Īsāk sakot, rūpniecisko robotu ontoloģijas sistēma ir aparatūras daļa, kas veido pašu robotu. Tas ietver galvenās sastāvdaļas, piemēram, pamatni, vidukli, rokas, plaukstas un gala efektorus, kas darbojas kopā, lai veiktu dažādus rūpnieciskus uzdevumus. Aiz šķietami vienkāršās mehāniskās struktūras slēpjas ārkārtīgi sarežģīta tehnoloģija un precīzs dizains.
1.1. Mehāniskā uzbūve un brīvības pakāpes
Rūpnieciskie roboti parasti izmanto šarnīrveida mehāniskās struktūras ar 4 līdz 6 brīvības pakāpēm (DOF). Starp tiem 3 brīvības pakāpes tiek izmantotas, lai kontrolētu gala efektora pozīciju, bet pārējās 1 līdz 3 brīvības pakāpes tiek izmantotas, lai pielāgotu gala efektora pozu un virzienu. Šīs brīvības pakāpes ļauj robotiem veikt smalkus un sarežģītus uzdevumus, piemēram, apstrādi, metināšanu un montāžu.
Gala efektoru (ti, robotizētās rokas "roku") var pielāgot atbilstoši konkrētiem pielietojuma scenārijiem, aprīkojot ar dažādiem darba instrumentiem, piemēram, metināšanas pistolēm, piesūcekņiem, uzgriežņu atslēgām, smidzināšanas pistolēm utt. Šī elastība ļauj rūpnieciskajiem robotiem pielāgoties dažādu nozaru dažādajām vajadzībām.
1.2 Precīzijas mašīnu dizains un dinamiskā vadība
Rūpniecisko robotu korpusa uzbūvei ne tikai jāņem vērā mehānikas un dinamikas prasības, bet arī jābūt ar augstu precizitāti un augstu stingrību. Katra komponenta dizains prasa precīzu dinamisku analīzi un optimizāciju. Ņemot par piemēru plaukstas locītavu, lai panāktu sarežģītu stājas regulēšanu, ir nepieciešami vairāki grozāmie savienojumi (parasti 3 brīvības pakāpes). Savienojums starp šiem savienojumiem rada vibrācijas, un tas, kā samazināt šīs vibrācijas, izmantojot precīzu vadību, vienlaikus nodrošinot robota kustības precizitāti, ir dizaina izaicinājums.
Turklāt, lai sasniegtu augstu{0}}precizitāti, rūpnieciskajiem robotiem parasti ir nepieciešama atkārtota gala efektora pozicionēšanas precizitāte, lai sasniegtu ± 0,05 mm vai pat augstāku. Šī precizitāte ir ļoti svarīga dažām galvenajām nozarēm, piemēram, automobiļu ražošanai, elektronisko izstrādājumu montāžai utt.
1.3 Augstas veiktspējas prasības galvenajiem komponentiem
Robotu veiktspēja lielā mērā ir atkarīga no to galvenajiem komponentiem, tostarp servomotoriem, reduktoriem un kodētājiem. Servo motori ir robotu enerģijas avots, savukārt precīzijas reduktori (piemēram, harmonikas reduktori) ir atbildīgi par motora rotācijas pārvēršanu robota rokas kustībā, nodrošinot, ka robots var efektīvi un precīzi veikt uzdevumus. Kodētājs ir galvenais komponents, ko izmanto, lai noteiktu robotizētās rokas pozīciju, nodrošinot, ka katru locītavu var precīzi kontrolēt kustībai.
Šo galveno komponentu tehniskās grūtības ir salīdzinoši augstas, un izmaksas arī veido lielāko daļu robota korpusa izmaksu. Tāpēc robotu ražotāji bieži ļoti pielāgo šos komponentus un pat sadarbojas ar vadošajiem piegādātājiem, lai nodrošinātu, ka roboti atbilst nepieciešamajiem augstas veiktspējas{1}}standartiem.
1.4. Materiālzinātne un ražošanas tehnoloģija
Lai nodrošinātu rūpniecisko robotu stabilu veiktspēju ilgstošas darbības laikā-, korpusa struktūra bieži ir izgatavota no īpaša alumīnija sakausējuma vai augstas -izturības tērauda. Šie materiāli tiek precīzi apstrādāti un termiski apstrādāti, lai līdzsvarotu izturību, stingrību un vieglumu, nodrošinot, ka roboti var izturēt ilgstošas- darba slodzes.
