Делаем манипуляторы в России и гордимся ими. Рассказываю всё как есть

Меня зовут Олег Кивокурцев, я из компании Promobot, и мы делаем манипуляторы для промышленности.

Вы мне сейчас скажете: Олег, да это же обычная роборука! Где мы их только не видели! Да чего уж говорить, мы сейчас возьмём какую-нибудь Arduino, приделаем три моторчика и, зная длины направляющих и угловую скорость моторчиков, за день-другой напишем на каком-нибудь micropython софт для этой руки, чтоб она нам брейкданс танцевала. О чём ты тут вообще можешь нам рассказать?

Знаете, о многом.

На самом деле всё примерно так и есть, но посыпьте эту задачку техническими нюансами, серийным производством и b2b особенностями – и вот уже приключение на пару дней превратилось в историю на много лет, со взлётами и падениями. Чем я и хочу с вами поделиться.

Сервисные роботы

Вообще всё начиналось с сервисных роботов – это которые делают какую-то работу по обслуживанию людей (развлекательные, информационные, роботы-помощники итд). Сервисные роботы – довольно спорная и, главное, сложная тема, потому что там только два варианта: сделать хорошо или умереть. Промежуточная стадия – когда оно вроде работает, но ещё недостаточно хорошо – людьми воспринимается крайне негативно. 

Если у такого робота плохая моторика или нет связи с реальностью, то он может начать плохо себя вести. Если антропоморфный робот почти похож на человека, то очень легко попасть в эффект зловещей долины и отпугивать покупателей от буфета. Или наоборот привлекать, кому как.

Да и в принципе антропоморфизм – спорная штука. На некоторых он действительно оказывает вау-эффект, а кто-то наоборот не понимает, зачем это нужно, ведь функция робота – выполнять свою работу, а не быть похожим на человека, и пусть он будет просто коробкой на колёсах. Понятно, что робота делают по форме людей в том числе потому что у нас весь мир вокруг заточен под тело человека, и человекоподобный робот сразу всем сможет пользоваться – двери открывать, в машину садиться, рюкзаки носить. Если вам прям такое нравится, то вам в Detroit: Become Human, там всё красиво и органично, а реальность как всегда более приземлённая, и антропоморфность – скорее задел на будущее.

Ещё люди, увидев робота, сразу вспоминают каких-нибудь Boston Dynamics, у которых огромнейший бюджет и куча опыта. Небольшим компаниям действительно сложно с ними конкурировать. Вот если бы на роботах писали суммарную стоимость их разработки, может, люди бы восхищались еле ползающей железкой, потому что оно ползает всего за 3 копейки! Ну вы поняли.

Вы думаете, я закончил? А вот и нет. Ведь роботы – это ещё и винегрет из технологий, как железных (сервоприводы, сенсоры всякие), так и софтовых (машинное обучение, компьютерное зрение, TTS и STT, нахождение пути итд итп). Если хоть одна из них плохо сработает, то иллюзия “человечности” разрушится.

Всё это я веду к тому, что делать хороших роботов – чертовски сложно.

Но мы делали роботов всё равно. Старались, ошибались, изобретали, развивались. Делали в том числе вот таких ребят:

Роботы для промышленности

В 2022 году экспорт наших роботов резко снизился. Примерно до нуля. Тут же открылась закономерность, что когда снижается спрос, то количество денег на счету почему-то уменьшается (а на экспорт приходилось 40% процентов нашей прибыли, вообще-то). В общем, пришлось немного пересмотреть подход к сервисным роботам, а понятие “Зловещая Долина” вообще стало значить что-то другое, кхм… И да, у нас есть опыт, есть налаженные процессы, и мы всё ещё делаем сервисных роботов, пока на это есть спрос, но уже, конечно, в меньших масштабах. 

А ещё в том же 2022 с импортом случилось примерно то же, что и с экспортом, и рынок манипуляторов в РФ внезапно опустел. И мы решили, что раз мы отходим от создания Терминатора, то можем делать хотя бы руку от него. Большую. Так мы и решили заняться манипуляторами.

А зачем?

Пожалуй, первый вопрос, который хочется задать: зачем вообще эти манипуляторы нужны, если можно нанять кожаного, у которого целых два манипулятора, который более мобилен и который умеет делать сразу много всего “из коробки”? 

