Мобильный манипулятор

В качестве мобильной базы могут использоваться как классические автоматизированные транспортные системы, так и автономные мобильные роботы. Преимуществом последних является возможность свободной автономной навигации, что позволяет поддерживать манипулятор при возникновении проблем (объект вне досягаемости, невозможность манипуляции с текущей позиции, изменение положения обрабатываемых деталей и др.), а не просто перемещать его между фиксированными позициями.

Манёвренность платформы играет ключевую роль. В отличие от АГВ, мобильный робот может динамически перемещаться к назначенным позициям. Классическая дифференциальная кинематика ограничивает манёвры особенно рядом с рабочими станциями, из-за чего приходится прибегать к маневрированию. Всё большее распространение получают всенаправленные приводы.

Если мобильный манипулятор должен эффективно перемещать объекты, он должен быть оснащён подходящими полками или площадками для размещения. Подобные конструкции также позволяют менять охват объекта без использования второй руки (например, чтобы открыть бутылку пива, её приходится сначала поставить, сменить хват и затем налить). Более крупные платформы делают работу робота в принципе эффективнее, но усложняют его навигацию.

Использоваться может как промышленный робот, так и специально разработанная рука. В последние годы благодаря коммерческому выходу небольших и лёгких роботизированных рук, необходимость в самостоятельной разработке собственных манипуляторов значительно снизилась.

Эндэффектор подбирается в зависимости от объекта манипулирования. Антропоморфные хвататели с несколькими подвижными пальцами становятся всё более доступны и применяются преимущественно в исследованиях.

Для манипулирования объектами мобильному манипулятору почти всегда требуется система компьютерного зрения. Даже если выполняются лишь заранее запрограммированные движения, необходимо учитывать расхождение между текущим и изначальным положением платформы. Для выполнения задач, требующих замены человеческого труда, робот должен справляться и с неупорядоченными деталями (hand bin picking), и с переменными позициями объектов.

Управление мобильными роботами и манипуляторами отдельно развивается давно. При объединении же двух систем резко возрастает количество возможных ошибок, что требует внедрения дополнительного координирующего управления. Последнее должно самостоятельно находить пути решения, если задание из текущей позиции недостижимо, но может быть выполнено при ином расположении. В этом помогает управление всей системой как замкнутой кинематической цепью, что, однако, усложняется избыточностью.

В принципе, для мобильных манипуляторов возможно переиспользование охранных систем для стационарных манипуляторов и автономных транспортных средств. Однако при совместной работе с людьми или другими транспортными средствами к системе безопасности предъявляются новые, повышенные требования из-за множества потенциально опасных ситуаций.

Комбинация мобильных платформ и манипуляторных рук имеет гораздо более выраженные плюсы и минусы, чем сумма их по отдельности.

Преимущества:

• Функциональные возможности и сферы применения таких роботов возрастают скачкообразно.
• Система становится значительно менее зависимой от вспомогательных механизмов (станций загрузки/выгрузки, конвейеров, устройств передачи и т. п.), что, по крайней мере теоретически, может снизить стоимость.
• Благодаря мобильным манипуляторам становится возможна автоматизация сложных физических задач, ранее выполнявшихся только человеком и зачастую приводивших к профзаболеваниям.
• Система гибко реагирует на изменения — например, смещением базы при недосягаемости объекта.

Недостатки:

• Требования обеих составляющих зачастую противоречат друг другу:
  • Рука нуждается в массивной и устойчивой базе для эффективной работы, тогда как платформа должна быть по возможности компактной и лёгкой для навигации.
  • Чем меньше желаемый тактовый цикл платформы, тем быстрее придётся ей двигаться, но из-за этого возрастает погрешность позиционирования. Соответственно, при меньшей точности стартовой позиции арм-роты увеличивается из-за дополнительных коррекций.
  • Для увеличения времени работы при аккумуляторном питании желательно минимизировать вес и энергопотребление устройства. Но эффективность манипулятора, наоборот, зависит от числа функций (и чаще всего дополнительных элементов).
• При изменении положения платформы традиционная вспомогательная инфраструктура (направляющие, конвейеры, фиксированные рабочие позиции, освещение и др.) становится неприменимой или требует заметно большей сложности.
• Многие мобильные манипуляторы недостаточно гибки для быстрой смены рабочих задач, что является одной из главных преград их массового внедрения в малых и средних предприятиях^[1].
• Взаимодействие с людьми порождает новые риски, и требования к технике безопасности существенно возрастают, ограничивая возможные способы применения.
• В настоящее время не существуют полностью подходящих стандартов и рекомендаций по проектированию подобных систем, поэтому юридические последствия возможных повреждений или аварий предсказать сложно.
• Рост числа вариантов поведения приводит к пропорциональному росту требований к общей системе управления, особенно в части автономной обработки ошибок; поэтому повышается и риск простой машины.

