1.1 Tədqiqat Arxa Planı
Elm və texnologiyanın sürətli inkişafı ilə yanaşı,ağıllı qabiliyyətlərtəkmilləşməyə davam edir və bu da ağıllı istehsalı sənaye inkişafında dominant bir tendensiyaya çevirir. Məsələn, Çinin İnformasiya Sənayesi Nazirliyinin açıqladığı məlumatlar göstərir ki, yerli ağıllı istehsal 2023-cü ildə 11,6% artım əldə edib ki, bu da ölkənin bu sahədə davamlı səylərinin və texnoloji yeniliklərinin sübutudur. Bundan əlavə, ağıllı istehsal müəssisələri arasında innovasiyaların sayı əhəmiyyətli dərəcədə artaraq yüksək səviyyəli avadanlıq istehsalı, qabaqcıl materiallar və ətraf mühit texnologiyaları kimi sektorları əhatə edib ki, bu da sənayenin canlılığını və dərin transformasiyasını əks etdirir. Bu tendensiya təkcə ənənəvi istehsal istehsal metodlarında inqilab etməklə yanaşı, həm səmərəliliyi, həm də keyfiyyəti artıraraq sənayenin modernləşdirilməsini sürətləndirib. Getdikcə avtomatlaşdırılmış istehsal xətləri və sənaye robotları insan əməyini əvəz edir.
İnkişafı iləağıllı istehsal dövrüSənaye robotlarının yüksək avtomatlaşdırılmış və ağıllı texnoloji xüsusiyyətləri istehsal sənayesinin istehsal proseslərində yüksək dəqiqlik, əməliyyat rahatlığı və çeviklik üçün artan tələblərinə mükəmməl uyğun gəlir. Bu, onların istehsalda əhəmiyyətini artırmış və onları sənaye transformasiyasını və təkmilləşdirilməsini hərəkətə gətirən əsas qüvvəyə çevirmişdir. Həm maşın-maşın, həm də insan-robot əməkdaşlığına nail ola bilən sənaye cihazları olan əməkdaşlıq robotları, muxtar davranışları və əməkdaşlıq imkanlarına görə robototexnika tədqiqatlarında əsas diqqət mərkəzinə çevrilmiş və onları gələcək sənaye robototexnikasında dominant rol oynamağa yönəltmişdir. Əməkdaşlıq robot texnologiyasında servo mühərrik performans metrikləri - o cümlədən fırlanma anı sürəti, fırlanma anı dəqiqliyi, yerləşdirmə dəqiqliyi, enerji istehlakı və temperatur sabitliyi - robotun hərəkət səmərəliliyini, sabitliyini və dəqiqliyini birbaşa müəyyən edir. Robotların güc nüvəsi olaraq, servo sistemlərin performansı hərəkət dəqiqliyinə və etibarlılığına kritik təsir göstərir. Xüsusilə, birgə servo mühərriklər yerləşdirmə dəqiqliyinə nail olmaqda əsas rol oynayır. Əla birgə servo mühərrik mürəkkəb tapşırıqlar zamanı dəqiq yerləşdirmə və sabit hərəkət təmin edir, bununla da əməliyyat səmərəliliyini artırır və səhvləri minimuma endirir.
“Robot Sənayesinin İnkişafı üçün 14-cü Beşillik Plan” intellektual inteqrasiya olunmuş robot birləşmələri üzərində tədqiqatların irəliləməsinə vurğu edir və bu cür birləşmələr xüsusilə əməkdaşlıq robotları üçün uyğundur. Onların yüksək inteqrasiya olunmuş dizayn konsepsiyası əsas aktuatorları, sensorları və sürücüləri birbaşa birləşmənin özünə daxil edir və hər bir birləşməni müstəqil idarəetmə blokuna çevirir. Daxili strukturu və düzülüşü optimallaşdırmaqla, paylanmış idarəetmə arxitekturası müxtəlif sistem səviyyələri arasındakı kabellərin sayını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və bununla da texniki xidmət xərclərini azaldır və ümumi etibarlılığı artırır. Modul dizayn həmçinin birləşmələrin daha asan dəyişdirilməsini və texniki xidmətini asanlaşdırır və əməkdaşlıq robotlarının bazar rəqabət qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
