Короче говоря, система онтологий промышленных роботов — это аппаратная часть, из которой состоит сам робот. Он включает в себя основные компоненты, такие как основание, пояс, руки, запястья и концевые эффекторы, которые работают вместе для выполнения различных промышленных задач. За, казалось бы, простой механической конструкцией скрывается чрезвычайно сложная технология и точный дизайн.
1.1 Механическая структура и степени свободы
Промышленные роботы обычно используют шарнирно-сочлененные механические конструкции с 4–6 степенями свободы (ГРИП). Среди них 3 степени свободы используются для управления положением концевого эффектора, а остальные от 1 до 3 степеней свободы используются для регулировки положения и направления концевого эффектора. Эти степени свободы позволяют роботам выполнять мелкие и сложные задачи, такие как погрузочно-разгрузочные работы, сварка и сборка.
Конечный эффектор (т. е. «рука» роботизированной руки) может быть настроен в соответствии с конкретными сценариями применения и оснащен различными рабочими инструментами, такими как сварочные пистолеты, присоски, гаечные ключи, распылители и т. д. Такая гибкость позволяет промышленным роботам адаптироваться к различным потребностям различных отраслей промышленности.
1.2 Проектирование прецизионного оборудования и динамическое управление
Конструкция корпуса промышленных роботов должна не только учитывать требования механики и динамики, но также должна обладать высокой точностью и высокой жесткостью. Конструкция каждого компонента требует точного динамического анализа и оптимизации. На примере запястья, чтобы добиться сложной регулировки осанки, требуется несколько поворотных соединений (обычно 3 степени свободы). Связь между этими суставами генерирует вибрации, и как уменьшить эти вибрации посредством точного управления, обеспечивая при этом точность движения робота, является сложной задачей при проектировании.
Кроме того, для достижения высокой-точности работы промышленным роботам обычно требуется повторяющаяся точность позиционирования концевого эффектора, достигающая ± 0,05 мм или даже выше. Эта точность имеет решающее значение для некоторых ключевых отраслей, таких как автомобилестроение, сборка электронных изделий и т. д.
1.3 Высокие требования к производительности основных компонентов
Производительность роботов во многом зависит от их основных компонентов, включая серводвигатели, редукторы и энкодеры. Серводвигатели являются источником энергии для роботов, а прецизионные редукторы (например, гармонические редукторы) отвечают за преобразование вращения двигателя в движение роботизированной руки, гарантируя, что робот может эффективно и точно выполнять задачи. Энкодер является ключевым компонентом, используемым для определения положения роботизированной руки, гарантируя, что каждый сустав может точно контролироваться при движении.
Техническая сложность этих основных компонентов относительно высока, а их стоимость также составляет большую часть стоимости корпуса робота. Поэтому производители роботов часто тщательно адаптируют эти компоненты и даже сотрудничают с ведущими поставщиками, чтобы гарантировать соответствие роботов требуемым высоким-стандартам производительности.
1.4 Материаловедение и технология производства
Чтобы поддерживать стабильную работу промышленных роботов во время длительной-эксплуатации, конструкция корпуса часто изготавливается из специального литого алюминиевого сплава или высокопрочной-стали. Эти материалы подвергаются точной механической обработке и термической обработке, чтобы сбалансировать прочность, жесткость и легкий вес, гарантируя, что роботы смогут выдерживать длительные-рабочие нагрузки.
Помимо прочности самого материала, очень важным требованием к проектированию является также герметичность шва. Например, промышленным роботам обычно требуется определенный уровень защиты для предотвращения проникновения пыли или жидкостей. Длительные-операции с высокой интенсивностью также могут привести к износу компонентов, поэтому выбор материалов с хорошей износостойкостью и обеспечение ее с помощью прецизионных процессов стало еще одной технической проблемой для роботов.
1.5 Высокая интеграция и адаптация системы
Промышленные роботы — это не просто механические тела, они должны быть тесно интегрированы с множеством систем, таких как системы управления и датчики. Тело робота должно обмениваться данными в реальном времени-с контроллером через высокоскоростную-шину (например, EtherCAT), чтобы точно регулировать состояние своего движения.
В то же время, чтобы лучше адаптироваться к сложной промышленной среде, роботам также необходимо интегрировать различные датчики, такие как датчики силы, датчики зрения и т. д. Эти датчики могут позволить роботам «воспринимать» окружающую среду и принимать адаптивные реакции. Например, во время сварки роботы могут использовать датчики силы для обнаружения изменений контактной силы, тем самым точно контролируя процесс сварки.
Различные сценарии применения также предъявляют разные требования к роботам. Такие задачи, как погрузка, сварка и сборка, предъявляют разные требования к грузоподъемности, диапазону движений и точности роботов. Поэтому промышленных роботов обычно необходимо настраивать в соответствии с реальными сценариями применения, чтобы обеспечить максимальную производительность в конкретных условиях.
2. Причины замены человеческого труда промышленными роботами: эффективность, точность и безопасность
Итак, на каком основании промышленные роботы могут заменить человеческий труд? Ответ заключается в их эффективности, точности и безопасности.
2.1 Эффективность
Роботы могут работать 24 часа в сутки без перерыва, что значительно повышает эффективность производства. Роботы могут быстро выполнять свою работу, особенно при выполнении некоторых часто повторяющихся задач, не подвергаясь влиянию таких человеческих факторов, как усталость и эмоциональные колебания.
2.2 Точность
Как упоминалось ранее, промышленные роботы могут выполнять операции с высокой-точностью, что делает их особенно подходящими для сценариев, требующих строгих допусков и тщательной работы. В таких отраслях, как автомобилестроение и сборка электроники, роботы могут достигать точности, значительно превосходящей человеческую, обеспечивая высокое-качество продукции.
2.3 Безопасность
Роботы могут заменить людей в некоторых опасных работах, таких как сварка в условиях высоких-температур и работа с радиоактивными материалами. Это не только защищает безопасность работников, но и снижает количество несчастных случаев на производстве,-обеспечивая стабильность и эффективность производственного процесса.
Хотя промышленные роботы заменили человеческий труд во многих областях и выполнили большое количество тяжелых задач, их технологическое развитие все еще постоянно движется вперед. Благодаря постоянному развитию таких технологий, как искусственный интеллект, Интернет вещей и большие данные, будущие промышленные роботы станут более интеллектуальными, способными самостоятельно принимать решения,-принимать решения и взаимодействовать с другими устройствами для достижения более эффективных режимов производства.
Промышленные роботы не предназначены для полной замены человеческого труда, а предназначены для тесного взаимодействия с людьми, высвобождая человеческий труд и позволяя людям больше сосредоточиться на творчестве,-принятии решений и работе более высокого-уровня. В эпоху Индустрии 4.0 роботы являются мостом между технологиями и производительностью, а также основной движущей силой трансформации современной обрабатывающей промышленности.