Управление роботами

Управление роботами (англ. robot control) — совокупность механических и/или программируемых систем, обеспечивающих точное движение роботов. Оно включает в себя как механические элементы, так и программные компоненты, которые позволяют управлять робототехническими устройствами. Управление роботами может осуществляться различными способами: вручную, по беспроводной связи, полуавтоматически (сочетание полностью автоматического и дистанционного управления), а также полностью автономно с применением искусственного интеллекта.

Архитектура и классификация систем управления

Системы управления роботами классифицируются по степени участия человека. Выделяют следующие основные способы управления:

  • Ручное управление: оператор непосредственно воздействует на исполнительные механизмы робота[1].
  • Дистанционное управление: управление осуществляется на расстоянии (включает копирующее и полуавтоматическое управление)[2].
  • Полуавтономное управление: гибридная модель, при которой робот выполняет часть задач самостоятельно, но требует вмешательства оператора в ключевых ситуациях[1].
  • Автономное управление: робот функционирует полностью самостоятельно, используя датчики и алгоритмы для принятия решений[1].

Архитектура системы управления включает аппаратное и программное обеспечение. Ключевые компоненты аппаратного обеспечения:

  • Контроллеры: центральные вычислительные элементы, обрабатывающие информацию и передающие команды[3].
  • Актуаторы (приводы, моторы): исполнительные устройства, преобразующие управляющие сигналы в физическое движение[3].
  • Сенсоры (датчики): элементы обратной связи (камеры, лидары, гироскопы), собирающие данные об окружающей среде и состоянии робота[3].

Программное обеспечение координирует работу аппаратных компонентов и часто имеет многоуровневую структуру (от управления движением до высокоуровневого планирования задач). В качестве операционной системы для роботов активно применяется ROS 2 (включая такие актуальные дистрибутивы, как Lyrical Luth)[4].

Степень участия человека определяет уровень автономности системы. Согласно ГОСТ Р 60.6.0.1-2021[5], выделяют шесть уровней автономности:

  • Уровень 0 (ручное управление): полное отсутствие автономности, оператор контролирует каждое движение.
  • Уровень 1 (ассистированное управление): робот самостоятельно выполняет одну простую функцию, но большинство процессов контролирует человек.
  • Уровень 2 (частичная автоматизация): выполнение комплексных задач по заданному плану под постоянным контролем оператора.
  • Уровень 3 (условная автоматизация): автономная работа в предсказуемых условиях, вмешательство человека требуется только в непредвиденных ситуациях.
  • Уровень 4 (высокая автоматизация): полная автономность в заданных условиях или на определенной территории.
  • Уровень 5 (полная автоматизация): автономная работа в любой среде и при любых условиях без ограничений[6].

Для связи между компонентами системы и внешними устройствами применяются современные промышленные и беспроводные протоколы. Среди промышленных стандартов широко используются высокоскоростные протоколы на базе Ethernet, такие как EtherCAT и Profinet[7]. Для мобильных и беспилотных систем активно применяются современные стандарты беспроводной связи, включая Wi-Fi 6.

Современные роботы (2000-е — настоящее время)

Медицинские и хирургические системы

В медицине роботы используются для выполнения точных движений, которые сложно воспроизвести человеку. Роботизированная хирургия предполагает внедрение малотравматичных хирургических методов, то есть «процедур через небольшие разрезы». В частности, используется хирургическая система da Vinci: хирург управляет манипулятором робота (удерживающим хирургические инструменты) и камерой через консоль, находясь в некотором удалении. Передача видеоизображения с камеры транслируется на экран, что даёт возможность хирургу видеть область вмешательства. Система имитирует движения кистей рук хирурга и способна фильтровать непроизвольную дрожь. В новых моделях 2024—2026 годов (таких как Da Vinci 5, Senhance и LevshAI) внедрена технология силовой (тактильной) обратной связи, позволяющая хирургу чувствовать сопротивление тканей[8][9].