Тут поможет диаграмма, созданная лучшими учёными планеты (ладно, просто мной):

Где-то человек выигрывает: 

• Если случается нештатная ситуация, то человек разрулит, а робот нет

• Если нужно куда-то прям далеко дотянуться или даже сходить, то робот так тоже может, но для этого ему придется добавлять степень свободы – условные “ноги” (например, передвижную платформу). Иначе робот ограничен своим рабочим радиусом 1.3м.

• Если вес объекта превышает допустимый – то у робота лапки

• Если на рабочем месте выполняется не одна операция, а много разных (и меняются они по воле мастера цеха по несколько раз на дню), то проще поставить человека, чем постоянно перенастраивать робота под новый техпроцесс (хотя в нашем ПО это относительно несложно сделать) 

Если рассматривать с точки зрения производительности, то тут выигрывают уже манипуляторы. Человеку нужно есть, отдыхать, спать. Человек может заболеть или потерять концентрацию. Манипуляторы не устают, работают 24/7, их надо только периодически обслуживать и чинить. Для монотонной работы а-ля “тысяча рутинных операций в месяц” это самое то.

Ещё манипуляторы можно отправить выполнять опасные или тяжёлые операции. Например, погрузка продукции весом 10 кг на паллеты или же загрузка металлических заготовок в станок с ЧПУ. Тем самым мы избавляемся от человеческого фактора, типа брака из-за усталости или производственных травм.

С другой стороны, изначально манипулятор обойдется дороже. Поэтому манипулятор – это “игра вдолгую”: его нужно купить, настроить и обслуживать спецами (которых, кстати, нужно тоже где-то взять), но зато на длинной дистанции он выигрывает в т.ч. за счёт предсказуемости (нет больничных и отпусков, понятный график ТО, реальный процент брака) и отсутствия “человеческих затрат” (содержание рабочего места, закупка СИЗ итд).

А как их делать?

Делать их непросто, и причин тут несколько. Вот некоторые.

Во-первых, лично нам пришлось полностью пересторить ВСЁ, потому что сервисные роботы и роботы для промышленности, как вы уже, наверно, заметили, слегка отличаются по конструкции и наполнению. Переход от сервисного сектора, где роботы выступают промоутерами или консультантами в МФЦ, аэропортах и музеях, к промышленному сектору, где манипуляторы стоят на производственных линиях – это в том числе переход к совершенно другому способу ведения бизнеса. У заказчиков совершенно разные требования.

В аэропорту робот должен пробуждать интерес и создавать вау-эффект. В производстве робот должен быть самой скучной и предсказуемой вещью на свете.

Во-вторых, ожидания по надёжности тоже совсем разные – если у робота ломается рука, то никто от этого сильно не страдает, можно просто запланировать визит кожаного в ближайшие, скажем, пару недель, чтобы он заглянул к жестяному в гости и починил его. Но не дай бог сломается манипулятор! Скорее всего будет остановка линии производства, и прям с этого момента кто-то начнёт терять деньги, и его праведный гнев будет направлен на создателей манипулятора – на нас.

Чтобы такое не происходило, мы пытаемся делать так, чтобы не ломалось (всегда ваш, Капитан Очевидность). Например, самый трепетный узел – это редуктор, но ещё ни один не сломался, потому что всё посчитано с хорошим запасом по характеристикам. Чтобы всё распланировать и протестировать, уходит уйма времени. Для сравнения – сервисных роботов мы могли спроектировать и запустить в производство в течение месяца. Манипулятор мы начали проектировать в 2022 году, а закончили нормальный серийный вариант во второй половине 2025. Три с половиной года – цена за надёжность и безопасность.

Да, безопасность. Андроид тётя Дуняша в буфете может навредить разве что морально, отказав выдать еду. Манипулятор для промышленности – внушительная штука под 70кг, которая вертится туда-сюда, а рядом зачастую находится человек. Звучит как задел на какую-нибудь хоррор-историю. Наши манипуляторы соответствуют стандартам электрической, механической и химической безопасности, имеют добровольную сертификацию ЕАЭС, входят в реестр отечественной продукции и соответствуют всем межгалактическим стандартам в пределах видимой вселенной – поэтому мы уверены, их карьера в хоррорах обречена. У них просто нет шансов.

В-третьих, почему делать манипуляторы непросто – это требования к точности и повторяемости.

Точность – это способность робота приезжать в нужную точку своей системы координат. Например: сказали проехать 30 мм по прямой – робот проедет эти 30 мм с какой-то погрешностью. Она и будет точностью. Сама по себе точность, хотя и важна, не так критична для выполнения работы манипулятором – скрипты всегда можно подстроить на месте с учетом расхождения системы координат и реальности. 

