Совершенный РОБОТник

Робототехника была и остается одной из самых быстро развивающихся индустрий в мире. Прогресс в этой отрасли идет вперед семимильными шагами. И если несколько десятилетий назад робот был героем фантастических книг, то современные машины умеют копировать действия насекомых, животных, человека и даже моделировать собственное поведение. Промышленные «киборги» выполняют разнообразные движения в трехмерной системе координат. Они точны, обучаемы, обладают значительной силой и могут выполнить множество рутинных повторяющихся операций.

От сварки и резки до термической обработки металлов, от упаковки блинчиков до сортировки косметической продукции — промышленные роботы представлены сейчас практически в каждой отрасли. Они вошли даже в массовую культуру развлечений: к примеру, могут танцевать на сцене.

Медицина

На прием к роботу

С возникновением массового производства высоконадежных роботов их применение в физиотерапии при реабилитации неврологических больных стало реальностью.

Например, одна из сложнейших задач — восстановление пациентов, страдающих спастическим гемипарезом (односторонний паралич тела). Это заболевание вызывается рядом причин, самая распространенная из которых — инфаркт головного мозга (инсульт). Также к спастическому гемипарезу могут привести травмы, опухоли, рассеянный склероз и врожденные пороки развития.

Печально, но после инсульта полностью восстанавливаются лишь 20% выживших больных. Эти пациенты нуждаются в усовершенствованной терапии не только в остром периоде, но и на этапе реабилитации.

В России, согласно статистике, число перенесших инсульт составляет 390 человек на 100 тыс. По данным службы «скорой помощи», в одной Москве ежедневно регистрируется от 70 до 100 инфарктов головного мозга. Эффективность лечения таких пациентов можно значительно повысить за счет привлечения роботов.

У людей, перенесших инфаркт головного мозга, наблюдается положительная реакция на пассивные перемещения парализованных конечностей, происходит переобучение головного мозга, за счет которого можно достичь некоторого восстановления функций. В случае с руками, например, пассивное движение предполагает следующие действия: физиотерапевт в течение 40–45 мин. выполняет сгибание и разгибание локтевого сустава пациента. Чтобы получить максимальный эффект от реабилитации, такие процедуры надо повторять 2–3 раза в день на протяжении 4–5 недель. После чего несколько месяцев больному следует выполнять более активные упражнения. Эффективность лечения можно значительно повысить за счет привлечения роботов.

Первые шаги

Робот-упаковщик на конвейерной линии

Реабилитационная робототехника ведет свое начало с 80-х годов прошлого века. Однако в связи со значительным количеством несчастных случаев, происходивших из-за грубого характера движений «железных докторов», они были признаны непригодными для применения в процессах реабилитации больных. И только в 1999 г. у исследователей Будапештского университета технологии и экономики возникла идея об использовании стандартных полномасштабных промышленных роботов в лечебно-оздоровительных процедурах. Первым проектом в этой сфере стал REHAROB — робот, представляющий собой программируемый манипулятор, способный перемещать детали или инструменты по заданному пути с точной скоростью и в определенном пространственном положении. При использовании в роли терапевтических роботов их возможности могут применяться для перемещения руки пациента. Система была снабжена множеством дублированных средств обеспечения безопасности больного и оператора. Помимо этого, разработчики системы REHAROB снизили максимальную скорость перемещения манипулятора с 3 до 0,25 м/с.

Аппарат снабжен измерительными приборами и ортопедическими держателями (изготавливаемыми по индивидуальной мерке захватми, фиксирующими плечо и запястье пациента в ходе процедуры). Держатели снабжены стандартным шестикоординатным датчиком усилия и крутящего момента, а также механизмом аварийной разблокировки. Последний может быть запущен как по аварийному сигналу от пациента или физиотерапевта, так и самой системой. Реакция машины заключается в немедленном отсоединении конечности пациента от манипуляторов робота.

Проверено

Клинические испытания терапевтической системы REHAROB проводились в Национальном институте медицинской реабилитации в г. Будапеште (Венгрия). Первые проверки проходили в течение четырех месяцев. Двенадцать пациентов, страдающих нарушениями различной степени, прошли в общей сложности 240 сеансов физиотерапии с применением робота (каждый по 20 сеансов продолжительностью 30 мин.). При этом у всех наблюдалось значительное улучшение состояния. Пациенты находили упражнения с роботом не менее эффективными и успокаивающими, чем традиционные ручные пассивные упражнения. Испытания показали, что новая робототехническая система работает надежно и безопасно, пациенты не боятся машины, а физиотерапевты не испытывают сложностей при обучении работе с ней.

