Роботы в современном мире: успехи, проблемы, перспективы

Об определении
[Handbook of Robotics]: robotics – intelligent connection between perception and action
[ГОСТ]: 1) Исполнительный механизм, программируемый по двум или более
степеням подвижности, обладающий определенной степенью автономности
и способный перемещаться во внешней среде с целью выполнения задач по назначению
2) Программируемый исполнительный механизм с определенным уровнем автономности
для выполнения перемещения, манипулирования или позиционирования
Здесь: то, что ассоциируется со словом робот.
Как правило: включает руки/ноги
Не относится к другому классу устройств
(беспилотные автомобили, самолёты, etc)

Общая классификация
Промышленные
Сервисные
Специальные (Field)
Домашние
Развлечения

Причины применения
снижение себестоимости товара
Экономические:
Эксплуатационные
(функциональные):
Социальные:
обеспечение уровня качества продукции, недоступного среднему работнику
замещение человека в опасных для жизни и здоровья условиях: повышение здоровья и безопасности труда

Жизненный цикл
Разработка
Интеграция
Эксплуатация
->Выведение из эксплуатации
Настройка/подготовка

Декомпозиция
Конструкция
Электроника
Система управления
Сенсорная система
Системы обеспечения

Промышленные роботы
автомобилестроение, самолётостроение, пищевая,
Отрасли:
Проблемы разработки:
Проблемы внедрения:
повышение грузоподъёмности
оптимизация рабочей зоны (вглубь)
повышение точности (идентификация, внешние средства, компоненты)
повышение плавности (генерация траекторий, компенсаторы)
обеспечение безопасности
повышение ремонтопригодности
работа над мультимодальными интерфейсами
дистанция между разработчиками и промышленностью
сложность (пере)программирования
интеграция под задачу (+объединение в комплекс)
быстрота обновлений
пренебрежение социальным вопросом
Области применения:
сборка, механообработка, покраска, контроль качества,
транспортировка, упаковка, 3D-сканирование

2 Towards Mobile Multi-Task Manipulation in a Confined and Integrated Environment with Irregular Objects (ICRA20; США)
О промроботах
1 Compact Gearboxes for Modern Robotics: A Review (FrIRaAI; Brussel)
1
2

О промроботах
2 Hybrid calibration and detection approach for mobile robotic manufacturing systems (IR20; Xi’an)
1
2
1 Uncertainty evaluation of measurement of orientation repeatability for industrial robots (IR20; Xi’an)
3
3 Multi-objective global optimum design of collaborative robots (SMO20; КНР)

О промроботах
2 A real-time trajectory planning method for enhanced path-tracking performance of serial manipulators (MMT21; Италия)
1
2
1 Fault Detection and Diagnosis of Industrial Robot Based on Power Consumption Modeling (TrInE20; Малайзия)

Применение промроботов
1 Accurate dynamic modeling and control parameters design of an industrial hybrid spray-painting robot (RCIM20; Пекин)
1
2
2 A Robotics Inspection System for Detecting Defects on Semi-specular
Painted Automotive Surfaces (ICRA20; Канада)
3
3 Automatic Pose Generation for Robotic 3-D Scanning of Mechanical Parts (TrOR20; ЮК)

Применение промроботов
1 Asymmetrical nonlinear impedance control for dual robotic machining of thin-walled workpieces (RCIM20; Ухань)
1
2
3
2 Usability Study of a Robot Companion for Monitoring Industrial Processes

Специальные роботы
космонавтика, МЧС, океанология, геология, оборонка, разведка
Отрасли:
Проблемы разработки:
Проблемы внедрения:
повышение оснащённости (датчики, вычислители, питание)
повышение проходимости
повышение интеллектуальной автономности
снижение шумности
обеспечение безопасности (от перехвата связи)
повышение отказоустойчивости
поиск решений по интерфейсам оператора
работа над мультимодальными интерфейсами
некоммерческое применение: преимущественно госпрограммы
слабая систематизация и кооперация знаний и программных библиотек
низкая стандартизация самих роботов (и интерфейсов)
малый опыт применения в реальных условиях
Области применения:
разведка, первичные исследования, эвакуация, EOD, огневая поддержка

