Виды роботов и классификация в робототехнике: все области применения и ведущие производители умных машин

Сегодня робототехника — настолько широкая область, что в ней уже можно запутаться. Какие умные устройства и гаджеты могут называться роботами? Какие функции они выполняют и в каких сферах человеческой деятельности могут быть применимы? Редакция информационной платформы LinDeal предлагает погрузиться в их возможные классификации, а также определить виды этих устройств. Мы узнаем, что они умеют, для чего были изобретены и кем производятся на сегодняшний день.

Что такое роботы? Краткая справка

Робот — приводной механизм, программируемый по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий предназначенные ему задачи (согласно Международному стандарту ISO 8373:2012). Это автоматическое устройство, которое благодаря специальной встроенной программе способно выполнять вместо человека определенные умственные и физические задания. Современные модели могут не только понимать окружающий мир при помощи датчиков, но также самостоятельно принимать решения, строить модели поведения.

Как понять, что перед нами именно робот, а не умный гаджет? Первый обязательно соответствует трем характеристикам:

1. SENSE: восприятие мира с помощью сенсоров — микрофоном, камерами, электромагнитными или электромеханическими датчиками.
2. THINK: понимание окружающей среды и построение соответствующей модели поведения для выполнения начертанных задач.
3. ACT: оказание воздействия на внешнюю среду.

Если хотя бы одно условие отсутствует, мы не сможем назвать машину роботом.

Все классификации роботов в робототехнике

Начнем с того, что разберем известные и признанные классификации в робототехнике на сегодняшний день.

Классификация по Международному стандарту ISO 8373:2012:

• Промышленные. Всевозможные манипуляторы, созданные для автоматизации производства. Базируются в производственном цеху.
• Сервисные. Замена или дополнение человека в решении типовых и рутинных задач в сфере обслуживания. Базируются за пределами производственных пространств.

International Federation of Robotics (IFR, Международная классификация робототехники) дополнительно разделяет сервисных роботов на несколько подтипов:

• Персональные (для использования в повседневной жизни): кухонные, роботы-пылесосы, сиделки, питомцы, секс-роботы.
• Профессиональные (извлечение выгоды, дохода при оказании услуг): роботы-консультанты, администраторы, гиды, курьеры, роботы-диагносты.

По истории создания:

• Первое поколение. Разработанные еще в 1960-х, они действовали согласно определенной программе, не способные адаптироваться к изменяющейся среде.
• Второе поколение. Встроена гибкая программа, способная выполнять сложные производственные задачи, высокоточную сборку. Робот может самостоятельно выбрать оптимальный алгоритм, исходя из окружающей обстановки.
• Третье поколение. Самообучающиеся устройства, способные бесконечно адаптироваться и самосовершенствоваться без вмешательства человека.

По управлению роботов делят на три типа:

• Жесткопрограммируемые(переобучаемые). Не способны корректировать свои действия под влиянием изменяющихся условий. Программа не меняется в процессе работы, однако сам робот подлежит переналадке.
• Перепрограммируемые(обучаемые). Обучение происходит в первом рабочем цикле. Сперва робот обучается и проводится по алгоритму человеком-наладчиком. Затем машина способна сама корректировать свои действия относительно заданного плана в зависимости от реальной обстановки.
• Гибкопрограммируемые (самообучаемые). Могут формировать программу в зависимости от поставленной цели и информации об объектах, условиях внешней среды. Обладают развитой сенсорной и мощной управляющей системой, инновационным программным и алгоритмическим обеспечением. Это передовые машины, способные распознавать образы и ситуации, моделировать окружающую среду, планировать собственное поведение и самообучаться в процессе функционирования. 

По свойствам материалов выделяются:

• Жесткие роботы. Изготавливаются из жесткого сырья, приспособлены для выполнения однотипной задачи, требующей высокой точности и большой физической силы. Это курьеры-роверы и машиноподобные андроиды.
• Мягкие (эластичные) роботы. Производятся из материала, схожего с тем, что встречается в живой природе. Могут менять форму, приспосабливаться к внешнему миру. Это те же роботы-черви из Университета Глазго.
• Гибридные роботы. На «теле» устройства есть как жесткие, так и эластичные конструкции, помогающие захватывать объекты и манипулировать ими. Иногда жесткий каркас устройства покрывают эластичной «кожей».

По типу управления:

• Автономные. При решении поставленной задачи не требуют присутствия человека. Способны обрабатывать, анализировать информацию при помощи ИИ, самостоятельно принимать решения.
• Полуавтономные. Не требуют постоянного присутствия живого оператора, однако способны действовать исключительно по заложенному алгоритму, не отступая от него ни на шаг.
• Управляемые. Для использования такой робототехники нужно постоянное присутствие оператора. Человек может управлять устройством как с близкого расстояния, так и удаленно.