Рынок коммерческих мобильных манипуляторов, объединяющих автономные мобильные платформы (AMR) с роботизированными руками, демонстрирует уверенный рост. По прогнозам, в 2025 году объём мирового рынка достигнет от 747 до 760 миллионов долларов США^[2]. Этот сегмент становится ключевым элементом автоматизации в логистике и на производстве^[2].

Одной из ключевых технологических тенденций 2025 года стало упрощение программирования и управления роботами, что делает автоматизацию более доступной. На ведущей европейской выставке Automatica 2025 компания KUKA представила программного ассистента iiQWorks.Copilot, который использует искусственный интеллект для генерации кода на основе текстового ввода^[3]. Этот подход соответствует общей стратегии компании «Делать автоматизацию проще» (англ. Making automation easier)^[4]. Другим направлением развития является совершенствование систем навигации. Например, компания ABB анонсировала автономного мобильного робота, оснащённого системой навигации Visual SLAM на базе искусственного интеллекта, что повышает его автономность и точность перемещения^[5].

Сферы использования мобильных манипуляторов весьма обширны и продолжают развиваться. Самые известные применения включают:

Самая известная и яркая задача для мобильных манипуляторов, широко демонстрируемая в научных проектах и медиа, — «принести пиво»^[6]. Такие задачи хотя и имеют ограниченный экономический смысл, но представляют значительный научный интерес.

В 2025 году были представлены коммерческие сервисные роботы, ориентированные на бытовое и общественное использование. Например, компания Fourier представила компактного гуманоидного робота GR-3, предназначенного для помощи в домах, школах и больницах; его корпус покрыт сенсорной кожей для безопасного взаимодействия с людьми. Другим примером стал первый двуногий сервисный робот от Keenon Robotics — X-Men F1, способный выполнять задачи по обслуживанию, такие как подача напитков или демонстрация продуктов^[7].

С ростом численности пожилых и нуждающихся в опеке людей растёт спрос на специалиста по уходу. По прогнозам, к 2050 году доля нуждающихся в уходе к числу занятых утроится^[8]. В связи с этим, особенно в Японии, интенсивно ведутся исследования в области роботизированной поддержки ухода за людьми.

Современные разработки также нацелены на эту область. Например, представленный в 2025 году гуманоидный робот Fourier GR-3 позиционируется для использования в больницах, а его корпус с сенсорной кожей обеспечивает безопасное взаимодействие с людьми. В том же году был анонсирован сервисный робот Keenon X-Men F1, одной из функций которого является помощь в медицинских учреждениях.

Ведутся разработки по использованию мобильных манипуляторов для комплектации тяжёлых и негабаритных деталей. Цель — минимизация ошибок, приводящих к значительным издержкам, а также снятие тяжёлых и опасных задач с людей, что особенно важно при стареющем коллективе. В 2025 году это направление получило развитие с появлением коммерческих решений, нацеленных на автоматизацию складских операций. Одним из примеров является робот Stretch от Boston Dynamics, специально разработанный для разгрузки трейлеров и контейнеров^[9]. Он оснащён одним манипулятором с вакуумным захватом, способен перемещать коробки весом до 23 кг^[10] и используется такими компаниями, как DHL, Gap и H&M. Другим решением стал представленный в марте 2025 года промышленный мобильный манипулятор Mech от компании Dexterity. Эта модель оснащена двумя руками, каждая из которых способна поднимать до 29 кг. Управляемый с помощью искусственного интеллекта и 16 камер, Mech может автономно передвигаться по складу, формировать палеты, а также загружать и разгружать трейлеры^[11].

К ведущим мировым производителям коммерческих мобильных манипуляторов по состоянию на 2025 год относятся:

• Германия
  • Artur Bär Maschinenbau GmbH
  • KUKA
  • Neobotix GmbH
• Дания
  • Mobile Industrial Robots (MiR)^[13]
  • Universal Robots^[13]
• Россия
  • Ronavi Robotics^[14]
• США
  • Boston Dynamics
  • Fetch Robotics (в составе Zebra Technologies)^[15]
• Швейцария
  • Stäubli
• Швейцария / Швеция
  • ABB
• Япония
  • FANUC
  • Omron Adept Technologies^[16]
  • YASKAWA