В 1961 году появился первый промышленный робот. Эпоха промышленных роботов началась с Unimate на заводе General Motors в Трентоне (США).
Этот робот Unimate был первым промышленным роботом в истории
Когда Джордж Девол и Джозеф Энгельбергер встретидись на коктейльной вечеринке в 1956 году они мгновенно сблизились благодаря своей любви к научной фантастике, с удовольствием болтая об Айзеке Азимове и его теориях робототехники.
Потом разговор стал более серьезным. Двумя годами ранее Девол подал заявку на патент универсального манипулятора для выполнения повторяющихся задач и искал финансовую поддержку. Энгельбергеру было интересна тема применения роботов для автоматизации промышленного производства. К концу вечера был разработан план, который в будущем изменит весь производственный мир.
Как появился первый промышленный робот
Девол и Энгельбергер казались необычной парой. Девол был изобретателем и предпринимателем, основавшим несколько компаний для коммерциализации своих различных изобретений.
После окончания средней школы в 1932 году он основал United Cinephone, чтобы улучшить качество звука в новых говорящих фильмах.
Он быстро перешел к другим изобретениям, в том числе к Phantom Doorman, автоматизированной системе открывания дверей, пресс для стирки с бесконтактным управлением и Speedy Weeny, торговому автомату, который раздавал хот-доги, приготовленные в микроволновых печах.
Тем временем Энгельбергер делал более традиционную корпоративную карьеру. Он получил степень бакалавра физики в 1946 году и степень магистра электротехники в 1949 году в Колумбийском университете.
Когда Энгельбергер встретил Девола, он работал инженером в компании Manning, Maxwell and Moore, которая специализировалась на предохранительных клапанах, манометрах и другом промышленном контрольно-измерительном оборудовании. Но вскоре это изменилось.
Первый промышленный робот в музее
Вскоре после коктейльной вечеринки Девол и Энгельбергер основали компанию Unimation — название, сочетающее в себе «универсальность» и «автоматизацию», которое Девол придумал при подаче заявки на патент.
Новая компания нуждалась в финансировании. Энгельбергер убедил Нормана Шафлера, генерального директора Condec Corp. (материнской компании Consolidated Controls), профинансировать разработку изобретения Девола. В конце концов Condec приобрела Unimation в 1960 году и купила патент Девола, когда он был наконец выдан в следующем году.
В 1961 году компания Pullman Inc., разработчик знаменитого одноименного железнодорожного вагона, вложила 3 миллиона долларов в покупку 51% акций Unimation, Inc. (1 миллион долларов в 1962 году равен 7,6 миллиона долларов в сегодняшних долларах).
Первоначально было решено построить робот-манипулятор с пятью степенями свободы. Позже он превратился в шестиосную машину, имитирующую человеческое плечо, локоть и запястье. Манипулятор имел автономное гидравлическое питание мощностью 6,9 мегапаскаля.
Деволу и Энгельбергеру пришлось изобретать как средства программирования, так и системы памяти, а также цифровые оптические энкодеры для определения положения валов.
Был разработан феррорезонансный датчик, основу системы памяти, запатентованной как «Dynastat». Также понадобился оптический датчик положения вала, чтобы обеспечить необходимую обратную связь по положению, чтобы замкнуть контур между фактическим положением манипулятора робота и его командными положениями.
При весе около 1360 кг (3000 фунтов) прототип первого робота мог поднимать детали весом до 45 кг. Более поздние модели могли работать с предметами в пять раз тяжелее. Его размеры составляли 1,6 метра в высоту, 1,2 метра в ширину и 1,5 метра в глубину.
Хотя оригинальный робот Unimate был программируемым, у него не было языка программирования. Вместо этого пользователь перемещал головку машины в нужное место, и датчик положения записывал его координаты. Пользователь повторял этот процесс, чтобы записать последовательность событий, которую Unimate мог бы воспроизвести.
Когда компания Unimation приобрела робота Vicarm Виктора Шейнмана, она также приобрела язык программирования робота VAL. Начиная с 1973 года, VAL стал частью промышленных роботов Unimation.
Как Unimate вписывается в планы GM по автоматизации
Пока Девол и его команда прорабатывали технические детали, Энгельбергер пытался найти рынок и клиентов для нового робота. Он посетил 15 автомобильных заводов и 20 других производителей, пытаясь оценить промышленные потребности в роботизированной руке.
General Motors была первой компанией, которая заинтересовалось роботом. В 1961 году Unimate занял свое место на автоматической линии General Motors в Тернштедте в Трентоне, штат Нью-Джерси.
Робот выполнял разгрузку машины для литья под давлением. Его дебют не был особенно гламурным или впечатляющим, но он принес Unimate место в истории как первое успешное применение промышленного робота.
General Motors заплатила за первый Unimate 18 000 долларов США (около 180 000 долларов сегодня), что было огромной скидкой по сравнению с предполагаемыми 65 000 долларов, которые потребовались для его производства.
Энгельбергер согласился на эту цену, потому что понимал ценность начала сотрудничества с такой компанией как General Motors. Он верил, что в будущем у них будет много заказов. К началу 1970-х прейскурантная цена Unimate составляла 35 000 долларов.
Компания Unimation начала приносить прибыль только в 1975 году (через 19 лет после основания).
В то время как Девол был техническим гением, у Энгельбергера был талант к маркетингу. В то время многие рабочие опасались, что их работу заменят роботы, поэтому Энгельбергер приложил все усилия, чтобы Unimate выглядел представительно, например, робот был показан на торговой выставке в Cow Palace в Чикаго, а затем он всех удивлял на «Вечернем шоу с Джонни Карсоном», открыв банку пива и дирижируя оркестром.
