О мобильных роботах: роль и перспективы промышленного и бытового применения, популярные модели

В отрасли робототехники и информатики автономные мобильные роботы (AMR) плотно заняли нишу внутрипроизводственной логистики. В любой сфере деятельности они пришли на смену устаревшему грузоподъемному и транспортировочному оборудованию. Способные функционировать без участия персонала, роботы и коботы увеличивают производительность, быстро окупая капитальные затраты на модернизацию.

• Что такое мобильные роботы: определение
• История развития мобильной робототехники с примерами
• Виды мобильных роботов: классификация
  • По среде, в которой передвигаются
  • По устройству передвижения
  • По навигации
• Сферы применения современных мобильных роботов
• Популярные мобильные роботы
  • Робот MiR250
  • Робот MiR1000
  • Робот MiR100
  • Мобильный робот OMRON LD-60/90
  • Мобильный робот OMRON LD-250

Что такое мобильные роботы: определение

Мобильный робот – это автоматический механизм, способный перемещаться в окружающем пространстве. Такая интеллектуальная техническая система, не привязанная к одной локации, выполняет заданные действия согласно интегрированной в нее базе знаний. В зависимости от программы, заложенной в блок управления, мобильный робот действует автономно или управляется удаленно оператором. Механизм передвигается по заданному алгоритму или самостоятельно определяет траекторию перемещения.

История развития мобильной робототехники с примерами

Старт развитию робототехники был дан в первой половине XX столетия, и спустя век сфера информационных технологий совершает мощный рывок.

1. 1939–1945, период Второй мировой войны: разработаны «умные» бомбы с автопилотом, ставшие прототипами крылатых ракет.
2. 1948–1949: появился первый искусственный интеллект — два автономных робомеханизма Elmer и Elsie, отличающиеся простой конструкцией и способностью проявлять сложное поведение.
3. 1961–1963: в стенах частного исследовательского университета (США) увидел свет псевдоинтеллектуальный робот «Животное». Его поведение отождествлялось с действиями одноклеточных микроорганизмов.
4. 1966–1972: успешно ведется работа по созданию Shakey the Robot — механизма с искусственным интеллектом, способного к рассуждению и самостоятельно определяющего алгоритм действия.
5. 17.11.70: начал работу на лунной поверхности первый в истории автономный исследовательский межпланетный аппарат «Луноход-1», разработанный в СССР инженером-конструктором Георгием Бабакиным.
6. 1980-е:
   • анонсирование домашних роботизированных аппаратов, разработанных для выполнения развлекательных и образовательных целей;
   • появление автомобилей с автопилотом и других подобных транспортных средств;
   • разработка многозадачных автономных роботизированных систем, управляемых речевыми командами, сигналами электроэнцефалограммы и электроокулограммы;
   • начало эпохи «самосознания» роботов BEAM
7. 1990-е:
   • началась продажа медицинских мобильных роботов, созданных при содействии Министерства обороны США;
   • лаборатория LAMI-EPFL (Франция) анонсирует исследовательский механизм для автономной работы;
   • автомобили с автопилотом выехали на дороги общего пользования;
   • на Марсе высадился марсоход Pathfinder;
   • Sony анонсирует робота-собаку Aibo, которая «видит» и взаимодействует с окружением.
8. Первое десятилетие XXI века:
   • выведена колония мини-ботов, способных взаимодействовать друг с другом по принципу жизни общественных насекомых (пчел и муравьев) и совместно решать сложные задачи;
   • появление доступных по цене бытовых роботов-пылесосов;
   • продолжается разработка и усовершенствование военных мобильных роботов, в том числе человекообразных, способных бегать, прыгать и преодолевать лестничные марши;
   • больницы оснащаются интеллектуальными системами хранения, самостоятельно перемещающимися и сортирующими медикаменты и лабораторные образцы;
   • распространение самообучающихся сервисных роботов.
9. Второе десятилетие XXI века:
   • повсеместное распространение многофункциональных беспилотников-коботов с автономной навигацией, проявляющих способность самостоятельно принимать решения;
   • появление роботизированных аппаратов для работы в экстремальных условиях, например ARGOS Challenge, запрограммированных для обслуживания морских нефтегазовых установок.
10. Ожидаются к выходу на широкий рынок:
    • роботы-квадрокоптеры AEROWORKS, контролирующие функционирование производств;
    • автоматические уборщики FLOBOT, способные работать на огромных промышленных площадях;
    • медицинские роботы-сиделки для выхаживания тяжелых больных и роботы-хирурги EurEyeCase, специализация которых — высокоточные операции на сетчатке глаза.