Theəməkdaşlıq robotları konsepsiyasıİlk dəfə 1996-cı ildə təqdim edilmiş və dizayn fəlsəfəsi istehsal xətlərində robotlar və insanlar arasında əlaqələndirilmiş əməliyyatları təmin etməklə ənənəvi robot texnikasında inqilab yaratmışdır. Bu əməkdaşlıq yanaşması yalnız robotların səmərəliliyindən və dəqiqliyindən istifadə etməklə yanaşı, həm də insan zəkasını və elastikliyini birləşdirir, əməliyyat səmərəliliyini və axıcılığını artırır. Ənənəvi sənaye robotları ilə müqayisədə əməkdaşlıq robotları fərqli xüsusiyyətlər nümayiş etdirir və robot texnikası sahəsində əhəmiyyətli bir alt kateqoriya kimi özlərini təsdiqləyir. Həm fiziki strukturları, həm də idarəetmə sistemləri əhəmiyyətli dəyişikliklərə məruz qalmışdır. Şəkil 1-də təsvir edilən robot qol konfiqurasiyaları kimi ənənəvi sənaye robotları əsasən paletləmə, material emalı, qaynaq və lazer kəsmə tətbiqlərində istifadə olunur. Bu robotlar yüksək sərtlik, struktur sabitliyi və güclü yük daşıma qabiliyyətinə malik olsalar da, onlar həmçinin məhdudiyyətlər də təqdim edirlər: nisbətən böyük ölçü və kütlə, əhəmiyyətli hərəkət ətaləti, zəif elastikliyə malik həcmli dizaynlar və yüksək çevik montaj tapşırıqlarını yerinə yetirə bilməmək. Bundan əlavə, onların əhəmiyyətli ətalət impulsu və yüksək sürətli hərəkətləri əməliyyat radiusundakı personal üçün əhəmiyyətli təhlükəsizlik riskləri yaradır və qapalı qapalı ərazilərdə işləməyi zəruri edir.
Şəkil 1 Ənənəvi sənaye robot qolları və əməkdaşlıq robotları
Əməkdaşlıq robotları ortaq məkanlarda insanlarla eyni vaxtda işləməyə imkan verir və əməkdaşlıq zonalarında yaxın məsafəli qarşılıqlı əlaqəni asanlaşdırır. Ənənəvi robot qolları ilə müqayisədə, əməkdaşlıq robotları adətən son effektorlarında maksimum 20 kq yük daşıyır və əməliyyat diapazonu insan qolunun çatdığı məsafə ilə müqayisə edilə bilər. Onların quruluşu mürəkkəb ötürmə mexanizmlərinə malik ənənəvi sənaye robot qollarından daha sadədir, eyni zamanda həssas qüvvə geribildirimi, yüngül elastiklik və güclü qavrayış imkanları təklif edir. Bu xüsusiyyətlər onlara insan qarşılıqlı təsirləri zamanı qüvvəni dinamik şəkildə tənzimləməyə imkan verir və zorakı zərərin qarşısını effektiv şəkildə alır. Nəticə etibarilə, əməkdaşlıq robotları ənənəvi təhlükəsizlik maneələrini tələb etmədən tapşırıqları yerinə yetirmək üçün insanlarla təhlükəsiz şəkildə əməkdaşlıq edə bilərlər.
Əməkdaşlıq robotları birbaşa insanla təmas əməliyyatlarında iştirak edir; buna görə də, təhlükəsizlik insan-robot əməkdaşlığında əvəzolunmaz tələbdir. Personalın xəsarət almasının qarşısını almaq üçün cərəyan nəzarəti, fırlanma momentinin idarə edilməsi, kontakt sensorları və toqquşma aşkarlanması kimi texniki tədbirlərdən istifadə edərkən əməliyyat gücünü və fırlanma momentini ciddi şəkildə idarə etmək vacibdir. Robotların ağıllı idarəetmə sistemləri həmçinin təhlükəsizlik idarəetməsi üçün əlavə optimallaşdırma tələb edir ki, bu da dinamik hesablamalar və müşahidəçi əsaslı modelləşdirmə vasitəsilə adaptiv hamar idarəetməni təmin edir.
Beynəlxalq Robototexnika Federasiyası (IFR) bu yaxınlarda apardığı bir araşdırmada gələcək robot inkişafında əsasən sadəlik, istifadə rahatlığı, çeviklik və təhlükəsiz əməkdaşlığa doğru meyllərin nümayiş etdiriləcəyini vurğuladı. Sənaye robotları getdikcə daha yüksək avtomatlaşdırma və zəka səviyyələrinə çatacaq; onların istifadəçi dostu dizaynı əməliyyat maneələrini azaldacaq və daha çox müəssisəyə istehsal səmərəliliyini artırmaq üçün robototexnika texnologiyasından asanlıqla istifadə etməyə imkan verəcək. Bununla yanaşı, çeviklik və təhlükəsiz əməkdaşlıq imkanlarına malik dizaynlar robotların müxtəlif və mürəkkəb istehsal mühitlərinə daha yaxşı uyğunlaşmasına imkan verəcək, insan-robot əməkdaşlığını asanlaşdıracaq və sənaye istehsalının ağıllı və səmərəli inkişafını daha da irəli aparacaq.