Гораздо важнее повторяемость. При повторении одного и того же движения манипулятор должен возвращаться в одну и ту же точку. Представим, что для наглядности мы ны него прикрепили очень тонкий карандаш и повторили одно и то же движение многократно – радиус пятна на плоскости, которое получится в результате, и будет повторяемостью. От повторяемости зависит то, чем манипулятор может заниматься – электронику собирать или предметы передвигать. У нас это 0.05мм – не рекорд, но достаточно хороший показатель для тех задач, под которые мы манипулятор делаем – перемещение, упаковка, сортировка и сварка.

Теперь про сборку. Тут хотелось бы как в языках программирования, где в какой-то момент разработки компилятор уже может скомпилировать сам себя. Но мы пока на ранней стадии, поэтому сейчас всё делаем вручную: сборка, пусконаладка, тестирование, упаковка. Мы развиваемся и только готовимся к массовому производству.

В сборке участвует 6 человек, ещё 20 работает на металлообработке, и если все комплектующие есть в наличии, то манипулятор мы делаем за 3 дня. По договору – 60 дней, потому что закладываем сроки на закупку компонентов, тестирование, непредвиденные ситуации и прочие накладные расходы по времени.

Как они работают?

Если по-простому, то манипулятор – это “рука” с шестью суставами (на рисунке они обозначены “СП1” – “СП6”), в каждом таком суставе стоит бесколлекторный электромотор, который через волновой редуктор передаёт движение на следующий элемент. На противоположном от основания суставе – фланец для подключения инструмента и, собственно, сам инструмент. Обычно это просто захват (для перемещения предметов), но может быть, например, сварочный аппарат. Ну и плюс в комплекте идут “чудо-ящик” и пульт управления.

Чудо-ящик – это мозг манипулятора, или шкаф управления. Он нужен для питания и управления устройством, а ещё через него можно интегрировать внешние системы и датчики.

Пульт управления делает именно то, чем он назывется, а ещё на нём есть красная кнопка, которая хоть и называется кнопкой экстренного останова, но используется недоверчивыми пусконаладчиками в любой ситуации, потому что гарантированно обрывает питание манипулятора.

По техническим характеристикам в индустрии есть устоявшиеся стандарты, и все производители им плюс-минус следуют. Мы в том числе.

Почему 6 приводов?

Да, можно и меньше, можно и больше. Чем их меньше, тем меньше процент досягаемых зон – сравните банально палку и щупальце. Тогда почему не делать сразу щупальце? Тут уже встаёт вопрос количества и стоимости компонентов, а ещё становится сложнее и тяжелее рассчитывать углы для всех узлов.

Момент с расчётом углов должен быть знаком тем, кто связывался с геймдевом. Если анимировать персонажа “в лоб”, то есть задавать вручную движения всех суставов, то конечная анимация, скорее всего, будет странной. Поэтому есть инверсная кинематика, где мы задаём конечное положение, а компьютер сам рассчитывает нужные движения суставов с учётом ограничений (например, что локти и колени не выгибаются в обратную сторону). В манипуляторах та же идея – мы знаем желаемое конечное положение, а софт вычисляет, как к нему прийти. Больше степеней свободы – больше вариативность – сложнее вычисления.

Поэтому 6 узлов – это компромисс между быстрой палкой и медленным щупальцем, да простят мне инженеры такую аналогию.

Вот как это выглядит в работе (оно же на youtube):

Какая грузоподъёмность?

Наш прекрасный M13 может поднимать до 13 кг. Тут всё просто:

• Металлическая заготовка для загрузки в станок с ЧПУ весит до 10 кг

• Упаковка готовой продукции в пищевой промышленности, например кейс с кефиром, весит 7 кг

• Пачка бумаги в бумажной промышленности – около 8 кг

Ну то есть возможности нашего железного друга с запасом покрывают типовые веса в массовом производстве – вот такая простая логика.

Что из этого “наше”?

Я знаю, что вы спросите: сколько там компонентов из Китая? И это резонный вопрос.