О спецроботах
1 Design of a Semi-Humanoid Telepresence Robot for Plant Disaster Response and Prevention (IROS19; Kent, США)
1
2 Self-modeling Tracking Control of Crawler Fire Fighting Robot
Based on Causal Network (IROS19; Пекин)
2
3
3 Research on spatial positioning of online inspection robots for vertical storage tanks (IR20; Китай)

Сервисные роботы
логистика, сельское хозяйство, добывающая промышленность, коммунальная сфера (клининг etc), медицина
Отрасли:
Проблемы разработки:
Проблемы внедрения:
улучшение взаимодействия в группах
сложная интеграция (специнструмент) под задачу
Области применения:
сбор продукта, перемещение объектов, наблюдение,
контактные операции, движение человека
большое разнообразие типов
часто слабодетерминированные условия
существование на стадии университетских разработок

Применение сервисных роботов
1
2
2 Position-based Impedance Control of a 2-DOF Compliant Manipulator for a Facade Cleaning Operation (ICRA20; ЮК)
3
1 Development of a Pipeline Inspection Robot for the Standard Oil
Pipeline of China National Petroleum Corporation (ApS20; Китай)
3 Research on mechanism configuration and coordinated control for power distribution
network live working robot (IR20; Китай)

Применение сервисных роботов
1 Assistive Gym: A Physics Simulation Framework for Assistive Robotics (ICRA20, США-разное)
1
2
2 Lio-A Personal Robot Assistant for Human-Robot Interaction and Care Applications
(RAL20, F&P Robotics, Zurich)

О сервисных роботах
1 Design of Compact Variable Gravity Compensator (CVGC)
Based on Cam and Variable Pivot of a Lever Mechanism (IROS19; ЮК)
1
2 A Novel Portable Lower Limb Exoskeleton for Gravity
Compensation during Walking (ICRA20; Китай)
2
3
3 Design and Prototyping of a Bio-Inspired Kinematic Sensing Suit for the Shoulder Joint: Precursor to a
Multi-DoF Shoulder Exosuit (RAL20; Шанхай/ВБ)

О сервисных роботах
Multifunctional Remotely Actuated 3-DOF Supernumerary Robotic Arm Based on
Magnetorheological Clutches and Hydrostatic Transmission Lines (RAL20; Канада)
2

О сервисных роботах
1
2
1 Towards autonomous inspection of concrete deterioration in sewers with legged robots (JFR20; ETH)
2 Wheeled Robot Dedicated to the Evaluation of the Technical Condition of Large-Dimension Engineering Structures (ROB20; Польша)

Декомпозиция научных задач
Ни один научный материал нельзя описать одним ключевым словом, требуется указать:
Компонент:
сенсоры
приводы
интерфейсы управления
материалы
кисти
редукторы
задающие рукоятки
VR
Научный вопрос:
промышленные манипуляторы
коллаборативные манипуляторы
космические роботы
роботы для ЧС
роботы спецназначения
роботы в атомпроме
медицинские роботы
с/х роботы
роботизация техники
гуманоидные роботы
биоморфы
квадрупеды
беспилотники
параллельные роботы
Область:
моделирование
управление
планирование пути
расчёт траекторий
безопасность взаимодействия
безопасность к отказам
бенчмаркинг
оптимизация кинематики/компоновки
софт
калибровка и идентификация
наблюдатели
машинное обучение
нейроинтерфейсы
кооперативные роботы

Инновации
COBRA: COllaborative Bot with multi-Rotor Actuation (IROS19; Fl-USA)

Инновации
1 WLR-II, a Hose-less Hydraulic Wheel-legged Robot (IROS19; Hardin IoT)
2 Design of a Parallel Haptic Device with Gravity Compensation by using its System Weight (ICRA20; ЮК)
1
2

Инновации
Humanoid Robot’s Force-Based Heavy Manipulation Tasks with
Torque-Controlled Arms and Wrist Force Sensors (IROS19; U of Tokyo)

