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
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.
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.
Джоанна Уоллен в книге «История промышленных роботов» рас��казывает, 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.
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:
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» рас��казывает, 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.
Под руководством Девола команда разработала феррорезонансный датчик и основанную на нем систему памяти, которую запатентовали как Dynastat, а также оптический энкодер Spirodisk.
- Система с цифровым контролем, основанная на бинарном коде (не забывайте, это был 1956-й!).
- Энергонезависимая твердотельная система памяти, которая тогда еще не существовала.
- Оптические цифровые кодировщики, считывающие положение вала, с высокой скоростью работы, которых также еще не было.
- Высокопроизводительный цифровой сервоконтроллер, способный к динамическому управлению, с широким спектром полезных нагрузок.
- Высокоэффективные гидравлические сервоклапаны.
- Автономные электрические и гидравлические источники питания.
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:
- 5 современных заводов России
- Роботы на фабрике Tesla (видео)
- Робототехника в России: кто сегодня производит промышленных роботов?
- Высшее образование по робототехнике: Россия, Украина и Беларусь
