлықтай қауіпсіздік қауіптерін тудырады, бұл жабық жабық аумақтарда жұмыс істеуді қажет етеді.
1-сурет Дәстүрлі өнеркәсіптік роботтық қолдар және бірлескен роботтар
Бірлескен роботтар адамдармен бір уақытта ортақ кеңістіктерде жұмыс істеуге мүмкіндік береді және бірлескен аймақтарда жақын қашықтықтағы өзара әрекеттесуді жеңілдетеді. Дәстүрлі роботтық қолдармен салыстырғанда, бірлескен роботтар әдетте соңғы эффекторында ең көбі 20 кг жүктеме көтереді, ал жұмыс ауқымы адам қолының жететін қашықтығымен салыстыруға болады. Олардың құрылымы күрделі беріліс механизмдері бар дәстүрлі өнеркәсіптік роботтық қолдарға қарағанда қарапайым, сонымен қатар сезімтал күш кері байланысын, жеңіл икемділікті және берік қабылдау мүмкіндіктерін ұсынады. Бұл мүмкіндіктер оларға адамдармен өзара әрекеттесу кезінде күшті динамикалық түрде реттеуге мүмкіндік береді, бұл зорлық-зомбылықтың алдын алады. Демек, бірлескен роботтар дәстүрлі қауіпсіздік кедергілерін қажет етпей, тапсырмаларды орындау үшін адамдармен қауіпсіз бірлесіп жұмыс істей алады.
Бірлескен роботтар адаммен тікелей байланыс операцияларына қатысады; сондықтан адам мен роботтың бірлескен жұмысында қауіпсіздік міндетті талап болып табылады. Персоналдың жарақат алуын болдырмау үшін токты басқару, айналу моментін басқару, жанасу сенсорлары және соқтығысуды анықтау сияқты техникалық шараларды қолдана отырып, жұмыс қуатын және айналу моментін қатаң бақылау өте маңызды. Роботтардың интеллектуалды жетек басқару жүйелері қауіпсіздікті басқаруды одан әрі оңтайландыруды қажет етеді, бұл динамикалық есептеулер мен бақылаушыға негізделген модельдеу арқылы бейімделгіш тегіс басқаруды қамтамасыз етеді.
Жақында жүргізілген зерттеуде Халықаралық робототехника федерациясы (IFR) болашақ роботтарды әзірлеу негізінен қарапайымдылыққа, пайдаланудың қарапайымдылығына, икемділікке және қауіпсіз ынтымақтастыққа бағытталған үрдістерді көрсететінін атап өтті. Өнеркәсіптік роботтар автоматтандыру мен интеллекттің жоғары деңгейлеріне біртіндеп қол жеткізеді; олардың пайдаланушыға ыңғайлы дизайны операциялық кедергілерді азайтады, бұл көптеген кәсіпорындарға өндіріс тиімділігін арттыру үшін робототехника технологиясын оңай пайдалануға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, икемділік пен қауіпсіз ынтымақтастық мүмкіндіктерін қамтитын дизайндар роботтардың әртүрлі және күрделі өндірістік ортаға жақсы бейімделуіне мүмкіндік береді, адам-робот ынтымақтастығын жеңілдетеді және өнеркәсіптік өндірістің интеллектуалды және тиімді дамуын одан әрі ілгерілетеді.