Papildus paša materiāla izturībai ļoti svarīga konstrukcijas prasība ir arī savienojuma blīvējuma veiktspēja. Piemēram, rūpnieciskajiem robotiem parasti ir nepieciešams noteikts aizsardzības līmenis, lai novērstu putekļu vai šķidrumu iekļūšanu. Ilgtermiņa augstas-intensitātes darbības var izraisīt arī komponentu nodilumu un plīsumu, tāpēc tas, kā izvēlēties materiālus ar labu nodilumizturību un nodrošināt to, izmantojot precīzus procesus, ir kļuvis par vēl vienu tehnisku izaicinājumu robotiem.
1.5 Augsta integrācija un sistēmas pielāgošana
Rūpnieciskie roboti nav tikai vienkārši mehāniski korpusi, tiem jābūt ļoti integrētiem ar vairākām sistēmām, piemēram, vadības sistēmām un sensoriem. Robota ķermenim ir jāapmainās ar reāllaika datiem ar kontrolieri, izmantojot ātrgaitas kopni (piemēram, EtherCAT), lai precīzi pielāgotu tā kustības stāvokli.
Tajā pašā laikā, lai labāk pielāgotos sarežģītai rūpnieciskai videi, robotiem ir jāintegrē arī dažādi sensori, piemēram, spēka sensori, redzes sensori utt. Šie sensori var dot robotiem iespēju "uztvert" apkārtējo vidi un veikt adaptīvas reakcijas. Piemēram, metināšanas laikā roboti var izmantot spēka sensorus, lai noteiktu kontaktspēka izmaiņas, tādējādi precīzi kontrolējot metināšanas procesu.
Dažādiem lietojumprogrammu scenārijiem ir arī atšķirīgas prasības robotiem. Tādiem uzdevumiem kā apstrāde, metināšana un montāža ir atšķirīgas prasības attiecībā uz robotu kravnesību, kustību diapazonu un precizitāti. Tāpēc rūpnieciskie roboti parasti ir jāpielāgo atbilstoši faktiskajiem pielietojuma scenārijiem, lai nodrošinātu maksimālu veiktspēju noteiktos apstākļos.
2. Iemesli, kāpēc industriālie roboti aizstāj cilvēku darbu: efektīvi, precīzi un droši
Tātad, uz kāda pamata rūpnieciskie roboti var aizstāt cilvēku darbu? Atbilde slēpjas to efektivitātē, precizitātē un drošībā.
2.1. Efektivitāte
Roboti var strādāt 24 stundas diennaktī bez pārtraukuma, ievērojami uzlabojot ražošanas efektivitāti. Īpaši dažos bieži atkārtojošos uzdevumos roboti var ātri pabeigt savu darbu, neietekmējot cilvēku faktorus, piemēram, nogurumu un emocionālās svārstības.
2.2 Precizitāte
Kā minēts iepriekš, rūpnieciskie roboti var veikt augstas{0}precizitātes darbības, padarot tos īpaši piemērotus scenārijiem, kuros nepieciešama stingra pielaide un rūpīga darbība. Tādās nozarēs kā automobiļu ražošana un elektroniskā montāža roboti var sasniegt precizitāti, kas ir daudz augstāka par cilvēku precizitāti, nodrošinot augstas-produktu kvalitāti.
2.3 Drošība
Roboti var aizstāt cilvēkus dažos bīstamos darbos, piemēram, metinot{0}}augstas temperatūras vidē un rīkojoties ar radioaktīviem materiāliem. Tas ne tikai aizsargā darbinieku drošību, bet arī samazina ar darbu-saistītus negadījumus, nodrošinot ražošanas procesa stabilitāti un efektivitāti.
Lai gan industriālie roboti ir aizstājuši cilvēku darbu daudzās jomās un paveikuši lielu skaitu smagu uzdevumu, to tehnoloģiskā attīstība joprojām nepārtraukti virzās uz priekšu. Nepārtraukti pilnveidojoties tehnoloģijām, piemēram, mākslīgajam intelektam, lietiskajam internetam un lielajiem datiem, nākotnes industriālie roboti kļūs viedāki, spēs autonomi spriest, pieņemt lēmumus un sadarboties ar citām ierīcēm, lai panāktu efektīvākus ražošanas režīmus.
Rūpnieciskie roboti nav paredzēti, lai pilnībā aizstātu cilvēku darbu, bet gan ciešai sadarbībai ar cilvēkiem, atbrīvojot cilvēku darbaspēku un ļaujot cilvēkiem vairāk koncentrēties uz radošumu, lēmumu pieņemšanu un augstāka līmeņa{1}}darbu. Rūpniecības 4.0 laikmetā roboti ir tilts starp tehnoloģijām un produktivitāti, kā arī galvenais virzītājspēks mūsdienu ražošanas nozares pārveidošanai.