Sistemul ontologic al roboților industriali, pe scurt, este partea hardware care constituie robotul însuși. Include componentele principale, cum ar fi baza, talia, brațele, încheieturile și efectorii de capăt, care lucrează împreună pentru a îndeplini diverse sarcini industriale. În spatele structurii mecanice aparent simple se află o tehnologie extrem de complexă și un design precis.
1.1 Structura mecanică și gradele de libertate
Roboții industriali adoptă de obicei structuri mecanice articulate cu 4 până la 6 grade de libertate (DOF). Printre acestea, 3 grade de libertate sunt folosite pentru a controla poziția efectorului final, iar celelalte 1 până la 3 grade de libertate sunt folosite pentru a regla poziția și direcția efectorului final. Aceste grade de libertate le permit roboților să efectueze sarcini fine și complexe, cum ar fi manipularea, sudarea și asamblarea.
Efectorul final (adică „mâna” brațului robotizat) poate fi personalizat în funcție de scenarii de aplicare specifice, echipat cu diferite instrumente de lucru precum pistoale de sudură, ventuze, chei, pistoale de pulverizare etc. Această flexibilitate permite roboților industriali să se adapteze la diferitele nevoi ale diferitelor industrii.
1.2 Proiectare de mașini de precizie și control dinamic
Structura corpului roboților industriali nu numai că trebuie să ia în considerare cerințele mecanicii și dinamicii, ci trebuie să aibă și precizie ridicată și rigiditate ridicată. Proiectarea fiecărei componente necesită o analiză dinamică precisă și o optimizare. Luând încheietura mâinii ca exemplu, pentru a realiza o ajustare complexă a posturii, sunt necesare mai multe articulații pivotante (de obicei 3 grade de libertate). Legătura dintre aceste articulații generează vibrații, iar modul de reducere a acestor vibrații printr-un control precis, asigurând în același timp acuratețea mișcării robotului este o provocare de proiectare.
În plus, pentru a obține o operare de-înaltă precizie, roboții industriali necesită de obicei ca precizia de poziționare repetată a efectorului final să atingă ± 0,05 mm sau chiar mai mare. Această precizie este crucială pentru unele industrii cheie, cum ar fi producția de automobile, asamblarea produselor electronice etc.
1.3 Cerințe de înaltă performanță pentru componentele de bază
Performanța roboților depinde în mare măsură de componentele lor de bază, inclusiv de servomotoare, reductoare și encodere. Servomotoarele sunt sursa de energie pentru roboți, în timp ce reductoarele de precizie (cum ar fi reductoarele armonice) sunt responsabile pentru transformarea rotației motorului în mișcarea brațului robotizat, asigurând că robotul poate îndeplini sarcinile în mod eficient și precis. Codificatorul este o componentă cheie folosită pentru a detecta poziția brațului robotizat, asigurând că fiecare articulație poate fi controlată cu precizie pentru mișcare.
Dificultatea tehnică a acestor componente de bază este relativ mare, iar costul reprezintă, de asemenea, cea mai mare parte a costului corpului robotului. Prin urmare, producătorii de roboți personalizează adesea aceste componente și chiar colaborează cu furnizori de top pentru a se asigura că roboții pot îndeplini standardele de-performanță ridicată necesare.
1.4 Știința materialelor și tehnologia de fabricație
Pentru a menține performanța stabilă a roboților industriali în timpul funcționării pe termen lung-, structura caroseriei este adesea realizată din aliaj special de aluminiu turnat sau oțel de înaltă-rezistență. Aceste materiale sunt supuse prelucrarii de precizie și tratamentului termic pentru a echilibra rezistența, rigiditatea și greutatea redusă, asigurând că roboții pot rezista la sarcini de lucru pe termen lung-.
Pe lângă rezistența materialului în sine, performanța de etanșare a îmbinării este, de asemenea, o cerință de proiectare foarte importantă. De exemplu, roboții industriali necesită de obicei un anumit nivel de protecție pentru a preveni pătrunderea prafului sau a lichidelor. Operațiunile de mare-intensitate pe termen lung pot cauza, de asemenea, uzura componentelor, așa că modul de a alege materiale cu rezistență bună la uzură și de a le asigura prin procese de precizie a devenit o altă provocare tehnică pentru roboți.
1.5 Integrare ridicată și adaptare a sistemului
Roboții industriali nu sunt doar simple corpuri mecanice, ei trebuie să fie foarte integrați cu mai multe sisteme, cum ar fi sistemele de control și senzorii. Corpul robotului trebuie să facă schimb de date-în timp real cu controlerul printr-o magistrală-de mare viteză (cum ar fi EtherCAT) pentru a-și ajusta cu precizie starea de mișcare.
În același timp, pentru a se adapta mai bine la medii industriale complexe, roboții trebuie, de asemenea, să integreze diverși senzori, cum ar fi senzori de forță, senzori de viziune etc. Acești senzori le pot permite roboților să „percepe” mediul înconjurător și să dea răspunsuri adaptative. De exemplu, în timpul sudării, roboții pot folosi senzori de forță pentru a detecta modificările forței de contact, controlând astfel cu precizie procesul de sudare.
Diferite scenarii de aplicație au și cerințe diferite pentru roboți. Sarcini precum manipularea, sudarea și asamblarea au cerințe diferite pentru capacitatea de încărcare, intervalul de mișcare și precizia roboților. Prin urmare, roboții industriali trebuie de obicei personalizați în funcție de scenariile reale de aplicare pentru a asigura performanță maximă în condiții specifice.
2. Motivele pentru care roboții industriali înlocuiesc munca umană: eficienți, precisi și siguri
Deci, pe ce bază pot roboții industriali să înlocuiască munca umană? Răspunsul constă în eficiența, precizia și siguranța lor.
2.1 Eficiență
Roboții pot lucra 24 de ore pe zi fără întrerupere, îmbunătățind considerabil eficiența producției. În special în unele sarcini foarte repetitive, roboții își pot finaliza rapid munca fără a fi afectați de factori umani, cum ar fi oboseala și fluctuațiile emoționale.
2.2 Precizie
După cum am menționat mai devreme, roboții industriali pot realiza operațiuni de-înaltă precizie, făcându-i deosebit de potriviți pentru scenarii care necesită toleranțe stricte și operare meticuloasă. În industrii precum producția de automobile și asamblarea electronică, roboții pot obține o precizie mult peste cea a oamenilor, asigurând produse de-înaltă calitate.
2.3 Securitate
Roboții pot înlocui oamenii în anumite locuri de muncă periculoase, cum ar fi sudarea în medii cu temperatură înaltă-și manipularea materialelor radioactive. Acest lucru nu numai că protejează siguranța lucrătorilor, ci și reduce accidentele-de muncă, asigurând stabilitatea și eficiența procesului de producție.
Deși roboții industriali au înlocuit munca umană în multe domenii și au finalizat un număr mare de sarcini grele, dezvoltarea lor tehnologică este încă în continuă progres. Odată cu progresul continuu al tehnologiilor precum inteligența artificială, internetul obiectelor și big data, viitorii roboți industriali vor deveni mai inteligenți, capabili de judecată autonomă,-luarea deciziilor și colaborarea cu alte dispozitive pentru a obține moduri de producție mai eficiente.
Roboții industriali nu sunt meniți să înlocuiască complet munca umană, ci să lucreze îndeaproape cu oamenii, eliberând forța umană și permițându-le oamenilor să se concentreze mai mult pe creație, luarea-decizională și munca-la nivel superior. În era Industriei 4.0, roboții sunt puntea dintre tehnologie și productivitate și forța motrice de bază pentru transformarea industriei moderne de producție.