Военное применение

Первые роботы в армии появились ещё в XIX веке — автоматическое оружие стало возможным благодаря развитию массового производства. В ходе Первой мировой войны начали использоваться первые автоматические системы, включая радиоуправляемые беспилотные летательные аппараты (БПЛА)[10][11]. С тех пор технологии наземного и воздушного вооружения на основе робототехники активно развиваются и становятся неотъемлемой частью современных вооружённых конфликтов. На первых этапах перехода роботы были полуавтоматическими — их дистанционно контролировал человек-оператор. Развитие датчиков и процессоров повысило возможности военных роботов[12]. С середины XX века началось бурное развитие искусственного интеллекта (ИИ)[13], и уже в XXI веке технологии ИИ широко применяются в военных системах, а полуавтоматические системы становятся основой для появления летального автономного оружия (LAWS)[14]. В вооружённых конфликтах 2024—2026 годов значительно расширилось применение наземных роботизированных комплексов (НРК) и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Активно внедряются полуавтономные функции на базе искусственного интеллекта, такие как автоматический захват цели и автономная навигация при потере сигнала[15].

Влияние

По мере повышения автономности оружия возникает неясность в определении грани между противником и гражданским лицом. Идёт дискуссия о способности искусственного интеллекта различать такие категории и о том, насколько этично и гуманно использовать подобные системы (например, если ребёнок невольно работает на противника)[14].

Космические исследования

Космические экспедиции предусматривают отправку роботов для изучения малоизученных участков Вселенной. Роботы для космоса традиционно работают полуавтономно, обладая способностью самостоятельно передвигаться и обеспечивать себя энергией. Для сбора данных и контроля исследований поддерживается постоянная связь между аппаратом и учёными на Земле. Для ровера «Кьюриосити» Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) связь осуществляется через международную сеть антенн, что позволяет круглосуточно отслеживать перемещения аппарата по мере вращения Земли вокруг оси[16]. Марсоход «Perseverance» оснащён усовершенствованной системой автономной навигации AutoNav, позволяющей аппарату самостоятельно анализировать местность, обнаруживать препятствия и прокладывать безопасный маршрут[17]. В 2026 году для марсохода была внедрена технология Mars Global Localization (MGL). Она позволяет роверу точно вычислять своё местоположение, сравнивая снимки с навигационных камер с высокодетальными орбитальными картами, что значительно снижает накопление навигационной ошибки и повышает автономность исследований[18].

Искусственный интеллект

Искусственный интеллект (ИИ) применяют для реализации продвинутого управления роботами, давая им возможность анализировать и адаптироваться к окружающим условиям. Развивается концепция «физического ИИ» (воплощённого ИИ), в которой робот выступает физическим интерфейсом, позволяющим искусственному интеллекту напрямую воспринимать реальный мир и взаимодействовать с ним[19][20]. Технологии ИИ проходят испытания и применяются в различных сферах, включая военную[11][12][13][14]. Интеграция больших языковых моделей (LLM) и фундаментальных моделей (Foundation Models) позволяет системам управления декомпозировать сложные многоэтапные задачи и выполнять команды на естественном языке[21]. Использование архитектур «зрение-язык-действие» (VLA) и универсальных моделей (таких как проект GR00T) обеспечивает возможность обучения без предварительного программирования (Zero-shot learning)[22][23]. Развитие методов переноса политик управления из симуляции в реальность (Sim-to-Real) позволяет применять обученные модели на физических роботах без дополнительной донастройки[24][25]. Для обеспечения надёжности внедряются алгоритмы динамической адаптации, с помощью которых ИИ в реальном времени реагирует на отказы датчиков, изменения нагрузки и характеристик внешней среды[26][27].

Роботы компании Boston Dynamics

Автономный робот «Spot» компании Boston Dynamics использует четыре сенсора для построения карты окружающего пространства. Этот способ известен как SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). У «Spot» несколько режимов управления; при появлении препятствий робот способен переходить из ручного управления в автономный режим и выполнять задачи самостоятельно. Аналогичные методы реализованы в другой модели Boston Dynamics — «Atlas»: в этом случае программное обеспечение управления не задаёт явные перемещения каждого сустава, а строит математическую модель физики движений робота и его взаимодействия с окружающей средой. Благодаря этому инженеры программируют движения робота в целом, что позволяет быстро адаптироваться к сложным обстановкам. Подходы к управлению сильно зависят от конкретных задач и роботов; данные методы сравнительно специфичны[28]. В 2026 году робот «Spot» получил аппаратное обновление в виде сенсорного модуля Spot Cam 2, а также интеграцию с генеративным искусственным интеллектом Gemini Robotics-ER 1.6. Это позволило роботу автономно принимать решения и выполнять задачи на основе команд на естественном языке[29]. В 2024 году была представлена полностью электрическая версия робота «Atlas». С переходом на новую платформу сменилась парадигма управления: вместо прогнозирующих моделей (Model Predictive Control) стало использоваться обучение с подкреплением (Reinforcement Learning). Навыки робота отрабатываются в виртуальной среде и переносятся на физическое устройство с помощью метода Sim-to-Real, а управление парком роботов осуществляется через централизованную программную платформу Orbit[30].[31]