Инновации
1 Collision Detection and Isolation on a Robot using Joint Torque Sensing (IROS19; IIT+)
1
2 Simultaneous Tracking and Elasticity Parameter Estimation of Deformable Objects (ICRA20;Ренн)
2

Инновации
1 Design and kinematics analysis of coordinated variable wheel-track walking mechanism
(IJARS20; Nanjing IoT)
1
2 Remote mobile manipulation with the centauro robot: Full‐body telepresence and autonomous operator assistance (JFR20; IIT+)
3
2
3 Rolling based locomotion on rough terrain for a wheeled quadruped using centroidal dynamics (MMT20; Сорбонна)

Инновации
1 A Computational Framework for Designing Skilled Legged-Wheeled Robots (RAL20; ETH)
1
2 Stair-climbing gait for a four-wheeled vehicle
(RMECH20; Япония)
2

Инновации
1 Improved Mechanical Design and Simplified Motion Planning of Hybrid Active and Passive Cable-driven Segmented Manipulator with Coupled Motion (IROS19; Harbin IoT, Hong Kong Pol Un)
1
2 Design and Workspace Characterisation of Malleable Robots (ICRA20; Imperial College London)
2

VR
Human-robot interaction for robotic manipulator programming in Mixed Reality (ICRA20; Иннополис)

VR
AR-based interaction for human-robot collaborative manufacturing (RCIM20; Тампере)

Инновации
1 RAVEN-S: Design and Simulation of a Robot for Teleoperated Microgravity Rodent Dissection Under Time Delay (ICRA20; U of Washington, Сиэттл)
1
2 Coordination of thrusters, reaction wheels, and arm in orbital robots (RAS20; DLR)
2

Инновации
Design Optimization of Soft Robots (RAM20; Шанхай/Гонконг)

Инновации
The state of the art of testing standards for integrated robotic systems (RCIM20; Шанхай/США)

Инновации
1 Predictive Inverse Kinematics: Optimizing Future Trajectory through
Implicit Time Integration and Future Jacobian Estimation (IROS19; IS-AIST, Japan)
2 Influence of the Approach Direction on the Repeatability of an Industrial Robot (ApS20, Чехия/Словакия)
3 Natural Frequency Prediction Method for 6R Machining Industrial Robot (ApS20, Шанхай)
4 Optimal Robot Motion for Accelerated Life Testing of a 6-DoF Industrial Robot (ApS20, ЮК)
5 Disturbance observer enhanced variable gain controller for robot teleoperation with motion capture using wearable armbands (AuRob20, Гуанчжоу/ВБ)
6
6 Analytical Expressions of Serial Manipulator Jacobians and their High-Order Derivatives based on Lie Theory (ICRA20, Ухань/ВБ)
7 Ultra-High-Accuracy Visual Marker for Indoor Precise Positioning (ICRA20, Чиба)
7
8 Enhanced D-H: an improved convention for establishing a robot link coordinate system fixed on the joint (IR20, Changzhou)
9 The parameter identification model considering
both geometric parameters and joint stiffness (IR20, Xi’an)

Инновации
1 On Maximizing Manipulability Index while Solving a Kinematics Task (JIRS20; UO Sherbrooke)
2 An approach for jerk-continuous trajectory generation of
robotic manipulators with kinematical constraints (MMT20, Шанхай)
3 Hyper Dual Quaternions representation of rigid bodies kinematics (MMT20, Technion)
4 The XBot Real-Time Software Framework for Robotics (RAM20, IIT)
5 An Analysis of Joint Assembly Geometric Errors Affecting End-Effector for Six-Axis Robots (ROB20, Тайланд)
6 Globally Optimal Inverse Kinematics Method for a Redundant Robot Manipulator with Linear and Nonlinear Constraints (ROB20, Италия/ВБ)
7 MPTC – Modular Passive Tracking Controller for stack of tasks based control frameworks (RSS20, DLR)
8 Scaling laws for parallel motor-gearbox arrangements (IROS20, Брюссель)
9 An Angle Error Compensation Method Based on
Harmonic Analysis for Integrated Joint Modules (SE20, Хефей, КНР)
5
9