Виды мобильных роботов: классификация

Типизация роботехники построена на параметрах автономных устройств и их способностях взаимодействовать с окружающей средой. Мобильные роботы классифицируются по трем основным характеристикам.

По среде, в которой передвигаются

Существует 3 больших класса машин:

1. Наземные: колесные, гусеничные, шагающие. Самые интересные из них — шагающие.

   Справка. В число колесных входят планетарные — луноходы и марсоходы, беспилотные автомобили, транспортные роботы-погрузчики, гоферы и всевозможные бытовые мехатроники, например пылесосы.

2. Воздушные. Сюда относят компактные дроны и геликоптеры большой грузоподъемности, управляемые автопилотом.
3. Морские:
   • подводные — автономные батискафы, используемые в исследовательских или военных целях;
   • надводные — катера с автономным или радиоуправлением.

По устройству передвижения

Робототехнические системы разделяются по кинематике:

1. Колёсные (с разным количеством колес) и гусеничные, отличающиеся высокой проходимостью.
2. Шагающие и прыгающие, отличающиеся числом конечностей.
3. Летающие.
4. Плавающие.
5. Лазающие.
6. Зооморфные, или биомиметические.

   Справка. Бионика («биомиметика» в переводе с латинского: bios — «жизнь» и mimesis — «подражание») — процесс разработки механизмов с заимствованием концепции живой природы.

7. Специализированные — на воздушной или электромагнитной подушке, с приводами на вакуумных присосках или липучках, прочие, не входящие в число первых 6 видов.

Кроме указанных, существуют гибридные локомоционные системы, комбинирующие два или несколько способов передвижения.

По навигации

Анализ ситуации, выбор маршрута и ориентация робота в пространстве осуществляются по трем навигационным схемам:

• глобальной, при которой мехатроник движется по длинному маршруту, определяя абсолютные координаты;
• локальной — отсчет координат начинается от стартовой точки;
• персональной — позиционирование робота и его механизмов осуществляется за счет взаимодействия с близко находящимися объектами.

Важно. Системы навигации делятся на активные, когда определение местоположения рассчитывается роботом, и пассивные, подразумевающие передачу сигналов от внешних источников и маркеров.

Сферы применения современных мобильных роботов

Область использования современных ARM безгранична, наиболее перспективные отрасли:

1. Внутрипроизводственная логистика. Транспортные роботы — погрузчики и тягачи — выполняют функцию погрузки, перемещения и доставки сырья, материалов и готовой продукции на промышленных предприятиях. В медицинской сфере перед коллаборационными механизмами поставлена задача развозки пищи, сборки белья, помощи пациентам.
2. Военные цели. Мобильные роботы способны достичь труднодоступных мест, особенно при выполнении миссий, опасных для людей: разминирование, разведка в зонах обстрела, боевые операции.
3. Исследовательские работы. Мехатроники добираются в точки, недоступные для человека: берут пробы вулканической магмы, погружаются на дно глубоководных впадин, поднимаются в разреженные слои воздуха. Сюда относятся и космические кибернеты.
4. Бытовая сфера. Автоматы-помощники выполняют работы, связанные с уборкой дома и уходом за дворовой территорией; роботизированные игрушки развлекают и обучают детей; промороботы работают в сфере услуг и торговли.
5. Автомобильная отрасль. Беспилотные транспортные средства постепенно внедряются в дорожную инфраструктуру.

Постоянное усовершенствование и разработка более совершенных AMR открывают новые области их применения.

Популярные мобильные роботы

На рынке представлена продукция ведущих разработчиков коллаборативных мобильных роботов — коботов:

• Mobile Industrial Robots;
• OMRON.