Примечания

  1. 1 2 3 Системы управления промышленными роботами: что важно знать. ltrobotics.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  2. Системы управления роботами. roboticslib.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  3. 1 2 3 Система управления роботом. Яндекс Робототехника. Дата обращения: 28 мая 2026.
  4. ROS 2 Roadmap. docs.ros.org. Дата обращения: 28 мая 2026.
  5. ГОСТ Р 60.6.0.1-2021. Роботы и робототехнические устройства. Сервисные мобильные роботы. Уровни автономности. Термины и определения. gostinfo.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  6. Уровни автономности: от 0 до 5. Яндекс Образование. Дата обращения: 28 мая 2026.
  7. Промышленные протоколы: EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP. Хабр. Дата обращения: 28 мая 2026.
  8. Система da Vinci 5: новое поколение робот-ассистированной хирургии. robot-davinci.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  9. В НИТУ «МИСиС» разработали систему тактильной обратной связи для робота-хирурга «Левша». misis.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  10. Buckley, J. (1998). Warfare and History: Air Power in the Age of Total War. Routledge.
  11. 1 2 McKenna, A. (2016). The Future of Drone Use: Opportunities and Threats from Ethical and Legal Perspectives (B. Custers, ред.). The Hague, The Netherlands: T.M.C. Asser Press. doi:10.1007/978-94-6265-132-6
  12. 1 2 Военные роботы и законы войны (англ.). Brookings. Дата обращения: 28 мая 2026.
  13. 1 2 Smith, C., McGuire, B., Huang, T., & Yang, G. (2006, декабрь). The history of artificial intelligence. https://courses.cs.washington.edu/courses/csep590/06au/projects/history-ai.pdf
  14. 1 2 3 Kessel, Jonah M.. Видео: ИИ упрощает процесс уничтожения. Вот как это происходит. (англ.), The New York Times (13 декабря 2019). Дата обращения: 28 мая 2026.
  15. Военные оценили живучесть роботов «Импульс» на передовой. Monocle (27 мая 2026). Дата обращения: 28 мая 2026.
  16. Связь с Землёй (англ.). NASA Mars Exploration (30 ноября 2017). Дата обращения: 28 мая 2026.
  17. AutoNav на Perseverance. hightech.fm (4 июля 2021). Дата обращения: 28 мая 2026.
  18. GPS для Perseverance. science.mail.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  19. Роботы как физический интерфейс ИИ. Qubot. Дата обращения: 28 мая 2026.
  20. От чат-бота к андроиду: как генеративный ИИ меняет рынок сервисных роботов. Ведомости (25 мая 2026). Дата обращения: 28 мая 2026.
  21. LLM в робототехнике: от заземления инструкций до декомпозиции задач. cogmodel.mipt.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  22. NVIDIA Announces Project GR00T, a Generalist Foundation Model for Humanoid Robots. NVIDIA News. Дата обращения: 28 мая 2026.
  23. Foundation Models for Robot Manipulation (2025). Robotics Center AI. Дата обращения: 28 мая 2026.
  24. Figure ramps humanoid robot manufacturing at unprecedented speed. Robotics and Automation News (27 мая 2026). Дата обращения: 28 мая 2026.
  25. Bridging the Sim2Real Gap: Advancing Robotics for Unpredictable Environments. Iris Publishers. Дата обращения: 28 мая 2026.
  26. ИИ-агенты научились быстро адаптироваться к новым условиям. Наука Mail.ru. Дата обращения: 28 мая 2026.
  27. ИИ-агенты научились быстро адаптироваться к новым условиям. it-text.ru (15 мая 2026). Дата обращения: 28 мая 2026.
  28. Как Boston Dynamics меняет представление об управлении роботами (англ.). IEEE Spectrum. Дата обращения: 28 мая 2026.
  29. Spot Cam 2: Zoom Security. RoboHorizon (январь 2026). Дата обращения: 28 мая 2026.
  30. Atlas Robot RL Simulation Demo Reflection. CTCO Blog. Дата обращения: 28 мая 2026.
  31. Atlas Humanoid Robot. Boston Dynamics. Дата обращения: 28 мая 2026.

Категории