Онтологичната система на индустриалните роботи, накратко, е хардуерната част, която съставлява самия робот. Той включва основните компоненти като основата, талията, ръцете, китките и крайните ефектори, които работят заедно за изпълнение на различни индустриални задачи. Зад привидно простата механична конструкция се крие изключително сложна технология и прецизен дизайн.
1.1 Механична структура и степени на свобода
Индустриалните роботи обикновено приемат шарнирни механични структури с 4 до 6 степени на свобода (DOF). Сред тях 3 степени на свобода се използват за контролиране на позицията на крайния ефектор, а другите 1 до 3 степени на свобода се използват за регулиране на позата и посоката на крайния ефектор. Тези степени на свобода позволяват на роботите да изпълняват фини и сложни задачи като боравене, заваряване и сглобяване.
Крайният ефектор (т.е. „ръката“ на роботизираната ръка) може да бъде персонализиран според конкретни сценарии на приложение, оборудван с различни работни инструменти като пистолети за заваряване, вендузи, гаечни ключове, пистолети за пръскане и т.н. Тази гъвкавост позволява на промишлените роботи да се адаптират към различните нужди на различни индустрии.
1.2 Проектиране на прецизни машини и динамично управление
Структурата на тялото на индустриалните роботи не само трябва да отчита изискванията на механиката и динамиката, но също така трябва да има висока точност и висока твърдост. Дизайнът на всеки компонент изисква прецизен динамичен анализ и оптимизация. Като вземем за пример китката, за да се постигне комплексно регулиране на стойката, са необходими множество въртящи се стави (обикновено 3 степени на свобода). Връзката между тези стави генерира вибрации и как да се намалят тези вибрации чрез прецизен контрол, като същевременно се гарантира точността на движението на робота, е предизвикателство за дизайна.
Освен това, за да постигнат висока{0}}прецизна работа, промишлените роботи обикновено изискват повтаряща се точност на позициониране на крайния ефектор, за да достигнат ± 0,05 mm или дори по-висока. Тази прецизност е от решаващо значение за някои ключови индустрии като автомобилостроенето, сглобяването на електронни продукти и др.
1.3 Изисквания за висока производителност за основните компоненти
Производителността на роботите силно зависи от техните основни компоненти, включително серво мотори, редуктори и енкодери. Серво моторите са източникът на енергия за роботите, докато прецизните редуктори (като хармонични редуктори) са отговорни за преобразуването на въртенето на мотора в движението на роботизираната ръка, гарантирайки, че роботът може ефективно и точно да изпълнява задачи. Енкодерът е ключов компонент, използван за откриване на позицията на роботизираната ръка, като гарантира, че всяка става може да бъде прецизно контролирана за движение.
Техническата трудност на тези основни компоненти е относително висока и цената също представлява по-голямата част от цената на тялото на робота. Поради това производителите на роботи често силно персонализират тези компоненти и дори си сътрудничат с водещи доставчици, за да гарантират, че роботите могат да отговарят на изискваните високи-стандарти за производителност.
1.4 Материалознание и технология на производство
За да се поддържа стабилна производителност на промишлените роботи по време на дългосрочна-работа, структурата на тялото често е изработена от специална лята алуминиева сплав или високо{1}}стомана. Тези материали преминават през прецизна машинна обработка и топлинна обработка, за да се балансира здравината, твърдостта и лекотата, като се гарантира, че роботите могат да издържат на дългосрочни-работни натоварвания.
В допълнение към здравината на самия материал, уплътняването на фугата също е много важно проектно изискване. Например индустриалните роботи обикновено изискват определено ниво на защита, за да предотвратят навлизането на прах или течности. Дългосрочните операции с висока-интензивност също могат да причинят износване на компонентите, така че как да изберем материали с добра устойчивост на износване и да я гарантираме чрез прецизни процеси се превърна в друго техническо предизвикателство за роботите.
1.5 Висока интеграция и системна адаптация
Индустриалните роботи не са само прости механични тела, те трябва да бъдат силно интегрирани с множество системи като системи за управление и сензори. Тялото на робота трябва да обменя-данни в реално време с контролера чрез-високоскоростна шина (като EtherCAT), за да коригира точно състоянието си на движение.
В същото време, за да се адаптират по-добре към сложни индустриални среди, роботите също трябва да интегрират различни сензори, като сензори за сила, сензори за зрение и т.н. Тези сензори могат да позволят на роботите да „възприемат“ околната среда и да правят адаптивни реакции. Например, по време на заваряване, роботите могат да използват сензори за сила, за да открият промени в контактната сила, като по този начин точно контролират процеса на заваряване.
Различните сценарии на приложение също имат различни изисквания към роботите. Задачи като обработка, заваряване и сглобяване имат различни изисквания за товароносимостта, обхвата на движение и точността на роботите. Следователно промишлените роботи обикновено трябва да бъдат персонализирани според реалните сценарии на приложение, за да осигурят максимална производителност при специфични условия.
2. Причини индустриалните роботи да заменят човешкия труд: ефективни, прецизни и безопасни
И така, на какво основание индустриалните роботи могат да заменят човешкия труд? Отговорът се крие в тяхната ефективност, прецизност и безопасност.
2.1 Ефективност
Роботите могат да работят 24 часа в денонощието без прекъсване, което значително подобрява ефективността на производството. Особено при някои много повтарящи се задачи, роботите могат бързо да завършат работата си, без да бъдат повлияни от човешки фактори като умора и емоционални колебания.
2.2 Точност
Както споменахме по-рано, промишлените роботи могат да извършват операции с висока-прецизност, което ги прави особено подходящи за сценарии, които изискват строги толеранси и щателна работа. В индустрии като автомобилостроенето и сглобяването на електроника роботите могат да постигнат прецизност, далеч надхвърляща тази на хората, осигурявайки високо-качествени продукти.
2.3 Сигурност
Роботите могат да заменят хората в някои опасни работни места, като например заваряване в среди с висока-температура и работа с радиоактивни материали. Това не само защитава безопасността на работниците, но също така намалява-свързаните с работата злополуки, гарантирайки стабилността и ефективността на производствения процес.
Въпреки че индустриалните роботи са заменили човешкия труд в много области и са изпълнили голям брой тежки задачи, тяхното технологично развитие все още непрекъснато напредва. С непрекъснатия напредък на технологии като изкуствения интелект, интернет на нещата и големите данни, бъдещите промишлени роботи ще станат по-интелигентни, способни на автономна преценка,-вземане на решения и сътрудничество с други устройства за постигане на по-ефективни производствени режими.
Индустриалните роботи не са предназначени да заменят напълно човешкия труд, а да работят в тясно сътрудничество с хората, освобождавайки човешкия труд и позволявайки на хората да се съсредоточат повече върху творчеството,-вземането на решения и-работата на по-високо ниво. В ерата на Индустрия 4.0 роботите са мостът между технологията и производителността и основната движеща сила за трансформацията на съвременната производствена индустрия.