В производственной сфере для решения логистических задач предлагается 5 популярных моделей.

Робот MiR250

Автономный мобильный робот нового поколения предназначен для автоматизации процессов перемещения сырья и готовой продукции внутри предприятия/организации. Кобот отвечает параметрам безопасности взаимодействия с людьми, адаптируется к сложной геометрии помещений. Дверные проемы, узкие проходы и лифты не мешают его передвижению. Постановка задач и управление осуществляются загрузкой CAD-файлов или вводом прямого программного кода через веб-интерфейс.

Маневренный AMR обладает грузоподъемностью 250 кг и комплектуется допмодулями и роботизированным манипулятором. Способен работать круглосуточно с периодической подзарядкой аккумуляторной батареи.

Робот MiR1000

Коллаборативный робот предназначен для оптимальной внутренней логистики предприятий в сфере разных отраслей промышленности и здравоохранения. Обладая высокой грузоподъемностью (до 1 тонны) и одновременно хорошей маневренностью, кобот легко интегрируется в систему ERP. Агрегат отличается способностью строить эффективный безопасный маршрут между точками отправления и доставки. Оснащен 3D-камерами, работает по технологии лазерного сканирования, различает объекты, недоступные к дифференциации другими роботами.

Робот комплектуется дополнительными модулями, значительно расширяющими его функции. Является альтернативой традиционным погрузчикам. Запускается с мобильных устройств или ноутбуков (ПК), от оператора не требуется навыков программирования. В процессе работы не требует вмешательства со стороны персонала. Способен взаимодействовать с другими роботами MiR разных типов в составе единой группы, контролируемой нативным приложением MiRFleet.

Робот MiR100

Этот кобот-буксировщик способен как перевозить груз весом до 100 кг, так и перемещать тележки общей массой не более 300 кг. Подходит для следующих работ:

• транспортировки грузов внутри помещений (складов, цехов) и между ними;
• развозки пищи и белья в медицинских стационарах.

В функции робота входят сбор и разгрузка тележек без участия человека. Буксировщик способен различать грузы по QR-меткам. Двигается автономно, ориентируясь по командам сенсоров и камер. Работает в составе парка других AMR под управлением объединяющей программы. Задача перед коботом может быть поставлена со смартфона или компьютера, связь осуществляется по каналам Wi-Fi и Bluetooth.

Мобильный робот OMRON LD-60/90

AMR OMRON LD-60/90 — инновационная альтернатива традиционным автоматическим тележкам. Отличается от устаревшего транспортировочного оборудования встроенной системой навигации и лазерными датчиками. Способен, рассчитав оптимальный путь, перемещаться в сложных условиях загруженных оборудованием цехов, включая тесные проходы, в местах с оживленным движением персонала.

Для такого полностью автономного транспорта не нужна предварительная подготовка маршрутов, такая как установка магнитов и маяков для ориентации в пространстве. Мобильный робот OMRON LD-60/90 предназначен для работы в автомобильной и пищевой промышленности, микроэлектронике и логистике, медицине и сфере потребительских товаров.

Мобильный робот OMRON LD-250

OMRON LD-250— самая мощная модель AIV-транспорта среди линейки LD. Может быть скоординирован с группой роботов численностью до 100 единиц для совместных действий. Система высокоточного позиционирования обуславливает самонавигацию устройства.

Эта модель грузоподъемностью 250 кг относится к линейке автономных интеллектуальных транспортировочных машин. Мощный робот перемещает крупные легкие и компактные тяжелые грузы, снижая число рейсов и повышая эффективность внутренних логистических процессов во многих сферах человеческой деятельности:

• автомобилестроении;
• фармацевтической отрасли;
• пищевой промышленности;
• электронике и других.

Используя для ориентации присутствующие объекты, ARM OMRON LD-250 не нуждается в модификации производственной территории.

***

Рынок мобильных роботов показывает резкий рост. Более всего мехатроники востребованы в промышленных и военных отраслях, но эксперты прогнозируют спрос на искусственный интеллект и среди массового покупателя. Роботы становятся обладателями высокой степени автономности, благодаря чему способны решать широкий круг задач.