Примерно 60% себестоимости манипулятора – отечественные компоненты. Никакого супер-патриотизма нет (“берём только наше!”), желания сэкономить на качестве тоже (“берём только самое дешёвое из Китая!”), вообще никакой магии выбора нет: мы смотрим трезвым взглядом на соотношение цена/качество/логистика и берём там, где выгоднее. Поэтому:

• Большая часть расходов – металлообработка и моторы – наше. Моторы, кстати, делают в Челябинской области;

• В Китае закупаем много дешёвых компонентов вроде чипов и метизов;

• Волновые редукторы – самая важная часть для точного и плавного движения. Обычный редуктор может дать погрешность в несколько градусов, а волновой – доли градуса. Мы честно искали волновые редукторы, но хорошего качества в России так и не нашли – поэтому Китай;

• Печатные платы изготавливаются в Екатеринбурге, сборка печатных узлов – на контрактном производстве в Перми;

• Блоки питания, материнская плата, память, процессор, электронные компоненты – Китай. Банально не нашли нужное сочетание стоимости, мощности и размеров на отечественном рынке.

При этом важно упомянуть, что рынок не статичен, постоянно развивается, и мы ожидаем, что доля отечественных комплектующих будет расти.

А как ими пользоваться?

На борту 4 ядра 3.3/4.3 ГГц, 16 Гб RAM, 120 Гб диска. Из интерфейсов WiFi, Ethernet, 3x USB type A, HDMI. Кроме того, в чудо-ящике есть 16 цифровых и 2 аналоговых входа, столько же выходов, и можно подключать датчики и механизмы, тем самым расширяя функциональность манипулятора.

По софту – в девайс встроено наше собственное ПО. Сначала, конечно, мы посмотрели, как выглядит ПО конкурентов из Азии и Европы, взяли удачные решения и исправили недостатки. По нашему супер-скромному мнению, наше ПО в плане удобства и клиентского опыта лучше, чем у конкурентов. 

Называется оно Promobot M Control. Там и GUI для, собственно, управления манипулятором, и что-то вроде IDE с возможностью как визуального (blockly), так и текстового программирования (python). Есть своего рода stdlib с типовыми функциями типа захвата, перемещения, сварки.

Что-то запрограммировать прямо во встроенной IDE – проще простого: обычные вызовы функций, обычные исключения.

from sdk.manipulators.m13 import M13

manipulator = M13(host="127.17.0.1", client_id="1227", login="some_login", password="some_password")
manipulator.connect()
manipulator.get_control()

try:
	manipulator.move_to_angles(3.120811, 2.125490, 3.893102, ...)
except Exception as exc:
    print(exc)

А можно проще?

Можно! У нас есть вот такой парень, Promobot M Edu:

У него всего 4 степени свободы, а поднимать он может до 0,5кг. Название намекает, что он создан для обучения, и так оно и есть – он позволяет вкатиться в мир роботов, автоматизации на производстве, ну и программирования, конечно. Софт, кстати, абсолютно тот же, что и на большом брате.

В восстании машин этот малютка вряд ли будет участвовать, потому что он создан для прекрасного – для творчества. В комплекте идёт “набор юного художника” – экструдер для 3D печати, держатель для пишущих инструментов и захваты (вакуумный и механический).

Потестировать можно у нас в офисе в Перми, у нас есть специальный образовательный класс для этого. Там же и музей роботов, кстати – велкам!

Что дальше?

Мы развиваемся.

2025ый – первый год, когда вся наша выручка – от роботов для промышленности. Мы развиваем манипуляторы, происходит вывод в серию: доучиваем специалистов, устраняем технологические неточности. Постоянно улучшаем надёжность и долговечность.

Сейчас 32 девайса уже трудятся на предприятиях из сфер машиностроения, металлургии, производства. Несколько манипуляторов ушли в сферу образования. В 2026 году планируем создать больше сотни, у нас всё для этого готово.

В отличие от технологических гигантов, мы имеем возможность прислушиваться к отзывам реальных пользователей, чтобы учесть их пожелания / замечания в следующих апдейтах. Готовы выпускать роботов с большей / меньшей грузоподъёмностью – если на это будет спрос.

На самом деле в одной статье всего не уместить, и я намеренно не раскрыл некоторые темы – например, не затронул тему конкурентов и аналогов, лишь вскользь коснулся закупок и отечественного производства, почти не тронул железо, да и про софт достаточно поверхностно рассказал. Если у замечательных читателей Хабра будет интерес узнать всю подноготную робототехники в России – так, как видит её производитель – я к вашим услугам, задавайте свои вопросы или ожидайте следующей статьи. Будет интересно.