Unimate

Unimate — это первый в мире промышленный робот, разработанный американским изобретателем Джорджем Деволом и инженером Джозефом Энгельбергером. Представлял собой программируемое механическое устройство, предназначенное для выполнения повторяющихся операций в производственном процессе, в первую очередь — в автомобильной промышленности. Unimate считается основоположником современной робототехники и положил начало внедрению автоматизации на заводах.

История создания

Предпосылки и изобретение

Идея создания программируемого манипулятора возникла у Джорджа Девола в середине 1950-х годов. В 1954 году он подал заявку на патент под названием «Программируемое устройство для перемещения предметов» (Programmed Article Transfer), который был выдан в 1961 году (патент США № 2,988,237). Девол предложил концепцию устройства, способного запоминать последовательность действий и повторять их без участия человека.

В 1956 году Девол встретил Джозефа Энгельбергера, инженера и предпринимателя, на светском мероприятии. Энгельбергер заинтересовался изобретением, и они совместно основали компанию Unimation Inc. (сокращение от «Universal Automation»). Компания базировалась в Дэнбери, штат Коннектикут, США.

Первый прототип и внедрение

Первый прототип Unimate был создан в 1959 году. Он представлял собой гидравлический манипулятор с механической рукой, способной поднимать грузы до 180 кг. Управление осуществлялось с помощью магнитного барабана, на который записывалась последовательность движений. Робот работал по принципу «обучения»: оператор вручную перемещал руку манипулятора по нужной траектории, а устройство запоминало эти движения.

Первым коммерческим заказчиком стала компания General Motors. В 1961 году Unimate был установлен на заводе GM в Трентоне, штат Нью-Джерси, для выполнения горячей штамповки деталей автомобилей. Робот брал раскаленные металлические заготовки из пресса и перемещал их в другой станок, заменяя человека в опасной и монотонной работе.

Развитие и распространение

После успешного внедрения на GM Unimate начал использоваться на других заводах автомобильной промышленности. В 1966 году Unimate появился на заводе Chrysler в Детройте. К 1970-м годам компания Unimation продала тысячи роботов, в основном в США, Японию и Европу. В Японии технология была лицензирована компанией Kawasaki Heavy Industries, которая начала производство собственных версий Unimate под названием Kawasaki-Unimate.

В 1978 году Unimation выпустила модель PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly), которая стала более точной и компактной версией Unimate, предназначенной для сборочных операций. Однако оригинальный Unimate оставался в эксплуатации на некоторых заводах до 1990-х годов.

Устройство и характеристики

Конструкция

Unimate представлял собой гидравлический манипулятор с пятью или шестью степенями свободы. Основные компоненты:

• Механическая рука: состояла из шарнирных соединений, обеспечивающих движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
• Захватное устройство (схват): пневматический или гидравлический захват для удержания деталей.
• Гидравлический привод: использовал масло под высоким давлением для перемещения звеньев манипулятора.
• Система управления: магнитный барабан или перфолента для хранения программы. Позднее — электронные контроллеры на основе транзисторов.
• Датчики: концевые выключатели для определения крайних положений.

Технические параметры

• Грузоподъемность: до 180 кг (в зависимости от модификации).
• Радиус действия: до 3,5 метров.
• Точность позиционирования: около 1 мм (для первых моделей).
• Скорость перемещения: до 1 м/с.
• Электропитание: 220/380 В, 50/60 Гц.
• Масса: около 1,5 тонн.

Программирование

Программирование Unimate осуществлялось методом «обучения с демонстрацией» (lead-through programming). Оператор вручную перемещал руку робота по требуемой траектории, а система записывала положения каждого сустава на магнитный барабан. Затем программа могла воспроизводиться циклически. Позднее появилась возможность записи программ на перфоленту.

Применение

Промышленность

Основное применение Unimate нашёл в автомобильной промышленности. Типичные операции:

• Горячая штамповка: перемещение раскаленных заготовок между прессами.
• Сварка: точечная сварка кузовов автомобилей (например, на заводе Ford).
• Литье под давлением: извлечение отливок из форм.
• Погрузочно-разгрузочные работы: перемещение тяжелых деталей.

Другие отрасли

В 1970-х годах Unimate начал использоваться в электронной промышленности для сборки мелких компонентов, а также в пищевой промышленности (упаковка). Однако из-за больших габаритов и высокой стоимости он оставался нишевым продуктом.

Научные и образовательные цели

Unimate использовался в исследовательских лабораториях для изучения автоматизации и робототехники. В 1960-х годах он демонстрировался на выставках как пример «умной машины». В 1970 году Unimate появился в телевизионном шоу «Tonight Show», где робот подал ведущему банку пива и сыграл в гольф.

Значение и наследие

Влияние на промышленность

Unimate стал первым серийным промышленным роботом, доказавшим эффективность автоматизации в тяжелом производстве. Его внедрение позволило:

• Повысить производительность труда в 2–3 раза на операциях горячей штамповки.
• Снизить травматизм рабочих за счет замены человека в опасных условиях.
• Улучшить качество продукции за счет повторяемости движений.

Влияние на робототехнику

Unimate заложил основы современной робототехники. Концепции программируемого манипулятора, обратной связи по положению и циклического выполнения операций стали стандартом для последующих поколений роботов. Джозеф Энгельбергер получил прозвище «отец робототехники», а в 1983 году основал Всемирную организацию робототехники (World Robotics Organization).

Критика и ограничения

Unimate имел ряд недостатков:

• Высокая стоимость (около 25 000 долларов США в 1961 году, что эквивалентно примерно 200 000 долларов в 2020-х годах).
• Громоздкость и сложность обслуживания.
• Ограниченная точность и скорость по сравнению с современными роботами.
• Необходимость в квалифицированных операторах для программирования.

Тем не менее, Unimate доказал, что автоматизация может быть экономически выгодной, и стимулировал развитие робототехнической отрасли.

Интересные факты

• Unimate был включен в Зал славы роботов (Robot Hall of Fame) в 2003 году.
• Оригинальный Unimate, установленный на заводе General Motors, проработал более 20 лет без серьезных поломок.
• В 1966 году Unimate был показан на Всемирной выставке в Нью-Йорке, где привлек внимание японских инженеров, что привело к быстрому развитию робототехники в Японии.
• Джордж Девол получил патент на Unimate в возрасте 49 лет, а его изобретение было названо «одним из величайших изобретений XX века» Американским обществом инженеров-механиков.

Источники

• Devol, George C. «Programmed Article Transfer». U.S. Patent No. 2,988,237, filed 1954, issued 1961.
• Engelberger, Joseph F. «Robotics in Practice: Management and Applications of Industrial Robots». Kogan Page, 1980.
• Nof, Shimon Y. (ed.). «Handbook of Industrial Robotics». John Wiley & Sons, 1999.
• «Unimate: The First Industrial Robot». IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 18, No. 1, 2011.
• «Robot Hall of Fame: Unimate». Carnegie Mellon University, 2003.
• «The Birth of Robotics: Unimate at General Motors». General Motors Heritage Center, 2015.