2-сурет: Бірлескен роботтың жұмыс аймағы
1.2 Зерттеудің маңыздылығы
Қазіргі бірлескен робототехника нарығында жеті дәрежелі еркіндік роботтары кең жұмыс ауқымы мен икемділігі үшін танымал. Бұл роботтар артық еркіндік дәрежелерін қамтамасыз етеді, бұл өнеркәсіптік автоматтандыру мен ақылды өндіріс үшін үлкен әлеует ұсынады. Әрбір еркіндік дәрежесі роботтық қосылыс арқылы қол жеткізіледі, бұл роботтық өнімділікті анықтауда маңызды фактор болып табылады. Төрт ірі өндіруші - FANUC, ABB, Yaskawa және KUKA - әрқайсысы дәстүрлі өнеркәсіптік роботтық қолдарында әртүрлі беріліс жүйелерін пайдаланады; дегенмен, олар айналу үшін қосылыстарға қуат беру үшін негізінен конус тәрізді берілістермен, шпильді берілістермен немесе синхронды белдіктермен жұптастырылған серво қозғалтқыштарды пайдаланады. Бұл беріліс әдістері роботтық қосылыстардың өлшемін шектейді. Жоғары дәлдікке қол жеткізу мүмкін болғанымен, миниатюризациялау қиын болып қала береді. 3-суретте көрсетілгендей, дәстүрлі өнеркәсіптік роботтар қозғалтқыш серво жетектерін орналастыратын сыртқы басқару шкафтарын қажет етеді, әр қозғалтқышты шкафқа көптеген сымдар қосады, осылайша басқару жүйелерінің икемді орналастырылуын шектейді.
3-сурет. Дәстүрлі өнеркәсіптік робот және басқару корпусы
Өнеркәсіптік роботтық қолдардың дәстүрлі буын конфигурациялары енді бірлескен роботтардың талаптарын қанағаттандыра алмайтынын ескере отырып, бұл буындар дәстүрлі беріліс механизмдерінен бас тартып, жаңа дизайн философиясына бет бұрды. Бұл тәсіл контроллерді, серводрайверді және қозғалтқышты буынның ішіне біріктіру арқылы жеңіл, төмен вольтты және жоғары интеграцияланған жүйелерге қол жеткізуге бағытталған, ал негізгі электр қосылымдары да ішкі жағынан жүзеге асырылады. Сыртқы жағынан басқару интерфейстерінің аз саны ғана ашылады, бұл сыртқы сымдарды жеңілдетеді және инженерлік күрделілікті азайтады. Мұндай дизайн интеграцияланған буын деп аталады.
Бірлескен робот қосылыстарының қазіргі даму қажеттіліктері мен үрдістерін ескере отырып, жеңіл, төмен вольтты, жоғары интеграцияланған және жоғары өнімді интеграцияланған бірлескен робот қосылысын жобалау өте маңызды. Мұндай интеграцияланған қосылыс буын қозғалысы үшін қажетті барлық маңызды компоненттерді, соның ішінде жетектерді, контроллерлерді, драйверлерді және сенсорларды қамтиды және жеке модуль ретінде тәуелсіз жұмыс істей алады. Негізгі контроллерге немесе басқа модульдерге қарапайым қуат және басқару шиналары арқылы қосылған кезде, бұл жоғары үйлесімді, бірақ төмен байланысы бар дизайн бірлескен роботтардың масштабталуын айтарлықтай арттырады. Бұл интеграцияланған модульдік қосылысты пайдалану және оны тиісті өлшемдегі роботтық қолдармен және соңғы эффекторлармен жұптастыру арқылы әртүрлі талаптарға бейімделген бірлескен роботтарды оңай жинауға болады.
4-сурет Модульдік қосылыстың схемалық диаграммасы
Бірлескен роботтарға арналған интеграцияланған қосылыстарды және олардың серво басқару жүйелерін зерттеу бірлескен робототехниканы дамыту үшін маңызды маңызға ие. Бұл интеграцияланған қосылыстардың негізгі технологиялары екі негізгі компоненттен тұрады: гармоникалық редукторлар және олардың сәйкес басқару алгоритмдерімен бірге бірлескен қозғалтқышты басқару жүйелері. Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd. бірлескен роботтарға арналған бірлескен қозғалтқышты басқару жүйелерін зерттеуге бағытталған, бірлескен қозғалтқышты басқару және басқару механизмдері бойынша терең зерттеулер жүргізеді. Компания бірлескен робот қосылыстары үшін икемді және сенімді басқару мүмкіндіктерін қамтамасыз ететін, сонымен бірге өзін-өзі қабылдау, ақылды шешім қабылдау, епті орындау және дәл басқару сияқты маңызды мүмкіндіктерді қамтитын жоғары интеллектуалды интеграцияланған робот қосылыс қозғалтқыш өнімдерінің сериясын әзірлеуде, осылайша ақылды жабдықты әзірлеу талаптарын қанағаттандырады.