По способу передвижения:

• Колесные. Самое простое решение для перемещения робота. Чем больше колес, тем устойчивее и маневреннее машина.
• Гусеничные. Чаще всего это боевые роботы, которым требуется передвигаться по пересеченной местности.
• Шагающие. Имитация ходьбы человека, применяется в отношении андроидов. Для большей устойчивости чаще используются не двуногие, а трех- и четырехногие машины. 
• Летающие. В группу относят дронов, беспилотные самолеты и ракеты.
• Плавающие. Перемещение на воде или под водой с помощью силы ветра или винтов.
• Гексаподы. Роботы с шестью ногами, передвигающиеся подобно насекомым. Интересно, что они могут выбирать самый оптимальный тип походки и управлять собственной моторикой — вставать в стойку, бежать, ползти. 

Виды роботов: полный список робототехники

Для того, чтобы определить вид робота, специалисты, в основном, обращаются уже к упомянутой классификации ISO 8373:2012. Однако в современном мире есть и другие типы машин, которых мы тоже рассмотрим.

1. Промышленные
2. Бытовые (сервисные)
3. Исследовательские
4. Ученые
5. Учителя
6. Боевые (военные)
7. Медицинские и аптечные
8. Для обеспечения безопасности
9. Социальные и телеприсутствие
10. Развлекательные (игрушки)
11. Андроиды
12. Другие виды роботов

Подробнее о каждом виде мы расскажем далее!

Промышленные

Промышленные роботы — стационарные или подвижные автоматические машины, которые состоят из исполнительного устройства в виде манипулятора и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций (ГОСТ 25686-85). 

Главная задача промышленного робота — автоматизация разнообразных производственных процессов, повышение их эффективности и качества. Данная группа включает в себя еще несколько подвидов машин:

• Литейные — отливка изделий расплавленными материалами при воздействии высоких температур.
• Сборочные — манипуляторы, способные как к механическому соединению, так и к пайк.
• Для механической обработки — роботы, оказывающие разнообразное механическое воздействие на изделие: резку, штамповку, прессовку, кузнечные работы.
• Окрасочные — автоматическая окраска и полировка.
• Фасовочно-сортировальные — проверка качества продукта, последующая сортировка и фасовка.
• Транспортные — автоматические устройства представляющие собой совокупность манипулятора, перепрограммируемого устройства управления и ходового устройства. Их разделяют на подвесных и напольных. Последние могут передвигаться как по рельсам, так и без них.
• Строительные — автоматизация добычи природных ресурсов, строительства, доставки стройматериалов.
• Сельскохозяйственные — роботизированные трактора, комбайны, оросители.

Бытовые (сервисные): профессиональные и персональные

Сервисные роботы, как мы уже упоминали, созданы для того, чтобы помогать человеку в повседневной жизни. При этом машины могут быть профессиональными (для бизнеса) и персональными (для частного применения).

Персональные роботы сегодня — пока что футуристический подвид. Это компактные, недорогие и простые в управлении роботы-андроиды, чье предназначение — стать универсальным помощником человека в бытовых вопросах. Предполагается, что они научатся общаться с людьми, адаптироваться к окружающей обстановке, анализировать жесты и тон голоса собеседника. А также подгружать проанализированную информацию в общую облачную систему, чтобы ее могли использовать для обучения другие связанные роботы.

Но сегодня можно приобрести следующие умные бытовые машины:

• интеллектуальная роботизированная система «Умный дом»;
• робот-пылесос;
• робот для мытья полов;
• кухонный робот;
• робот-мойщик стекол;
• робот-садовник для обрезки кустарников и стрижки газонов;
• робот-дворецкий;
• многофункциональный уличный робот (стрижка газонов, уборка снега и опавших листьев);
• робот-чистильщик бассейнов;
• робот-посудомойка;
• робот-автокормушка;
• робот-очиститель воздуха;
• робот-компаньон;
• робот-помощник;
• роботы-транспортеры для перевозки пассажиров и грузов;
• робот-чемодан, самостоятельно следующий за хозяином;
• робот-охранник виллы или квартиры.

Охранные роботы могут быть как фиксированными, так и мобильными. Для выполнения своих обязанностей они сканируют территорию инфракрасными камерами и лазерами. Обзор на 360 градусов и система распознавания лиц помогают машинам оперативно реагировать на действия взломщиков. 

Исследовательские

Это очень важные для науки устройства, которые способны заниматься исследовательской деятельностью там, куда из-за своих физиологических особенностей не может попасть человек:

• при крайне высоких/низких температурах;
• в условиях радиации;
• под водой;
• под землей;
• в космосе.

