Промышленной роботехнике — 57 лет! Вспомним, откуда ведется отсчет
Скоро человечество отметит не круглую, но важную дату: 13 июня 1961 года был выдан патент на первого в истории промышленного робота. Давайте вспомним, как было сделано изобретение, положившее начало эре промышленной роботехники.
Робот, о котором пойдет речь — Unimate, выпускаемый компанией Unimation с 1961 года. Первый экземпляр появился на заводе Inland Fisher Guide Plant, принадлежавшем General Motors; он стал символом технической революции своего времени, попал на выставки и даже в телешоу. Детище двух гениальных инженеров, Джорджа Девола (обладателя патента) и Джозефа Энгельбергера (его соавтора и бизнес-партнера), во многом опередило свое время.
1961 год. Первый экземпляр Unimate проходит финальные тесты перед отправкой на фабрику General Motors. Джозеф Энгельбергер (слева) с инженерами Unimation
Джордж Девол — «Тесла наших дней»
Американский изобретатель Джордж Девол был удивительно разносторонним и плодовитым инженером. За эти качества современники сравнивали его с Эдисоном и Теслой. Он принимал участие в изобретении микроволновой печи, создал автоматические двери и новую систему звука для кинотеатров. В годы Второй мировой войны работал над радиолокационными приборами; в послевоенное время участвовал в совершенствовании систем звукозаписи и создании новых упаковочных машин. Но самая известная его работа — промышленный робот, которого Девол не только изобрел, но и запустил в серийное производство.
Работу над Unimate инженер начал еще в 1950-м. Он создал механизм, который назвал «Программируемым устройством перемещения», и в 1954 году подал заявку на патент. Но Девол не был уверен в том, как именно будет использоваться изобретение. Поворотной точкой стала встреча с Джозефом Энгельбергером, талантливым инженером, который работал над автоматизированными системами для авиации и зачитывался книгами Айзека Азимова. Два изобретателя встретились на коктейльной вечеринке в Коннектикуте в 1957, они разговорились и решили вместе работать над проектом. Энгельбергер помог Джорджу Деволу усовершенствовать изобретение и определить его точное назначение — роботизированный манипулятор, помощник человека на производстве.
Джозеф Энгельбергер, популяризатор роботов
Энгельбергер получил образование в Колумбийском университете, закончив бакалавриат по физике и магистратуру по электроинженерии. Несколько лет после выпуска он проработал в Manning Maxwell & Moore — компании, производящей авиационные приборы, и в итоге стал главным инженером по авиации. В 1957 году он основал собственное приборостроительное производство, компанию Consolidated Controls.
В период знакомства с Деволом у Энгельбергера уже был опыт в бизнесе. Поэтому вместе они успешно реализовали план по созданию своей роботехнической компании, которую назвали Unimation (сокращение от Universal Automation). А первый робот получил имя Unimate. Это была громкая инновация, вокруг которой, однако, разгорались и скандалы: рабочие опасались, что они потеряют свои места, ведь роботы могли трудиться 24 часа в сутки и не требовали зарплаты и соцпакета. Поэтому Энгельбергер провел большую работу по популяризации своих детищ. Вместе с Unimate он появился на торговой выставке в Cow Palace (Чикаго), а чуть позже — в телепередаче Tonight Show, где робот по его приказу играл в гольф, открывал пиво и даже дирижировал оркестром. За весь период существования компании Unimation именно Энгельбергер занимался бизнес-процессами и продвижением новых промышленных роботов — как среди заказчиков и партнеров, так и для широкой аудитории. Это принесло ему известность и негласный титул «отца роботехники», хотя в патенте на первого в мире промышленного робота нет его имени.
Девол и Энгельбергер, 1956
После того, как в 70-х годах пути двух инженеров вновь разошлись, Энгельбергер ушел в сферу сервисной роботехники. И продолжил свою работу по популяризации этой области: выпустил книги «Практическая робототехника» и «Робототехника в сфере услуг», опубликовал множество статей, интервью и других материалов для прессы. Энгельбергер также учредил Ассоциацию промышленной робототехники (RIA) и ежегодную премию за достижения в этой отрасли.