Şəkil 2: Əməkdaşlıq robotunun iş sahəsi
1.2 Tədqiqatın Əhəmiyyəti
Hazırkı əməkdaşlıq robototexnika bazarında yeddi dərəcə sərbəstlikli robotlar geniş əməliyyat diapazonu və çevikliyinə görə üstünlük təşkil edir. Bu robotlar artıq sərbəstlik dərəcələri təmin edir və sənaye avtomatlaşdırılması və ağıllı istehsal üçün daha böyük potensial təklif edir. Hər bir sərbəstlik dərəcəsi robot birləşmə vasitəsilə əldə edilir ki, bu da robot performansını təyin etməkdə mühüm amil kimi xidmət edir. Dörd əsas istehsalçı - FANUC, ABB, Yaskawa və KUKA - hər biri ənənəvi sənaye robot qollarında fərqli ötürmə sistemlərindən istifadə edir; lakin, onlar əsasən fırlanma üçün birləşmələrə güc ötürmək üçün konik dişlilər, dişlilər və ya sinxron kəmərlərlə birləşdirilmiş servo mühərriklərdən istifadə edirlər. Bu ötürmə üsulları robot birləşmələrinin ölçüsünü məhdudlaşdırır. Yüksək dəqiqliyə nail olmaq mümkün olsa da, miniatürləşdirmə çətin olaraq qalır. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, ənənəvi sənaye robotları mühərrik servo sürücülərini yerləşdirən xarici idarəetmə şkaflarını tələb edir, hər bir mühərriki şkafa birləşdirən çoxsaylı naqillər var və bununla da idarəetmə sistemlərinin çevik yerləşdirilməsini məhdudlaşdırır.
Şəkil 3 Ənənəvi sənaye robotu və idarəetmə şkafı
Sənaye robot qollarının ənənəvi birləşmə konfiqurasiyaları artıq əməkdaşlıq robotlarının tələblərini ödəyə bilmədiyi nəzərə alınmaqla, bu birləşmələr ənənəvi ötürmə mexanizmlərindən imtina edərək yeni dizayn fəlsəfəsinə üstünlük veriblər. Bu yanaşma, nəzarətçi, servo sürücü və mühərriki birləşmənin özündə birləşdirməklə yüngül, aşağı gərginlikli və yüksək inteqrasiya olunmuş sistemlərə nail olmağa yönəlib və əsas elektrik əlaqələri də daxildə həyata keçirilir. Xarici naqilləri sadələşdirən və mühəndislik mürəkkəbliyini azaldan yalnız minimal sayda idarəetmə interfeysi xaricə açıq qalır. Belə bir dizayn inteqrasiya olunmuş birləşmə adlanır.
Kooperativ robot birləşmələrində mövcud inkişaf ehtiyaclarını və tendensiyalarını nəzərə alaraq, yüngül, aşağı gərginlikli, yüksək inteqrasiya olunmuş və yüksək performanslı inteqrasiya olunmuş kooperativ robot birləşməsinin dizaynı xüsusilə vacibdir. Belə bir inteqrasiya olunmuş birləşmə birləşmə hərəkəti üçün tələb olunan bütün vacib komponentləri - aktuatorlar, kontrollerlər, sürücülər və sensorlar da daxil olmaqla - özündə birləşdirir və müstəqil olaraq müstəqil modul kimi fəaliyyət göstərə bilər. Sadə güc və idarəetmə şinləri vasitəsilə əsas kontrollerə və ya digər modullara qoşulduqda, bu yüksək dərəcədə uyğun, lakin aşağı birləşmə dizaynı kooperativ robotların miqyaslanmasını əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Bu inteqrasiya olunmuş modul birləşmədən istifadə edərək və onu müvafiq ölçülü robot qolları və son effektorlarla birləşdirərək müxtəlif tələblərə uyğunlaşdırılmış kooperativ robotlar asanlıqla yığıla bilər.