Исходя из этого, выделяются:

• Космические роботы — проведение миссий в космосе (исследовательские спутники).
• Наземные — работа на поверхности как Земли, так и иных небесных тел (планетоходы).
• Подземные — исследования под землей, в толще грунта, в пещерах и гротах.
• Морские — задачи в подводном и надводном пространствах. 

Ученые

Довольно редкий, но важный тип роботов:

• Разработка Университета Аберистуита, проект Robot Scientist — роботы-ученые Адам и Ева. Первое научное открытие, совершенное роботом, было представлено в 2009 году одним из этих андроидов.
• Роботы, исследовавшие вентиляционные шахты Большой пирамиды фараона Хеопса. Им принадлежит открытие «ниш Хеопса» и «дверок Гантенбринка». 

Учителя

Первые роботы-преподаватели были представлены в 2016 году молодой командой российского Томского политехнического университета. Такие устройства способны передавать школьникам не только теоретические, но и практические знания сразу по нескольким предметам. Роботы из Томска могут заменить учителей по математике, химии, физике и информатике.

Боевые (военные)

Это многофункциональные машины, которых можно задействовать в разных боевых операциях. Как и войска, роботов тут разделяют на следующие группы:

• Сухопутные. Прежде всего, это самоходные танки и бронетранспортеры, роботы-саперы и универсальные роботизированные боевые комплексы.
• Морские. Как надводные, так и подводные устройства для сопровождения, патрулирования либо обнаружения мин.
• Воздушные. Роботы-беспилотники для разведки, наблюдения и даже нанесения артиллерийских ударов.

На данный момент большинство боевых роботов — устройства телеприсутствия, которыми дистанционно управляет человек-оператор. Лишь немногие машины способны действовать самостоятельно. 

Медицинские и аптечные

Как видно из названия, такие устройства задействуются в сфере здравоохранения. Области применения различные:

• диагностика патологий;
• изготовление лекарств;
• уход за больными;
• обучение людей медицинским навыкам.

Как отдельный подтип, выделяются трансплантаты и роботизированные протезы, заменяющие поврежденные ткани, органы и целые части тела.

Сегодня чаще всего используются:

• Роботы-хирурги — могут полностью заменить собой человека-хирурга либо выполнять роль ассистента.
• Роботы-фармацевты — изготовление и раздача лекарств пациентам.
• Роботы-сиделки — замена медперсонала при уходе за пациентами.
• Роботы-диагносты — умные устройства, способные проанализировать анамнез пациента и выдать диагноз.
• Симуляторы пациентов — машины для отработки медицинскими специалистами определенных практических навыков.

Википедия также рассказывает об аптечных роботах. Это название для мини-складского оборудования, устанавливаемого в аптеке, аптечных складах и медицинских учреждениях. Оно нужно для оптимизации хранения, поиска и выдачи медикаментов к рабочему месту фармацевта или для продажи непосредственно покупателю. Сегодня в данной сфере популярны автоматические диспенсеры, роботизированные склады, роботы-продавцы и комбинированные решения.

Для обеспечения безопасности

Это незаменимые помощники МЧС (аварийно-спасательных отделений) и служб быстрого реагирования — полиции, органов госбезопасности, сил ведомственной и вневедомственной охраны. Вместе с людьми:

• спасают человеческие жизни;
• разбирают завалы;
• участвуют в разминировании;
• тушат пожары.

Так, сегодня борьбу с огнем все чаще ведут роботизированные установки пожаротушения и беспилотные летательные аппараты. А, например, для поисково-спасательных работ под водой МЧС России использует подводных роботов «Гном».

Социальные и телеприсутствие

Главное предназначение такой машины — непосредственное взаимодействие с человеком. Например, человекообразный Вакамару от «Мицубиси» способен оказывать помощь престарелым пациентам и людям с ограниченными возможностями. А терапевтический робот Пару выполнен в виде мягкой игрушки-тюленя. Его предназначение — успокаивать больных.

Дополнительно стоит выделить роботов телеприсутствия. С помощью интернета они способны перенести вас в нужное место. Более того, вы сможете взаимодействовать с людьми и объектами, находящимися в той локации, натурально имитируя собственное присутствие. Такой передовой опцией уже оснащены реальные роботы JIBO и ConnectR.

Развлекательные (игрушки)

Здесь пока можно выделить несколько разновидностей роботизированных устройств:

• Роботы-члены семьи. Андроиды, которые могут взять на себя функцию определенного члена семьи.
• Роботы-питомцы. Могут имитировать движения, поведение и звуки любимцев — тех же кошек или собак.
• Роботы-игрушки. Средства для обучения и развлечения детей.

Андроиды

Главная особенность этих роботов — очень реалистичное сходство с человеком. И это касается не только внешнего облика, но и «мозга» устройства. Его учат «мыслить» подобно человеку, совершенствовать процессы восприятия, обработки и применения информации. Андроиды при этом могут быть и медиками, и военными, и исследователями, и другими помощниками. 

