Industrirobotarnas ontologisystem är kort sagt den hårdvarudel som utgör själva roboten. Den inkluderar huvudkomponenterna som bas, midja, armar, handleder och ändeffektorer, som arbetar tillsammans för att utföra olika industriella uppgifter. Bakom den till synes enkla mekaniska strukturen ligger extremt komplex teknik och exakt design.
1.1 Mekanisk struktur och frihetsgrader
Industrirobotar använder vanligtvis ledade mekaniska strukturer med 4 till 6 frihetsgrader (DOF). Bland dem används 3 frihetsgrader för att kontrollera ändeffektorns position, och de andra 1 till 3 frihetsgraderna används för att justera ställningen och riktningen för ändeffektorn. Dessa frihetsgrader gör det möjligt för robotar att utföra fina och komplexa uppgifter som hantering, svetsning och montering.
Ändeffektorn (dvs robotarmens "hand") kan anpassas efter specifika applikationsscenarier, utrustad med olika arbetsredskap såsom svetspistoler, sugkoppar, skiftnycklar, sprutpistoler etc. Denna flexibilitet gör det möjligt för industrirobotar att anpassa sig till olika industriers olika behov.
1.2 Precisionsmaskindesign och dynamisk kontroll
Kroppsstrukturen hos industrirobotar behöver inte bara beakta kraven på mekanik och dynamik, utan måste också ha hög precision och hög styvhet. Designen av varje komponent kräver exakt dynamisk analys och optimering. Om man tar handleden som ett exempel, för att uppnå komplex ställningsjustering krävs flera vridbara leder (vanligtvis 3 frihetsgrader). Länkningen mellan dessa leder genererar vibrationer, och hur man kan minska dessa vibrationer genom exakt kontroll samtidigt som man säkerställer noggrannheten i robotens rörelse är en designutmaning.
Dessutom, för att uppnå hög-precisionsdrift kräver industrirobotar vanligtvis den upprepade positioneringsnoggrannheten hos sluteffektorn för att nå ± 0,05 mm eller ännu högre. Denna precision är avgörande för vissa nyckelbranscher som biltillverkning, montering av elektroniska produkter etc.
1.3 Höga prestandakrav för kärnkomponenter
Robotarnas prestanda beror mycket på deras kärnkomponenter, inklusive servomotorer, reducerare och kodare. Servomotorer är kraftkällan för robotar, medan precisionsreducerare (som harmoniska reducerare) är ansvariga för att omvandla motorns rotation till robotarmens rörelse, vilket säkerställer att roboten effektivt och exakt kan utföra uppgifter. Kodaren är en nyckelkomponent som används för att detektera robotarmens position, vilket säkerställer att varje led kan kontrolleras exakt för rörelse.
Den tekniska svårigheten för dessa kärnkomponenter är relativt hög och kostnaden står också för huvuddelen av kostnaden för robotkroppen. Därför anpassar robottillverkare ofta dessa komponenter i hög grad och samarbetar till och med med ledande leverantörer för att säkerställa att robotar kan uppfylla de höga-prestandastandarder som krävs.
1.4 Materialvetenskap och tillverkningsteknik
För att bibehålla stabila prestanda hos industrirobotar under lång-drift är karosskonstruktionen ofta gjord av specialgjuten aluminiumlegering eller hög-hållfast stål. Dessa material genomgår precisionsbearbetning och värmebehandling för att balansera styrka, styvhet och lättvikt, vilket säkerställer att robotar tål långtidsbelastningar.-
Förutom själva materialets styrka är fogens tätningsprestanda också ett mycket viktigt designkrav. Till exempel kräver industrirobotar vanligtvis en viss skyddsnivå för att förhindra inträngning av damm eller vätskor. Långvariga hög-operationer med hög intensitet kan också orsaka slitage på komponenter, så hur man väljer material med god slitstyrka och säkerställer det genom precisionsprocesser har blivit en annan teknisk utmaning för robotar.
1.5 Hög integration och systemanpassning
Industrirobotar är inte bara enkla mekaniska kroppar, de måste vara mycket integrerade med flera system som styrsystem och sensorer. Robotkroppen behöver utbyta-realtidsdata med styrenheten via en-höghastighetsbuss (som EtherCAT) för att korrekt justera dess rörelsetillstånd.
Samtidigt, för att bättre anpassa sig till komplexa industriella miljöer, behöver robotar också integrera olika sensorer, såsom kraftsensorer, synsensorer etc. Dessa sensorer kan göra det möjligt för robotar att "uppfatta" den omgivande miljön och göra adaptiva svar. Till exempel, under svetsning kan robotar använda kraftsensorer för att upptäcka förändringar i kontaktkraft och därigenom noggrant kontrollera svetsprocessen.
Olika tillämpningsscenarier har också olika krav på robotar. Uppgifter som hantering, svetsning och montering har olika krav på belastningskapacitet, rörelseomfång och noggrannhet hos robotar. Därför behöver industrirobotar vanligtvis anpassas efter faktiska tillämpningsscenarier för att säkerställa maximal prestanda under specifika förhållanden.
2. Skäl till att industrirobotar ersätter mänsklig arbetskraft: effektiv, exakt och säker
Så, på vilken grund kan industrirobotar ersätta mänskligt arbete? Svaret ligger i deras effektivitet, precision och säkerhet.
2.1 Effektivitet
Robotar kan arbeta 24 timmar om dygnet utan avbrott, vilket avsevärt förbättrar produktionseffektiviteten. Speciellt i vissa mycket repetitiva uppgifter kan robotar snabbt slutföra sitt arbete utan att påverkas av mänskliga faktorer som trötthet och känslomässiga fluktuationer.
2.2 Noggrannhet
Som nämnts tidigare kan industrirobotar uppnå hög-precisionsoperationer, vilket gör dem särskilt lämpliga för scenarier som kräver strikta toleranser och noggrann drift. Inom industrier som biltillverkning och elektronisk montering kan robotar uppnå precision långt utöver människors, vilket garanterar hög-kvalitetsprodukter.
2.3 Säkerhet
Robotar kan ersätta människor i vissa farliga jobb, som svetsning i hög-temperaturmiljö och hantering av radioaktivt material. Detta skyddar inte bara arbetarnas säkerhet, utan minskar också-arbetsrelaterade olyckor, vilket säkerställer stabiliteten och effektiviteten i produktionsprocessen.
Även om industrirobotar har ersatt mänsklig arbetskraft på många områden och slutfört ett stort antal tunga uppgifter, går deras tekniska utveckling fortfarande ständigt framåt. Med den ständiga utvecklingen av teknologier som artificiell intelligens, Internet of Things och big data kommer framtida industrirobotar att bli mer intelligenta, kapabla till autonom bedömning,-beslutsfattande och samarbeta med andra enheter för att uppnå effektivare produktionslägen.
Industriella robotar är inte avsedda att helt ersätta mänskligt arbete, utan att arbeta nära människor, frigöra mänskligt arbete och låta människor fokusera mer på kreativt-beslutsfattande och arbete på högre-nivå. I en tid präglad av Industry 4.0 är robotar bron mellan teknik och produktivitet, och den centrala drivkraften för omvandlingen av modern tillverkningsindustri.