Şəkil 4 Modul birləşmənin sxematik diaqramı
Əməkdaşlıq robotları və onların servo idarəetmə sistemləri üçün inteqrasiya olunmuş birləşmələr üzərində aparılan tədqiqatlar əməkdaşlıq robototexnikasının inkişafı üçün mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Bu inteqrasiya olunmuş birləşmələrin əsas texnologiyaları iki əsas komponentdən ibarətdir: harmonik reduktorlar və müvafiq idarəetmə alqoritmləri ilə birlikdə birləşmə mühərriki idarəetmə sistemləri. Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd. tədqiqatını əməkdaşlıq robotları üçün birgə mühərrik idarəetmə sistemlərinə yönəldir, birgə mühərrik idarəetmə və idarəetmə mexanizmləri üzrə dərin tədqiqatlar aparır. Şirkət, özünüdərk, ağıllı qərar qəbuletmə, çevik icra və dəqiq idarəetmə kimi vacib xüsusiyyətləri özündə birləşdirərkən, əməkdaşlıq robot birləşmələri üçün daha çevik və etibarlı idarəetmə imkanlarını təmin edən bir sıra yüksək ağıllı inteqrasiya olunmuş robot birləşmə mühərriki məhsulları hazırlayır və bununla da ağıllı avadanlıqların inkişaf tələblərini ödəyir.
2 Yerli və beynəlxalq səviyyədə mövcud tədqiqat vəziyyəti
1956-cı ildə amerikalı fizik Co Engelberger və ixtiraçı Corc Devol Unimation adlı robototexnika şirkətini qurdular və bu şirkət 1959-cu ildə dünyanın ilk sənaye robotu olan Unimate-i uğurla inkişaf etdirdi.
General Motors ilk dəfə 1961-ci ildə Nyu-Cersidəki zavodunda sənaye istehsalında robotlar tətbiq etdi. 1969-cu ildə Yaponiya Unimation şirkətindən robotlar təqdim etdi və daha sonra texnologiyasını müvafiq olaraq Yaponiyada və Böyük Britaniyada robot istehsalı əməliyyatları üçün Kawasaki Heavy Industries və Böyük Britaniyada yerləşən KUKAI Korporasiyasına lisenziyalaşdırdı. Yaponiyanın avtomobil sənayesinin inkişafı ilə getdikcə artan sayda robot istehsalda insan əməyini əvəz etdi və bu da onların praktik dəyərini tam şəkildə nümayiş etdirdi. Nəticə etibarilə, Yaponiya sənaye robototexnikasının inkişafına getdikcə daha çox diqqət yetirir. Kawasaki Heavy Industries şirkətinin robot texnologiyalarının tətbiqində qabaqcıl olması və ardınca FANUC və Yaskawa kimi dünyaca məşhur robototexnika şirkətlərinin meydana çıxması ilə Yaponiya qlobal miqyasda qabaqcıl robot texnologiyalarını mənimsəyən ölkələrdən birinə çevrildi.
1973-cü ildə Almaniyanın KUKA şirkəti Unimate robotunu modifikasiya edərək elektrik mühərriki ilə işləyən ilk altı dərəcəli sərbəstlik robotu olan Famulus yaratdı. 1974-cü ildə İsveçin ümumi elektrik şirkəti olan ASEA (ABB-nin sələfi) dünyanın ilk tam elektrik robotu olan və mikroprosessor tərəfindən idarə olunan IRB 6-nı hazırladı və robot zəkasını əhəmiyyətli dərəcədə artırdı. 1978-ci ildə ABŞ-da yerləşən Unimation şirkəti PUMA sənaye robotunu General Motors-un montaj xətlərində geniş şəkildə yerləşdirdi, sənaye robotlarının praktikliyini və dəyərini daha da nümayiş etdirdi və sənaye robot texnologiyasının tam yetkinliyini qeyd etdi və bununla da sonrakı texnoloji irəliləyişlər üçün möhkəm təməl qoydu.
Sənaye robototexnikasının inkişafının qırx ildən çox müddətində texnoloji irəliləyişlər davamlı olaraq davam etmişdir. Lakin, təhlükəsizlik mülahizələrinə görə, robotlar adətən müəyyən iş stansiyalarında sabitlənir və mühafizə məhəccərləri ilə təcrid olunur ki, bu da onların insanlarla eyni məkanda yan-yana işləməsinə mane olur. Bu ənənəvi konfiqurasiya insan-robot əməkdaşlığını məhdudlaşdırır və həqiqətən səmərəli əməkdaşlıq əməliyyatlarına nail olmağı çətinləşdirir. Çoxsaylı cəhdlərə və araşdırmalara baxmayaraq, təhlükəsiz insan-robot əməkdaşlığına nail olmaq sənaye robototexnika sahəsində əsas problem olaraq qalır.