Вызывает интерес ваш технический прогресс
У московского подразделения компании АББ «Дискретная автоматизация и движение» есть собственный учебный центр. Весной 2013 г. его посетили студенты, обучающиеся на 4 и 5 курсах МГТУ им. Баумана по специальности «Робототехника». Инженеры компании АББ рассказали им об устройстве и особенностях промышленных манипуляторов, сферах их применения и перспективах, которые они открывают для различных отраслей нашей жизни. Затем студентам была предоставлена возможность попробовать себя в качестве специалиста, управляющего манипулятором. Сегодня в МГТУ им. Баумана уже установлено программное обеспечение RobotStudio, предоставленное компанией АББ. Оно позволяет учащимся на практике овладевать современными технологиями.

В 2008 г. на разработку REHAROB был получен медицинский сертификат в венгерском надзорном органе ORKI, который дает возможность использовать систему для регулярной работы с пациентами. В настоящее время проходит второй этап контролируемых клинических испытаний, по результатам которых REHAROB будет доработана и подготовлена к массовому производству.

Аэропорты

Роботы способны снять часть груза с человеческих плеч не только в переносном, но и в прямом смысле. Так, разработки компании АББ протягивают руку помощи грузчикам в аэропортах.

Тяжелоатлет

Роботы-сварщики на сборочной линии автомобильного концерна

После регистрации багажа перед посадкой на самолет лента конвейера быстро уносит чемоданы, и увидеть их снова пассажир сможет только после приземления в другой точке земного шара. За кулисами невидимые зрителю мощные средства обработки обеспечивают транспортировку багажа по настоящему лабиринту сортировочных операций к пункту назначения.

И хотя в части «чемоданного путешествия» используется весьма хитроумная техника, собственно погрузка и разгрузка багажа и по сей день осуществляются вручную, и к этим тяжелым и опасным работам привлекается огромный штат грузчиков. Иной чемодан весит больше двадцати килограммов, а каждому сотруднику, как правило, приходится ежечасно переносить не менее тонны багажа. Неизбежным следствием физического напряжения, связанного с перемещением таких тяжелых вещей, является профессиональный травматизм: растяжения, вывихи и пр.

Специально для того, чтобы снять с людей выполнение задач, вредных для их здоровья, был разработан автоматизированный комплекс погрузки.

Первый образец такого робота был установлен компанией АББ и успешно прошел все стадии испытаний в Цюрихском аэропорту. Оказалось, что автоматизированный комплекс погрузки багажа позволяет:

• минимизировать объем ручного труда;
• сократить скорость перевалки сумок и чемоданов (а это один из главных факторов, определяющих конкурентоспособность современного аэропорта);
• сделать зал выдачи более комфортным для пассажиров (им не придется тратить много времени на ожидание багажа).

Следует иметь в виду, что сам по себе робот — это только часть общего технического решения. До того как осуществить погрузку чемоданов, необходимо выполнить две другие операции: проанализировать багажное место и составить технологическую схему загрузки специальных контейнеров для сумок.

Анализ и погрузка вещей

Роботы-сварщики на сборочной линии автомобильного концерна

Крупным технологическим нововведением является система скрининга, обеспечивающая взвешивание и обмер багажа, определение пункта назначения, класса билета пассажира и габаритов предназначенного для вещей места. На основании данных, полученных при скрининге, робот определяет схему пакетирования, обеспечивающую оптимальное заполнение багажных контейнеров.

В ходе этой работы создается «ведомость загрузки», содержащая точные данные о весе каждого контейнера, а также подробные данные о местоположении каждого багажного места. Это оказывается особенно удобным в тех случаях, когда возникает необходимость снять багаж с рейса, ведь, как известно, самолет не имеет права взлететь с чемоданом, владелец которого не явился на посадку. Сегодня немало рейсов задерживается именно из-за того, что бригады грузчиков занимаются выискиванием в трюмах самолетов багажа, подлежащего снятию с маршрута.

Для робота-погрузчика предусмотрены две базовые конфигурации: стационарная и мобильная. В первом случае машина постоянно остается на одном и том же месте в окружении некоторого количества контейнеров, а багаж подается к нему по двум транспортерам.

В мобильном варианте робот перемещается по рельсовому пути, на каждом из концов которого имеется транспортерный податчик багажа, с которого и захватываются чемоданы. Мобильная конфигурация позволяет обслуживать большее количество контейнеров.

* * *

Промышленные роботы уже давно применяются в различных производственных процессах на предприятиях. Сегодня киборги выходят за переделы цехов заводов, привнося в жизнь людей комфорт и удобство. Учитывая современное развитие техники, скоро машины будут обслуживать нас в ресторанах, доставлять домой на такси, встречать в гардеробе в театре, указывать номер в гостинице. А нам остается лишь фантазировать, чему еще можно научить киборгов.