Unimate — разработка и внедрение
Джоанна Уоллен в книге «История промышленных роботов» рассказывает, что Энгельбергер долго подбирал место работы для Unimate. Он посетил порядка 35 промышленных предприятий разного профиля (в том числе 15 автомобильных), пытаясь понять, какая сфера производства действительно нуждается в автоматизации. В итоге первый контракт был подписан с предприятием General Motors, и робот занял свое место у литьевой машины.
Unimate трудился на линии сборки, забирая детали с линии непрерывного литья и устанавливая их внутрь автомобильных кузовов с помощью сварки. Этот этап относится к опасным производствам: неосторожность может обернуться для работника потерей конечности и отравлением токсичными газами.
Роботы от Unimation создавались для выполнения многократно повторяемых операций. Это роботизированная «рука» с двухпальцевым захватом, похожим на клещи, и с несколькими соединениями, выполняющими роль суставов. Как рассказал позже в своей книге Джордж Мансон, один из инженеров компании, первоначально робот должен был точно копировать человеческую руку и иметь шесть степеней свободы. Но финансовые ограничения и инженерные сложности вынудили оставить пять степеней: «запястье» робота могло двигаться лишь по двум осям вместо трех. И это, конечно, была не последняя из сложностей. Робот-манипулятор оказался проектом, опередившим технологии своего времени. Вот как описывает Мансон инженерные задачи, которые стояли перед командой: всё, что описано в этих пунктах, им предстояло разработать самим.
1. Система с цифровым контролем, основанная на бинарном коде (не забывайте, это был 1956-й!).
2. Энергонезависимая твердотельная система памяти, которая тогда еще не существовала.
3. Оптические цифровые кодировщики, считывающие положение вала, с высокой скоростью работы, которых также еще не было.
4. Высокопроизводительный цифровой сервоконтроллер, способный к динамическому управлению, с широким спектром полезных нагрузок.
5. Высокоэффективные гидравлические сервоклапаны.
6. Автономные электрические и гидравлические источники питания.
Под руководством Девола команда разработала феррорезонансный датчик и основанную на нем систему памяти, которую запатентовали как Dynastat, а также оптический энкодер Spirodisk.
Все эти разработки легли в основу Unimate. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления. Чтобы запрограммировать робота, оператор в режиме обучения задавал ему порядок контрольных точек: звенья манипулятора должны были проходить их в течение рабочего цикла. Точки сохранялись в памяти, и робот мог воспроизводить действие неограниченное количество раз.
Это позволило инженерам добиться высокой точности воспроизведения действий — до 1,25 мм. При разгрузке машины для литья Unimate выдавал всего 2% брака, тогда как у работников-людей его количество доходило до 20% при меньшей производительности.
Особого внимания заслуживала гидравлическая система. У первых прототипов, в том числе у робота, представленного на выставке в Чикаго, она «протекала, как сито». Но разработчикам удалось решить эту проблему.
В 1961 году Девол получил патент на устройство на основе предыдущей заявки, поданной им еще в 1954-м. Полученный им документ с номером US2988237A ознаменовал начало новой эпохи в истории человечества — эры роботов.
Прогресс оказался стремительным: за короткое время Unimation продали в США 450 устройств. А в 1966 году их роботы впервые отправились за пределы США — на завод Nokia в Финляндии. Три года спустя компания вышла и на азиатский рынок, лицензии на производство Unimate были предоставлены Kawasaki Heavy Industries и GKN. Устройство было востребовано вплоть до 1970-х, когда его вытеснили новые роботы японской разработки.
Роботы Unimate на линии точечной сварки. Фабрика GM в Огайо, 1969
Сегодня экземпляр Unimate можно найти в Зале славы роботов (Питсбург, США), а журнал Popular Mechanics в декабре 2005 года включил его в число 50 лучших изобретений последних 50 лет.
Больше интересного о робототехнике — на robo-hunter.com:
