Робототехника

 
 
 
 
 
 
Ж. Г. Вегера, В. В. Слепцов 
 
 
 
 
 
 
 
 
РОБОТОТЕХНИКА 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2026 

 
 
УДК 681.5 
ББК 32.816 
 
В26 
 
 
 
Рецензент: 
доктор технических наук, главный научный сотрудник Института машиноведения 
им. А. А. Благонравова РАН Афонин Вячеслав Леонидович 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Вегера, Ж. Г.  
В26   
Робототехника : учебное пособие / Ж. Г. Вегера, В. В. Слепцов. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2026. – 188 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2897-2 
 
Показаны основные виды промышленных роботов. Представлены структура и 
устройство, системы программного управления, электродвигатели и датчики промышленных роботов. Отдельные главы посвящены беспилотным летательным аппаратам и животноподобным роботам. 
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 12.03.01 «Приборостроение», 15.03.06 «Мехатроника и робототехника», 27.03.03 «Системный анализ 
и управление», а также для специалистов – разработчиков сложных управляющих автоматических систем. 
 
УДК 681.5 
ББК 32.816 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2897-2 
” Вегера Ж. Г., Слепцов В. В., 2026 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2026 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2026 

 
ПДМБГМЖОЙЖ 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 6 
 
РАЗДЕЛ 1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ...................................................... 14 
 
Глава 1.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ ................... 14 
1.1.1. Универсальные ПР .................................................................................... 14 
1.1.2. ПР для дуговой контурной сварки .......................................................... 16 
1.1.3. ПР для точечной контактной сварки ...................................................... 17 
1.1.4. Сборочные ПР ........................................................................................... 18 
1.1.5. ПР для окраски .......................................................................................... 19 
1.1.6. Координатно-измерительные машины и измерительные роботы ....... 20 
1.1.7. Транспортные роботы .............................................................................. 22 
 
Глава 1.2. СТРУКТУРА И УСТРОЙСТВО ПРОМЫШЛЕННЫХ 
РОБОТОВ ................................................................................................................ 24 
 
Глава 1.3. СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ .......................................................................... 28 
1.3.1. Цикловые системы программного управления ..................................... 30 
1.3.2. Позиционные системы управления ......................................................... 33 
1.3.3. Системы контурного управления ............................................................ 36 
1.3.4. Адаптивная система управления ............................................................. 39 
 
Глава 1.4. ДАТЧИКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ .................................... 41 
1.4.1. Датчики положения промышленных роботов ....................................... 41 
1.4.2. Датчики скорости робототехнических систем ...................................... 52 
1.4.3. Датчики момента робототехнических систем ....................................... 57 
 
Глава 1.5. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ ............. 64 
1.5.1. Электродвигатели постоянного тока ...................................................... 64 
1.5.2. Вентильные электродвигатели ................................................................ 66 
1.5.3. Асинхронные электродвигатели ............................................................. 68 
 
Глава 1.6. СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ .......................................................................... 72 
1.6.1. Основные технические характеристики электроприводов ПР ............ 73 
1.6.2. Силовые преобразователи электроприводов с ДПТ ............................. 75 
1.6.3. Силовые преобразователи электроприводов с ВД ................................ 77 
1.6.4. Силовые преобразователи электроприводов с АД ................................ 79 
 
Глава 1.7. РЕГУЛЯТОРЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ .......................................................................... 81 
 
Глава 1.8. РОБОТИЗИРОВАННЫЕ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ............................................................... 85 
 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 1................................................... 92 

 
РАЗДЕЛ 2. КОПТЕРЫ ........................................................................................... 95 
 
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 95 
 
Глава 2.1. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОПТЕРОВ .................. 96 
2.1.1. Состав коптеров ...................................................................................... 103 
2.1.2. Оценка качества коптеров ...................................................................... 107 
 
Глава 2.2. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА  
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ КОПТЕРОВ ..................................................... 110 
2.2.1. Описание основных датчиков параметров ........................................... 110 
2.2.2. Восстановление углов ............................................................................ 112 
2.2.3. Разработка и анализ РЭП ....................................................................... 115 
 
Глава 2.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 
И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ КОПТЕРОВ ................................................... 119 
2.3.1. Разработка функциональной схемы ИИУС квадрокоптеров ............. 122 
2.3.2. Синтез регуляторов ИИУС КК .............................................................. 126 
 
Глава 2.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 
И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ТРИКОПТЕРОВ ............................................ 126 
2.4.1. Разработка функциональной схемы ИИУС трикоптера  
с четырьмя винтами .......................................................................................... 128 
2.4.2. Синтез регуляторов ИИУС ТК с четырьмя винтами .......................... 129 
2.4.3. Разработка функциональной схемы ИИУС трикоптера 
с тремя винтами ................................................................................................. 132 
2.4.4. Синтез регуляторов ИИУС ТК с тремя винтами ................................. 134 
 
Глава 2.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ 
И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ДВУКОПТЕРОВ ........................................... 138 
2.5.1. Разработка функциональной схемы ИИУС двукоптера ..................... 139 
2.5.2. Синтез регуляторов ИИУС двукоптеров .............................................. 140 
 
Глава 2.6. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОПТЕРОВ .................................... 144 
 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 2................................................. 146 
 
РАЗДЕЛ 3. ЖИВОТНОПОДОБНЫЕ РОБОТЫ ............................................. 148 
 
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................... 148 
 
Глава 3.1. РОБОПСЫ ........................................................................................... 148 
3.1.1. Основные характеристики робопсов .................................................... 149 
3.1.2. Устройство робопсов .............................................................................. 151 
 
Глава 3.2. РОБОПЧЕЛЫ ...................................................................................... 154 
3.2.1. Основные характеристики робопчел .................................................... 155 
3.2.2. Устройство робопчел .............................................................................. 155 
 

 
Глава 3.3. РОБОЗМЕИ ......................................................................................... 158 
3.3.1. Области применения ............................................................................... 158 
3.3.2. Основные характеристики змееподобных роботов ............................. 160 
 
Глава 3.4. ГУМАНОИДНЫЕ РОБОТЫ ............................................................. 163 
3.4.1. Разработки гуманоидных роботов ........................................................ 164 
3.4.2. Хронология событий .............................................................................. 171 
 
Глава 3.5. РОБОТОПАУКИ ................................................................................ 178 
 
Глава 3.6. РОБОРЫБЫ ........................................................................................ 180 
 
Глава 3.7. РОБОПТИЦЫ ..................................................................................... 182 
 
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 3................................................. 186 
 
 

 
«Стирая грань между человеком и роботом, 
человечество становится на острую грань» 
 
Игорь Субботин 
 
ГГЖЕЖОЙЖ 
 
Робототехника – область науки и техники, ориентированная на создание 
роботов и робототехнических систем, предназначенных для автоматизации 
сложных технологических процессов и операций, в том числе, выполняемых 
в недетерминированных условиях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ. 
 
Краткая история робототехники 
Основной причиной, заставляющей человека развивать новые сферы науки 
и техники, является присущее ему с давних пор стремление улучшить свою 
жизнь и возможности во взаимодействии с внешней средой. Характер такого взаимодействия весьма разнообразен и может быть не только трудным, но и физически непосильным. Поэтому с незапамятных времен люди мечтали изобрести 
различные инструменты, механизмы, машины с целью облегчения своего труда, 
повышения качества и производительности. Вначале это были мечты, существовавшие в мифах, сказках, преданиях. 
Известен, например, древнегреческий миф о создании богом огня Гефестом двух рабынь из золота, прислуживающих ему, а также золотых треножников, выполнявших простейшие команды типа: принести, подать, унести. 
При раскопках гробниц фараонов археологи обнаруживали усыпальницы 
детей, где были найдены куклы с подвижными руками и ногами. Это первое свидетельство о стремлении людей сотворить искусственного человека. По мере 
развития цивилизации мечты начали воплощаться в такие технические решения, 
как различные механизмы и машины, автоматы для открывания дверей храмов, 
автоматы для продажи «святой» воды и т. п. 
В XVI в. до н. э. римский архитектор Витрувий сформулировал следую- 
щее определение машины: «машина есть взаимосвязанное соединение дере- 
вянных частей, обеспечивающее наибольшую выгоду при поднятии тяжестей. 
Она приводится в действие искусственно». 
Первые автоматы, использующие энергию воды и воздуха, были описаны 
Героном Александрийским в работе «Пневматика» около 120 лет до нашей эры. 
Он же написал первую книгу «Механические проблемы». 
В 1500 г. Леонардо да Винчи создал механического льва, который при 
въезде короля в город открывал герб Франции. С течением времени механизмы 
совершенствовались, на основе различных механизмов делаются попытки создания не только человекоподобных автоматов, но и моделей животных и птиц. 
 

 
Известна, например, искусственная утка французского механика Жака 
Вокансона (1736 г.), которая подобно живой могла прыгать, плескаться в воде, 
крякать, клевать. Известны автоматы швейцарского часовщика Жаке-Дроза 
«Писец», умеющий писать, и «Флейтист», умеющий играть 11 мелодий. 
В 1827 г. в Санкт-Петербурге демонстрировался «Храм очарований или 
механический, физический и оптический кабинеты». Чудеса начинались с лестницы – искусственная женщина начинает играть на валторне, если кто-то заходит на площадку. У входа в зал кланялись механические слуги. Если кто-то 
садился на диван – слуга-автомат выносил поднос с напитками. 
Создание механических автоматов потребовало от человека знания законов механики и позволило определить основные функциональные элементы 
самодействующей техники: движитель, механизм взаимодействия, рабочий инструмент, пусковое устройство. Появилось обоснованное представление о системе как совокупности элементов, которые находятся во взаимосвязи друг 
с другом, влияют друг на друга и на систему в целом. Механизм любой машины 
состоит не из одного, а из нескольких тел, соединенных между собой так, чтобы 
движения рабочих органов машин было определенными. 
В XVII–XVIII веках механические автоматы создавались на основе часовых механизмов, в XIX веке на основе паровых двигателей, а с первой половины ХХ века на базе электромеханических и электронных устройств. Но самые 
совершенные орудия труда пришли на помощь человеку с открытием явления 
обратной связи и познанием его основных закономерностей. 
Первая конструкция автоматического регулятора появилась в 1510 году 
(регулятор подачи зерна на водяных мельницах), в 1760 г. И. П. Ползунов раз- 
работал регулятор уровня, в 1784 г. Джеймс Уатт получил патент на регулятор 
скорости оборотов. 
Таким образом, первые попытки введения обратной связи в механических 
системах были сделаны в XVI–XVIII веках. Обратная связь – это воздействие 
результатов функционирования какой-либо системы (объекта) на характер этого 
функционирования. Подробно свойства обратной связи были изучены Христиа- 
ном Гюйгенсом в 1657 году. Обратная связь позволила создать сервомеханизмы. 
Основная функция сервомеханизма заключается в создании переменного выходного сигнала той же переменной формы, какой обладает и переменный входной 
сигнал с тем условиям, что энергия, связанная с выходным сигналом, должна 
заимствоваться из местного источника, а не поставляться непосредственно входным сигналом. Таким образом, сервопривод является усилителем с обратной связью, в котором причина, приводящая систему в действие, за висит от разности 
выходного и входного сигнала. 
Работа машин и механизмов с обратной связью поддается точному описанию и расчету. Занимается этим особое направление науки – теория автоматического регулирования [1]. 
В 1920 году чешский писатель Карел Чапек пишет пьесу под названием 
«Россумские универсальные роботы». На Всемирной выставке в 1933 г., открывшейся в Чикаго с целью показать достижения техники за последние 100 лет, 

 
был представлен робот, который продевал нитку в иголку. В отделе «медицина» 
макет мужчины читал лекцию о процессе пищеварения. Во время лекции он 
расстегивал жилет и показывал часть грудной клетки и живота. 
В 1958 г. американская фирма «Пленит корпорейшен оф лансинд» изготовила одну из первых моделей механической руки, названной планоботом. Назначение – загрузка, разгрузка станков. Рука имела 45 программируемых положений 
кисти и запястья. В 1961 г. фирма «Дженерал электрик» изготовила хардимена 
(стойкого человека), который мог поднимать и переносить груз до 453,6 кг. 
В 1962 г. американские фирмы «Юнимейшен инкорпорейтед» и «АМФ 
Версатран» создали первые промышленные роботы [2]. Наряду с этим появились 
первые дистанционно управляемые руки – телехирики. В 1970–1975 гг. появились мобильные автооператоры с элементами искусственного интеллекта, управляемые от ЭВМ. Появление в 70-х годах микропроцессорных систем управле- 
ния позволило снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их 
массовое внедрение в промышленность [3]. Этому способствовали также следующие объективные предпосылки развития производства: 
- рост затрат на рабочую силу; 
- насыщение рынка товаров и обострение конкурентной борьбы; 
- дефицит рабочих на опасных, тяжелых и монотонных работах; 
- неполная загрузка оборудования; 
- снижение рождаемости в развитых странах и повышение образовательного уровня; 
- необходимость повышения качества продукции, экономии материалов 
и энергии. 
Со времени появления первого промышленного робота прошло три бума 
роботизации. Первый начался в 1968 г. с применением микропроцессоров для 
управления роботами и быстро закончился из-за ненадежности и несовершенства роботов первого поколения. Второй бум связан с появлением адаптив- 
ных роботов в 1972 г., когда возможности робототехники начали расширяться. 
Появление в 1980 г. роботов с элементами искусственного интеллекта стало 
началом третьего бума промышленной робототехники. 
Эффективность от применения ПР достигается только при комплексном 
подходе к созданию и внедрению ПР. Единичное внедрение промышленных роботов – нецелесообразно [4]. Только расширенное применение ПР будет оправдано как технологически, так и экономически и социально. Применение ПР позволяет переходить к многостаночному обслуживанию, а, следовательно и к экономии рабочей силы, и к работе оборудования в две и три смены. Изменяется 
также и роль рабочего – он становится более квалифицированным специалистом – наладчиком, оператором. 
Применение ПР позволяет решать не только экономические, технические, 
но и социальные вопросы, особенно в случае необходимости за мены рабочего 
на участках с вредными условиями труда. Применение роботов позволяет значительно улучшить качество выпускаемой продукции. Качество машины оценивается совокупностью специально подобранных показателей (или критериев), 

 
выбор которых определяется ее служебным (функциональным) назначением. 
Машины нового поколения должны отвечать таким общим критериям, как отношение цена/качество, высокая надежность и безопасность функционирования, 
гибкость и быстрая реконфигурация при переходе на новое изделие [5]. К числу 
современных требований к функциональным и техническим показателям модулей и машин в первую очередь следует отнести: 
- выполнение качественно новых служебных и функциональных задач; 
- сверхвысокие скорости движения конечного звена машины – ее рабочего 
органа, что определяет новый уровень производительности технологических 
комплексов; 
- компактность модулей и движущихся систем, миниатюризация конструкций; 
- ультрапрецизионные движения модулей с целью реализации новых прецизионных технологий вплоть до микро- и нанотехнологий; 
- новые кинематические структуры и конструктивные компоновки многокоординатных машин; 
- интеллектуальное поведение систем, функционирующих в изменяющихся и неопределенных внешних средах; 
- выполнение пространственных движений по криволинейным траекториям и реализация сложных законов перемещения во времени. 
По мере развития робототехники появились гибкие производственные систем, обеспечивающие полную автоматизацию технологического цикла. Теоретическую основу робототехники составляют два направления – синтез управ- 
ляемых механических устройств и управление механическими устройствами 
с помощью электроники. 
В последние годы в робототехнике происходят качественные изменения, 
основанные на использовании достижений новой науки – мехатроники. Меха- 
троника – это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их 
функциональными движениями. 
 
Терминология в области робототехники 
Единого, общепринятого определения современных роботов пока не существует. Однако многие определения похожи друг па друга и в том или ином виде 
отражают тот факт, что робот активно взаимодействует с внешней средой и проявляет при этом некоторые элементы разумности. Например, в технической литературе можно встретить такое определение: робот - это автономно функционирующая универсальная автоматическая машина, предназначенная для воспроизведения определенных физических, двигательных и умственных функций человека, наделенная теми или иными средствами обратной связи (слухом, зрением, осязанием и т. п.), а также способностью к обучению и адаптации в процессе активного взаимодействия с окружающей средой [6]. 

 
В настоящее время разработан ряд нормативных документов и руководящих материалов по терминологии в робототехнике: 
- ГОСТ 25686-85 «Манипуляторы, автооператоры и про мышленные роботы. Термины и определения»; 
- стандарт СЭВ 5948-87 «Роботы промышленные. Термины и определения»; 
- технический отчет международной организации стандартизации 
ИСО 8379 «Манипуляционные промышленные роботы. Словарь»; 
- терминология, разработанная комиссией по проблеме «Робототехника 
и автоматизированное производство» «Теория робототехнических систем. Терминология».  
Некоторые термины и определения из терминологии «Теория робототехнических систем. Терминология»: 
- РОБОТОТЕХНИКА – область науки и техники, связанная с созданием, 
исследованием и применением роботов. Робототехника охватывает вопросы 
проектирования, программного обеспечения, очувствления роботов, управления ими, а также роботизации промышленности и непромышленной сферы; 
- РОБОТ – многофункциональная перепрограммируемая машина, для полностью или частичного автоматического выполнения двигательных функций 
аналогично живым организмам, а также некоторых интеллектуальных функций 
человека. Под «перепрограммируемостью» понимают возможность замены, 
коррекции или генерации управляющей программы автоматически или при помощи человека. К роботам не относятся, в частности, автооператоры, а также ко- 
пирующие манипуляторы и другие машины, управляемые только человеком – 
оператором; 
- ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ – робот, предназначенный для выполнения 
технологических и (или) вспомогательных операций в промышленности. Различают также в зависимости от специфики применения роботы непромышлен- 
ного назначения, например, «пожарный робот», «сельскохозяйственный робот», 
«военный робот» и т. д.; 
- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ – промышленный 
робот для выполнения технологических переходов, операций, процессов, оснащенный рабочим или измерительным инструментом; 
- ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ – промышленный 
робот для обслуживания технологического оборудования, перемещения объектов, оснащенный захватным устройством; 
- СПЕЦИАЛЬНЫЙ РОБОТ – робот для выполнения одной операции одного вида; 
- СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ РОБОТ – робот для выполнения различных 
операций одного вида; 
- УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РОБОТ – робот для выполнения различных операций различных видов;