Проблемы развития РТ в России
Компоненты
Микросхемы
Уникальные детали
Двигатели
Редукторы, подшипники
Датчики
Применение
Кадры
Заработок на грантах
Заработок на студентах
Отток студентов
Слабая связь с общественностью
минимум социальных проектов, низкое их качество,
мало информации,
Роботы импортные
– люди местные
Крупное производство: процесс движется
Прочее производство: работники дешевле
(з/п меньше, чем в ЕС-США)
Не востребованы массовым потребителем
Кризис объективный – требует субъективного решения, плана и контроля за выполнением

Зачем идти в РТ
гранты, комиссии, кафедры
Академическая сфера:
трудоустройство в компанию/основание собственной
Интеграция:
Карьера за рубежом:
желательно учиться за рубежом и с более ранней ступени

Мировые лидеры
Компании:
Лаборатории:
Университеты:
MIT, Stanford, TUM, Oxford, QUT, IIT, OSU, Sapienza + профессоры

Представление результатов
International Federation of Robotics (IFR) – финансы
[IEEE] Robotics and Automation Society (RAS)
International Federation of Automatic Control (IFAC)
Сообщества:
International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
International Conference on Intelligent Robots (IROS)
International Conference on Automation Science and Engineering (CASE)
International Conference on Field and Service Robotics (FSR)
International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics (AIM)
International Conference on Safety, Security, and Rescue Robotics (SSRR)
International Conference on Humanoid Robots
Конференции:
Журналы:
Transactions on Robotics
Transactions on Mechatronics
Journal of Field Robotics
International Journal of Robotic Research
Robotics & Automation Magazine
SPIIRAS Proceedings, МАУ, РТК

Информационные ресурсы
Springer Handbook of Robotics (2ed)
Springer Tracts in Advanced Robotics
Robot Dynamics and Control (Spong, 2004)
Theory of Ground Vehicles (Wong, 2008)
Robotics, Vision and Control (P. Corke), 2017
Planetary Rovers. Robotic Exploration of the Solar System (A. Ellery), 2016
Cartesian Impedance Control of Redundant and Flexible-Joint Robots (C. Ott), 2008
Литература:
Unite.AI: https://www.unite.ai/ (https://www.unite.ai/conferences/)
WikiCFP: http://www.wikicfp.com/cfp/call?conference=robotics
Robotics and Intelligent Systems: http://www.stengel.mycpanel.princeton.edu/MAE345.html
Robohub: https://robohub.org/
Reddit.Robotics: https://www.reddit.com/r/robotics/
RIA. Robotics Online: https://www.reddit.com/r/robotics/
ScienceDaily: https://www.sciencedaily.com/news/matter_energy/robotics/
DailyTechInfo: https://www.dailytechinfo.org/robots/
РобоТехник: http://www.robotexnik.info/
Сайты:
Базы данных:
Scopus, IEEE Xplore, ResearchGate

Информационные ресурсы
Каналы Youtube:
PRO роботов, MATLAB, Northwestern Robotics, AwesomeTech,
Brian Douglas, IRIM Lab Koreatech, Canadian Space Agency,
Robotix with Sina, The Construct, Video DIAG - Sapienza, Università di Roma
FraunhoferIPA, Human Robot Interfaces and physical Interaction (IIT), UT Human Centered Robotics Lab (Техас), Allied Technology, LLC; ispace, RobotWorx,
IFR International Federation of Robotics, Photoneo, Robotic Systems Lab, HoneybeeRoboticsLtd,
Robotics Plus, Arash Ajoudani, UTS: Centre for Autonomous Systems (Сидней),
Janis Stolzenwald, Atsushi Kakogawa, SketchLab KAIST, telerob, KAIST Biorobotics Lab,
Antonio Franchi Twente University, LAAS-CNRS; Tokyo Robotics, Minas Liarokapis, Interactive Robotic Systems Lab at KAIST, Robust Autonomy and Decisions, EIT TUK, REDS Lab - Imperial College London, matsunolab, H2020 Project CENTAURO,
Daniel Sanchez,