2005-ci ilə qədər Aİ tərəfindən maliyyələşdirilən böyük bir layihə əməkdaşlıq robotları konsepsiyasını təqdim etmədi. Bu təşəbbüs, ABB, KUKA, Reis, Comau və Gudel kimi aparıcı sənaye robototexnika şirkətlərini bir araya gətirərək, xüsusilə kiçik və orta ölçülü müəssisələr üçün hazırlanmış, əmək autsorsinqindən asılılığı azaltmağı hədəfləyən əlverişli, kompakt və çevik bir robot hazırladı. Bu layihə, əməkdaşlıq robotları konsepsiyası üçün möhkəm təməl qoyaraq, insan-robot əməkdaşlığının potensialını açıq şəkildə vurğuladı.
İlk əməkdaşlıq robotları, əsasən, ənənəvi sənaye robotlarının dizayn fəlsəfəsini və ya əməliyyat rejimlərini kökündən dəyişdirmədən, onların modifikasiyası və tətbiqi idi. 2005-ci ildə qurulduğu gündən bəri Universal Robots, insan işçiləri ilə birlikdə təhlükəsiz şəkildə işləyə bilən əməkdaşlıq robotlarının hazırlanmasına həsr olunmuşdur. 2009-cu ildə şirkət bu dövrün başlanğıcını qeyd edən dünyanın ilk əməkdaşlıq robotu olan UR5-i təqdim etdi. Daha sonra Rethink, iki qollu Baxter və yeni tək qollu Sawyer robotunu təqdim etdi və tədricən əməkdaşlıq robotlarını sənaye robotları daxilində tanınmış və qəbul edilmiş bir sahə kimi qurdu. Bu irəliləyiş gələcək sənaye avtomatlaşdırması və ağıllı inkişaf üçün yeni anlayışlar və istiqamətlər təqdim etdi.
Şəkil 5: UR5 robotu və Sawyer Baxter robotu
Çin Elmlər Akademiyasının Şenyanq Avtomatlaşdırma İnstitutu ilə əlaqəli Siasun Robot Şirkəti ilk dəfə 2015-ci ilin noyabr ayında Sənaye Sərgisində Çinin qabaqcıl texnoloji səviyyəsini təmsil edən yeddi oxlu çevik əməkdaşlıq robotunu nümayiş etdirdi. O vaxtdan bəri Luoshi və Aobo kimi çoxsaylı yerli əməkdaşlıq robot modelləri tədricən tanınmağa başladı.
Robot birləşmələrinə gəldikdə, əməkdaşlıq robot birləşmələri ilə ənənəvi ağır sənaye robotlarının birləşmələri arasındakı əsas fərq onların "çevikliyində"dir. Bu elastiklik daha aşağı mexaniki sərtlik, azalmış ətalət və fırlanma momentini hiss etmək qabiliyyəti ilə özünü göstərir. Hal-hazırda, əməkdaşlıq robot qollarında istifadə olunan birləşmə elastikliyi əsasən dəqiq mövqe nəzarəti və fırlanma momentinin idarə edilməsindən qaynaqlanır.
Şəkil 6. Əməkdaşlıq robotlarında inteqrasiya olunmuş birləşmənin tipik quruluşu
Mövcud tədqiqatlara ümumi baxış göstərir ki, Çinin robototexnika inkişafı ABŞ və Yaponiya kimi ölkələrdən daha gec başlayıb. Əməkdaşlıq robotları üzərində aparılan tədqiqatlar hələ də mövcud beynəlxalq məhsullardan xeyli geri qalır və əsas maneələr harmonik reduktorlar və birgə mühərrik idarəetmə sistemlərindədir. Yerli əməkdaşlıq robotları hazırda birgə idarəetmə imkanlarında, xüsusən də idarəetmə dəqiqliyi və ağıllı idarəetmə baxımından əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf üçün imkanlara malikdir. Bundan əlavə, qlobal robototexnika tədqiqat tendensiyaları təhlükəsizlik, çeviklik və zəkanın texnoloji inkişafın dominant xüsusiyyətləri olduğunu göstərir. Robot birləşmələri yüksək inteqrasiya olunmuş idarəetmə sistemlərinə və daha yüksək zəkaya doğru inkişaf edir. Əməkdaşlıq robot birləşmələri ənənəvi mərkəzləşdirilmiş idarəetmədən paylanmış idarəetmə arxitekturasına keçsə də, hazırda yalnız mühərriklə idarə olunan hərəkətləri yerinə yetirir, muxtar qavrayış, ağıllı qərar qəbuletmə və çevik icra imkanlarından məhrumdurlar ki, bu da nisbətən aşağı zəka səviyyələrinə gətirib çıxarır. Ağıllı robototexnika sistemlərinə tələbatın artması üçün əhəmiyyətli potensial qalır.
Yayımlanma vaxtı: 22 may 2026