2 Ішкі және халықаралық деңгейдегі ағымдағы зерттеулердің жай-күйі
1956 жылы американдық физик Джо Энгельбергер мен өнертапқыш Джордж Девол Unimation атты робототехника компаниясын құрды, ол 1959 жылы әлемдегі алғашқы өнеркәсіптік робот - Unimate-ті сәтті жасап шығарды.
General Motors компаниясы алғаш рет 1961 жылы Нью-Джерсидегі зауытында өнеркәсіптік өндіріске роботтарды енгізді. 1969 жылы Жапония Unimation компаниясының роботтарын енгізді, кейінірек оның технологиясын Kawasaki Heavy Industries және Ұлыбританияда орналасқан KUKAI Corporation компанияларына Жапония мен Ұлыбританияда робот өндірісі операцияларын жүргізуге лицензиялады. Жапонияның автомобиль өнеркәсібінің дамуымен өндірістегі адам еңбегін алмастыратын роботтар саны артып, олардың практикалық құндылығын толық көрсетті. Нәтижесінде, Жапония өнеркәсіптік робототехниканы дамытуға баса назар аудара бастады. Kawasaki Heavy Industries компаниясы робот технологиясын енгізуде көшбасшы ретінде бастап, содан кейін FANUC және Yaskawa сияқты әлемге әйгілі робототехника компанияларының пайда болуымен Жапония жаһандық деңгейде озық робототехникалық технологияларды игерген елдердің біріне айналды.
1973 жылы неміс KUKA компаниясы Unimate роботын өзгертіп, электр қозғалтқышымен жұмыс істейтін алғашқы алты дәрежелі еркіндік роботы Famulus жасады. 1974 жылы шведтік жалпы электр компаниясы ASEA (ABB-нің ізашары) әлемдегі алғашқы толық электрлік роботты, микропроцессормен басқарылатын IRB 6-ны жасап шығарды, бұл роботтық интеллектті айтарлықтай жақсартты. 1978 жылы АҚШ-та орналасқан Unimation компаниясы өзінің PUMA өнеркәсіптік роботын General Motors құрастыру желілеріне кеңінен орналастырды, бұл өнеркәсіптік роботтардың практикалық және құндылығын одан әрі көрсетті және өнеркәсіптік робототехника технологиясының толық жетілгендігін белгіледі, осылайша кейінгі технологиялық жетістіктерге берік негіз қалады.
Өнеркәсіптік робототехниканың дамуының қырық жылдан астам уақытында технологиялық жетістіктер үздіксіз болды. Дегенмен, қауіпсіздік мәселелеріне байланысты роботтар әдетте белгілі бір жұмыс орындарына бекітіліп, қоршаулармен оқшауланады, бұл олардың адамдармен бір кеңістікте қатар жұмыс істеуіне кедергі келтіреді. Бұл дәстүрлі конфигурация адам-робот ынтымақтастығын шектейді, бұл шынымен тиімді бірлескен операцияларға қол жеткізуді қиындатады. Көптеген әрекеттер мен зерттеулерге қарамастан, адам-робот ынтымақтастығын қауіпсіз жүзеге асыру өнеркәсіптік робототехника саласында үлкен қиындық болып қала береді.
Тек 2005 жылға дейін ЕО қаржыландырған ірі жоба бірлескен роботтар тұжырымдамасын енгізген жоқ. Бастама ABB, KUKA, Reis, Comau және Gudel сияқты жетекші өнеркәсіптік робототехника компанияларын шағын және орта кәсіпорындар үшін арнайы жасалған қолжетімді, ықшам және икемді роботты бірлесіп әзірлеу үшін біріктірді, бұл жұмыс күшін аутсорсингке тәуелділікті азайтуға бағытталған. Бұл жоба адам-робот ынтымақтастығының әлеуетін айқын көрсетті, бірлескен роботтар тұжырымдамасының берік негізін қалады.
