Промышленные роботы повсюду вокруг нас: они производят товары, которые мы потребляем, и транспортные средства, на которых мы ездим. Многие считают эти технологии упрощёнными. В конце концов, хотя они и обладают уникальной способностью производить продукцию быстро и качественно, диапазон их движений ограничен. Так сколько же на самом деле требуется для программирования промышленного робота?

Правда в том, что, хотя промышленная робототехника, безусловно, различается по уровню сложности, даже простейшее применение промышленного робота далеко от функциональности «подключи и работай». Другими словами, роботизированная рука, требующая ограниченного перемещения по осям X, Y и Z для ежедневного выполнения своих задач, требует больше, чем просто нескольких строк кода. По мере того, как промышленная робототехника становится всё более совершенной, а традиционные фабрики преобразуются в «умные», объём работы и знаний, необходимых для обучения этих искусственных производителей, будет пропорционально возрастать. Давайте рассмотрим несколько способов программирования современных роботов.

Подвеска для обучения

Термин «робот» может вызывать множество различных образов. Хотя широкая публика может сравнивать робота с чем-то, что видела в кино или по телевизору, в большинстве отраслей робот представляет собой роботизированную руку, запрограммированную на выполнение задач различной сложности с приемлемым уровнем качества.

Иногда в процессе производства можно выявить факторы эффективности, и тогда необходимо внести небольшие изменения в движения робота. Остановка производства для перепрограммирования оборудования была бы дорогостоящим и непрактичным мероприятием; общепринятое мнение предполагает, что каждое изменение этих движений должно быть тщательно запрограммировано в компьютере, строка за строкой; но это крайне далеко от истины.

Обучающий блок, или чаще называемый обучающим подвесом или обучающим пистолетом, представляет собой прочное промышленное портативное устройство, которое позволяет оператору управлять роботом в режиме реального времени, вводить логические команды и записывать информацию в компьютер робота.

Промышленные роботы, как правило, работают на скоростях, которые бросают вызов человеческому глазу, но оператор, использующий обучающий пульт, может замедлить оборудование, чтобы иметь возможность спланировать движения робота с учетом изменения процедуры. Этот процесс может показаться простым любому, кто когда-либо использовал контроллер для видеоигр, но это гораздо больше, чем просто знать, как вводить входные данные. Оператор, например, должен иметь возможность визуализировать наиболее эффективный путь, который выберет робот, чтобы движения были строго ограничены необходимыми. Ненужные движения или увеличение времени, каким бы незначительным они ни казались, могут иметь резонансный эффект на производительности производственной линии. Экстраполируя со временем, неэффективный путь, спланированный для робота, может привести к значительным финансовым потерям для производителя.

Конечно, необходимо учитывать и скорость каждого движения, чтобы робот мог выполнять движения суставов как можно чаще. Такие движения более эффективны с точки зрения движения, если программист обладает достаточным опытом для их реализации. Действительно, этот тип программирования может показаться простым для наблюдателя, но на самом деле его освоение может занять годы. Пульты Teach существуют уже много лет и продолжают оставаться неотъемлемой частью мира робототехнического программирования.

Оффлайн симуляции

Один из самых больших рисков при программировании промышленного робота в заводских условиях — это возникающий простой. Программисту необходимо взаимодействовать с машиной, вносить изменения в код и тестировать работу оборудования в условиях производства, прежде чем возобновить работу. К счастью, программное обеспечение для автономного моделирования позволяет аппроксимировать любые изменения кода, которые оператор планирует внести, а ошибки можно исправить до внедрения обновления программы, и всё это без остановки производства. Автономное моделирование не имеет финансовых потерь и не представляет опасности для оператора, поскольку моделирование можно проводить на компьютере, находящемся вне заводского цеха.

Существует множество различных типов программ, предлагающих возможности автономного моделирования, но принцип один и тот же: создание виртуальной среды, репрезентативной для производственного процесса, и программирование движений с использованием сложной трехмерной модели.

Следует отметить, что ни одна программа не является однозначно лучшей, чем любая другая, но одна из них может быть предпочтительнее в зависимости от сложности приложения. Привлекательность этого типа программирования заключается в том, что он позволяет программисту не только программировать движения робота, но и реализовывать и просматривать результаты обнаружения столкновений и опасных ситуаций, а также регистрировать время циклов.

Поскольку программа создается независимо от устройства на внешнем компьютере (а не вручную, как в случае обучения с помощью подвесных пультов), она позволяет производителям извлекать выгоду из мелкосерийного производства за счет возможности быстро автоматизировать процесс, не нарушая обычные операции.

Хотя обучение программированию пульта управления предлагает очень тонкий подход к настройке робототехники на заводе, возможно, есть еще больше преимуществ в возможности запускать обновления программы в тестовой среде перед обновлением кода на физическом оборудовании.

Программирование путем демонстрации

Этот метод в целом аналогичен процессу с использованием пульта управления. Например, как и в случае с пультом управления, оператор может «показать» роботу с высокой точностью серию новых движений и сохранить эту информацию в его компьютере. Однако есть несколько преимуществ, которые создают некоторые различия между ними. Например, пульт управления — это сложное портативное устройство, содержащее множество различных элементов управления и функций. Программирование с помощью демонстрации обычно требует, чтобы оператор управлял роботизированной рукой с помощью джойстика (а не клавиатуры). Это значительно упрощает и ускоряет процесс программирования — два фактора, которые сокращают время простоя.

Этот тип роботизированного программирования также требует от оператора меньше времени для овладения им, поскольку сама задача программируется практически так же, как ее выполнил бы оператор-человек.

Будущее робототехнического программирования

Все эти методы программирования имеют своё место в мире промышленной робототехники, но ни один из них не идеален. Разработка и внедрение каждого из них, по-своему, могут затруднить производство и увеличить затраты производителя. Обучение робота выполнению задачи потребует времени. Во многих случаях навыки оператора или техника могут существенно различаться в зависимости от области применения.

Однако представьте, что промышленному роботу достаточно было бы лишь «видеть» выполнение задачи, чтобы безупречно выполнять её снова и снова. Стоимость и время, связанные с программированием промышленных роботов, значительно сократились бы.

Если это кажется слишком хорошим, чтобы быть правдой, возможно, стоит присмотреться к робототехнике повнимательнее: проектировщики промышленных роботов уже задумываются о подобном типе обучения роботов. Теоретическая основа этой технологии убедительна: оператор показывает роботу, как выполнять конкретную задачу, и робот анализирует эту информацию, чтобы определить наиболее эффективную последовательность движений, необходимых для её повторения. По мере того, как робот осваивает задачу, у него появляется возможность находить новые способы её улучшения.

Программирование более сложных роботов

По мере того, как всё больше заводов переходят на интеллектуальные технологии и устанавливается всё больше автономного оборудования, задачи, возлагаемые на роботов, будут становиться всё сложнее. При этом методы, которые мы используем для программирования этих роботов, будут вынуждены эволюционировать. Хотя современные методы программирования весьма эффективны, нет никаких сомнений в том, что искусственный интеллект будет играть важную роль в обучении роботов.