Также в числе их удивительных особенностей:

• свободное перемещение в пространстве;
• поддержка беседы с человеком;
• восприятие и анализ мира через датчики, сравнимые с людскими органами чувств;
• «ощущение» прикосновения, боли через те же датчики.

Другие виды роботов

Рассмотрим и другие типы робототехники, которые имеют место быть: 

• Наноробот (нанобот, наномобиль). Как объясняет Википедия, это робот, размером сопоставимый с молекулой (менее 100 нм). Наноустройство обладает функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Инновацию планируется, прежде всего, использовать в медицинских целях для раннего обнаружения онкологии, целенаправленной доставки лекарств к раковым клеткам. Обсуждается использование в качестве биомедицинского инструментария в хирургии, наблюдении больных диабетом. Также инструмент будет ценен для фармакокинетики, космических исследований и разработок, обнаружения токсичных веществ в окружающей среде. 
• Микроробот (микробот). Мобильные роботы размером не более 1 мм. Ученые заинтересованы в разработке таких устройств, ведь микромашины способны действовать в условиях, невозможных для человека или крупных роботов. Это как поиск выживших в опасных экстремальных условиях, так и комплексное медицинское исследование пищеварительного тракта.
• Секс-робот. Это роботизированная антропоморфная секс-кукла. Могут использоваться не только по прямому предназначению, но и в качестве собеседника или предмета эстетического наслаждения. Имеют гибкий скелет, силиконовую кожу, сенсоры, реагирующие на прикосновения, и процессор-«мозг».
• Звероробот. Умное устройство, имитирующее по внешнему виду и поведению животное. Может использоваться для исследования диких зверей и наблюдения за ними в естественной среде.

Топовые производители роботов: примеры использования

В заключение статьи обратимся к практике — реальным моделям роботов, их производителям и сферам применения таковой техники:

• Honda: многофункциональный робот-андроид ASIMO.
• KUKA: промышленный робот KR QUANTEC PA Arctic, которому не требуется дополнительная защита для работы при экстремальной минусовой температуре. 
• OrionStar: робот Robotic Coffee Master, который умеет готовить Кофе не хуже человека-профессионального баристы.
• Promobot V.4: многофункциональный робот, которого можно запрограммировать под выполнение различных задач — администратора, полицейского, экскурсовода. В машину можно внедрить банковский терминал, сканер, принтер и другую технику.
• Mitsubishi: социальные человекообразные роботы Вакамару, предназначенные для взаимодействия с пожилыми и людьми с ограниченными возможностям.
• Yaskawa: роботизированная система для упаковки продуктов питания. 
• Willamette Valley Co: представлен робототехнический онлайн-центр, который обрабатывает, окрашивает и сортирует изделия из древесины.
• iCamPro Deluxe: охранные роботы, напоминающие камеры наружного наблюдения. Способны общаться с хозяином и опознавать преступников.
• Packaging World: робот-погрузчик для применения на масштабных складах с активной ротацией товаров.
• Teesside Beam Mill Group: роботы Robot Worx для участия в сталеплавильном производстве. В частности, машины ответственны за изготовление стальных профилей.
• RAMSEE: мобильный робот-смотритель, который передает данные в режиме реального времени — о возникновении движения, уровне тепла, влажности, присутствия дыма или газа.
• Universal Robots: многофункциональный робот armUR10, способный производить высокоточное фармацевтическое, производственное, сельскохозяйственное оборудование.

Википедия выделяет следующих ведущих мировых производителей роботов — iRobot Corporation, Boston Dynamics, ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, MKOIS, AEMTK, RGTY, Nokia Robotics, Gostai, KUKA.

В заключение LinDeal еще раз отметит, что робот — устройство, способное воспринимать и понимать реальность, воздействовать на окружающий мир. Чаще всего роботов разделяют на промышленных и сервисных. Первые заняты в производстве, а вторые служат помощниками людям в выполнении повседневных и рутинных дел. Сервисные роботы выступают как профессиональными (помощниками в получении прибыли), так и персональными (бытовыми помощниками). Если каждый из бытовых роботов зациклен на выполнении конкретной задачи, то профессиональные — более универсальные машины, которых можно настроить под разнообразную деятельность.

Понравилась статья? Поделитесь ссылкой в социальных сетях — возможно, материал «Виды роботов и классификация в робототехнике: все области применения и ведущие производители умных машин» окажется полезным для ваших друзей и коллег. Если вы нашли ошибку в тексте или хотите, чтобы мы подробно раскрыли какой–то конкретный вопрос по теме «Роботы», если у вас есть интересные предложения для нашей редакции, вы всегда можете с нами связаться через страницу «Контакты» любым удобным вам способом.