Алғашқы бірлескен роботтар негізінен дәстүрлі өнеркәсіптік роботтардың модификациялары мен қолданылуы болды, олардың дизайн философиясын немесе жұмыс режимдерін түбегейлі өзгертпеді. 2005 жылы құрылған сәттен бастап Universal Robots адам жұмысшыларымен бірге қауіпсіз жұмыс істей алатын бірлескен роботтарды жасауға арналған. 2009 жылы компания әлемдегі алғашқы бірлескен робот UR5-ті іске қосты, бұл осы дәуірдің басталуын белгіледі. Кейіннен Rethink қос қолды Baxter және жаңа бір қолды Sawyer роботын ұсынды, бірлескен робототехниканы біртіндеп өнеркәсіптік робототехникада танылған және қабылданған сала ретінде қалыптастырды. Бұл жетістік болашақ өнеркәсіптік автоматтандыру және интеллектуалды даму үшін жаңа түсініктер мен бағыттар берді.
5-сурет: UR5 роботы және Sawyer Baxter роботы
Қытай Ғылым академиясының Шэньян автоматтандыру институтымен байланысты Siasun Robot компаниясы алғаш рет 2015 жылдың қарашасында өткен Индустриалды көрмеде Қытайдың озық технологиялық деңгейін көрсететін жеті осьті икемді бірлескен роботты көрсетті. Содан бері Luoshi және Aobo сияқты көптеген отандық бірлескен робот модельдері біртіндеп танымал бола бастады.
Роботтық қосылыстарға келетін болсақ, бірлескен роботтық қосылыстар мен дәстүрлі ауыр жүктемелі өнеркәсіптік роботтардың қосылыстары арасындағы негізгі айырмашылық олардың «икемділігінде» жатыр. Бұл икемділік механикалық қаттылықтың төмендеуі, инерцияның төмендеуі және айналу моментін сезіну мүмкіндігі арқылы көрінеді. Қазіргі уақытта бірлескен роботтық қолдарда қолданылатын қосылыс икемділігі негізінен дәл позицияны басқару мен айналу моментін басқарудан туындайды.
6-сурет. Бірлескен роботтардағы интеграцияланған буынның типтік құрылымы
Қазіргі зерттеулерге шолу Қытайдың робототехникасының дамуы Америка Құрама Штаттары мен Жапония сияқты елдерге қарағанда кешірек басталғанын көрсетеді. Бірлескен роботтарды зерттеу әлі де қолданыстағы халықаралық өнімдерден айтарлықтай артта қалып отыр, негізгі кедергілер гармоникалық редукторлар мен бірлескен қозғалтқышты басқару жүйелерінде жатыр. Қазіргі уақытта отандық бірлескен роботтарда бірлескен басқару мүмкіндіктерін, әсіресе басқару дәлдігі мен ақылды басқару тұрғысынан жақсарту үшін айтарлықтай мүмкіндіктер бар. Сонымен қатар, жаһандық робототехниканы зерттеу үрдістері қауіпсіздік, икемділік және интеллект технологиялық прогрестің басым сипаттамалары екенін көрсетеді. Робот буындары жоғары интеграцияланған жетек-басқару жүйелеріне және жоғары интеллектке қарай дамып келеді. Бірлескен робот буындары дәстүрлі орталықтандырылған басқарудан таратылған жетек-басқару архитектураларына ауысқанымен, олар қазіргі уақытта тек қозғалтқышпен басқарылатын әрекеттерді орындайды, автономды қабылдау, ақылды шешім қабылдау және епті орындау мүмкіндіктері жоқ, бұл интеллект деңгейінің салыстырмалы түрде төмен болуына әкеледі. Интеллект-роботехника жүйелеріне сұранысты кеңейту үшін айтарлықтай әлеует сақталуда.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 22 мамыр
