Российские ученые представили передовые алгоритмы и прототип роботизированной системы, которые способны увеличить скорость и эффективность производственных процессов. Новый подход позволяет манипуляторам адаптироваться к изменяющимся условиям без трудоемкой перенастройки, снижая временные затраты на сборку до рекордных уровней. Это открывает путь к созданию безлюдных производств будущего, где технологии сами управляют процессами с максимальной точностью и минимальными затратами. Технологию еще предстоит отработать в реальном производстве, однако уже можно сказать, что она будет востребована в машиностроении, приборостроении, работе с композитами и других передовых отраслях промышленности, рассказали «Известиям» специалисты.
Роботизированный комплекс с «гибким» управлением
Исследователи Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Научно-технологического университета «Сириус» при поддержке Российского научного фонда создали комплекс алгоритмов и прототип роботизированной системы, которая позволяет промышленным манипуляторам точнее взаимодействовать с деталями, адаптироваться к изменениям на производстве и выполнять операции автоматической сборки с минимальной перенастройкой оборудования. Разработанные решения могут стать важным шагом на пути к созданию гибких безлюдных производств, в которых роботы способны самостоятельно адаптироваться к изменяющимся условиям, рассказали ученые.
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Сергей Лантюхов
Одной из ключевых проблем современной промышленной робототехники называют недостаточную гибкость автоматизированных систем. Большинство роботов эффективно работают только в строго структурированной среде, где положение деталей заранее известно и практически не меняется. Даже небольшие отклонения в геометрии изделий или их расположении часто требуют перепрограммирования оборудования, использования специальных приспособлений или участия человека. Особенно актуальна эта проблема для резьбовой сборки (когда детали вкручиваются или ввинчиваются друг в друга благодаря совпадению резьбы), на которые приходится более четверти всех промышленных сборочных процессов.
— Сегодня сборочные операции чаще всего решаются с помощью специальных рабочих инструментов, которые создаются под конкретную задачу. При изменении технологического процесса такие системы требуют переналадки или полной замены оборудования, что приводит к простоям и дополнительным затратам. Наша глобальная цель — создание гибких производств, где робот сможет адаптироваться к новым условиям без серьезной модификации аппаратной части и программ управления, — рассказал руководитель проекта, доцент направления «Математическая робототехника и искусственный интеллект» Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Университета «Сириус» Данил Кульминский.
Доцент направления «Математическая робототехника и искусственный интеллект» Данил Кульминский / Фото: Медиадом «Сириус»/Алена Енченко
Ученые разработали новые методы калибровки промышленных манипуляторов, которые значительно повышают точность позиционирования без изменения конструкции роботов. Также были созданы алгоритмы для преобразования моделей движения и инструменты, которые обеспечивают высокую устойчивость идентификации параметров и совместимость с промышленными стандартами. Особое внимание специалисты уделили взаимодействию робота с различными объектами: разработали математическую модель контакта с упругими телами и алгоритмы, позволяющие контролировать силу давления.
Практическим итогом проекта стал прототип роботизированного комплекса для автоматизации резьбовой сборки. Система объединяет промышленный манипулятор, камеру технического зрения и силомоментный датчик (высокоточный сенсор, который измеряет приложенные силы и крутящие моменты). Всё это в комплексе позволяет роботу самостоятельно определять положение деталей, контролировать процесс контакта и корректировать свои действия в режиме реального времени.
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Сергей Лантюхов
Такой подход может значительно сократить время производственных процессов.
— Если процесс занимал десять часов, то будет час. Но главная экономия не в этом. Обычно на переналадку с одного процесса на другой уходит несколько часов, а иногда и дни. Наш подход может этот этап исключить, — сказал «Известиям» Данил Кульминский.
Ускорение процессов в машиностроении
Наиболее востребована такая технология будет в машиностроении, авиастроении, судостроении, при работе с композитами и в любых сборочных операциях, где важны точность, повторяемость и контактное взаимодействие с деталями, особенно в резьбовой сборке, полировке, шлифовании и нанесении покрытий, рассказал «Известиям» эксперт НТИ по технологиям Леонид Дробышевич.
— Если система действительно умеет быстро подстраиваться под смещения деталей, изменения геометрии и мелкие технологические отклонения, это заметно снижает простои, упрощает переналадку и делает автоматизацию гораздо ближе к реальному производству, а не к лабораторному стенду, — отметил специалист.
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Эдуард Корниенко
Мировая промышленная робототехника уходит от «жестких» роботизированных линий, запрограммированных под одну операцию, к гибким ячейкам, которые умеют работать с разбросом положений, геометрии и условий контакта, рассказал заместитель декана факультета систем управления и робототехники ИТМО Алексей Ведяков.
— В разработке «Сириуса» важен именно комплексный подход: калибровка манипулятора, техническое зрение, силомоментная обратная связь и алгоритмы управления объединяются в систему, которая потенциально позволяет роботу не просто повторять траекторию, а адаптироваться к реальной производственной ситуации, — рассказал эксперт.
Кроме того, технологии, снижающие стоимость переналадки и повышающие автономность существующих промышленных роботов, могут дать заметный эффект даже без полной замены оборудования, отметил Алексей Ведяков.
Фото: РИА Новости/Виталий Невар
— Что касается скорости, здесь эффект будет выражаться не только в том, что робот начнет быстрее двигаться, а прежде всего в сокращении времени перенастройки, снижении брака и уменьшении простоев. В реальных сборочных процессах именно эти факторы часто ограничивают производительность, — рассказал эксперт.
Разработчикам еще предстоит преодолеть ряд трудностей, сказал Алексей Ведяков. Главные вызовы — доведение прототипа до промышленной надежности, интеграция с существующими линиями и накопление статистики на разных типах деталей. Но уже сейчас можно сказать, что логика разработки полностью соответствует мировому тренду и выглядит своевременной.
Мария Недюк
Фото: РИА Новости