Робот подает напитки соучредителям Unimation Джозефу Энгельбергеру (слева) и Джорджу Деволу
Энгельбергер использовал несколько иную подачу, когда обращался к руководителям. В резюме Unimate говорилось, что он может работать 24 часа в сутки и быстро учится, никогда ничего не забывает (кроме как по команде) и никогда не требует повышения заработной платы.
Рабочие завода General Motor в Трентоне изначально не возражали против Unimate. В конце концов, разгрузка машины для литья под давлением была ужасной работой, которую никто не хотел делать.
В 1967 году General Motor также без особых споров установила первые два робота для точечной сварки на своем заводе в Норвуде, штат Огайо. Но когда в 1970 году компания запустила линию точечной сварки из 28 роботов на своем заводе в Лордстауне, штат Огайо, рабочие начали протестовать.
Завод в Лордстауне часто рассматривается как хрестоматийный пример восстания фабричных рабочих против автоматизации. Новая линейка роботов была лишь частью более крупного плана по повышению производительности труда.
General Motor выбрала Лордстаун для производства своего первого малолитражного автомобиля Chevrolet Vega. В 1971 году сборочное подразделение General Motors переоборудовало завод для повышения эффективности, что привело к увольнению не менее 700 рабочих, перераспределению еще сотен и сокращению от 300 до 500 рабочих мест, которые считались слишком легкими для людей.
Они также увеличили линейную скорость на 67 процентов, с 60 автомобилей в час до 101 автомобиля в час, с целью производства почти 400 000 автомобилей Vega в 1972 году.
Для выполнения производственных квот руководство установило обязательную сверхурочную работу со сменами продолжительностью от 11 до 12 часов, включая выходные. Когда сотрудники возражали, начальники реагировали увольнением или увольнением самых воинственных.
Рабочие подали более 16 000 жалоб и начали устраивать забастовки, блокируя парадные ворота и угрожая начальникам. В марте 1972 года забастовка полностью остановила завод на 22 дня.
Кажется вероятным, что опыт в Лордстауне испортил репутацию Unimation в Соединенных Штатах Америки. В любом случае, компания долго не могла найти рынок сбыта в своей стране.
Unimate был разработан для автоматизации «грязной, унылой и опасной» работы, которую люди не хотели выполнять
Unimation помогла разжечь революцию в области промышленной робототехники в Японии
Компания Unimation имела гораздо больший успех в Японии. В 1966 году Engelberger провел многочасовую сессию вопросов и ответов с сотнями лидеров японской промышленности в надежде найти технического партнера для производства своих роботов в Японии. Интерес был большим, и Kawasaki Aircraft Industries активно боролась за сделку, в конечном итоге выиграв у Энгельбергера.
В июне 1968 года Kawasaki Aircraft открыла свой офис по продвижению отечественного производства промышленных роботов, а в октябре следующего года объявила о партнерстве с Unimation. Первый робот Kawasaki-Unimate 2000 был построен в 1969 году и стоил 12 миллионов иен.
Подобно американским производителям, которые первыми применили роботов для грязных, опасных и утомительных работ, японские компании использовали Unimate для решения задач «3K»: кицуи (сложная), китанай (грязная) и кикен (опасная). Они нацелились на сварочные позиции, которые изо всех сил пытались заполнить.
Работая день и ночь, сварщик Kawasaki-Unimate выполнял работу 20 человек-сварщиков. Тем не менее, потребовалось десятилетие, прежде чем промышленные роботы получили широкое распространение.
Уже к середине 1980-х годов Япония превратилась в страну роботов, насчитывающее почти 70 процентов всех роботов в мире.
Первый робот Kawasaki-Unimate
Первый триумф промышленных роботов
Семья роботов Unimate росла с каждым новым годом. Первоначальная серия превратилась в другие серии с увеличенным радиусом действия, повышенной повторяемостью и грузоподъемностью, 6-степенями свободы, более сильными запястьями.
Unimation пыталась расширить свою линейку своих роботов, заключив маркетинговые лицензионные соглашения с другими производителями, такими как Trallfa из Норвегии и Electrolux из Швеции, но все они имели лишь умеренный успех.
В 1970-х годах Unimation приобрела Vicarm, которую переименовали в Programmable Universal Machine for Assembly или PUMA.
Компания работала с General Motors над разработкой PUMA для легких сборочных работ. В отличие от неповоротливого Unimate, PUMA был разработан для манипулирования небольшими предметами, например, для установки лампочек.
По словам Дика Бичера, директора по робототехнике и искусственному интеллекту в General Motors, в то время около 95 процентов деталей в автомобиле весили менее 1,5 кг, а у General Motors тысячи рабочих занимались «легкой сборкой».
Это был растущий рынок роботов. В 1983 году Unimation была продана компании Westinghouse за 107 миллионов долларов. В 1989 году Westinghouse продала Unimation компании Staubli из Швейцарии.
Энгельбергер переключил свое внимание на сервисных роботов, увидев возможность автоматизации медицинского обслуживания на дому и в больнице. Девол продолжал изобретать, но отошел от робототехники. Вместе их часто называют отцом (Энгельбергер) и дедушкой (Девол) промышленных роботов.
Хотя Unimate дебютировал в Соединенных Штатах Америки, он заработал свою репутацию в Японии и способствовал распространению там промышленных роботов. К середине 1980-х годов Япония превратилась в королевство роботов, насчитывающее почти 70 процентов всех роботов в мире. С тех пор роботы распространились по всему миру и изменили многие отрасли, но искрой, повлекшей за собой рождение промышленной робототехники стал случайный разговор за коктейлем.
Смотрите также: Промышленные роботы и выгоды их внедрения на производстве, актуальность робототехники