Το σύστημα οντολογίας των βιομηχανικών ρομπότ, εν ολίγοις, είναι το μέρος του υλικού που αποτελεί το ίδιο το ρομπότ. Περιλαμβάνει τα κύρια εξαρτήματα όπως η βάση, η μέση, οι βραχίονες, οι καρποί και τα τελικά εφέ, τα οποία συνεργάζονται για να εκτελέσουν διάφορες βιομηχανικές εργασίες. Πίσω από τη φαινομενικά απλή μηχανική δομή κρύβεται εξαιρετικά περίπλοκη τεχνολογία και ακριβής σχεδιασμός.
1.1 Μηχανική Δομή και Βαθμοί Ελευθερίας
Τα βιομηχανικά ρομπότ υιοθετούν συνήθως αρθρωτές μηχανικές δομές με 4 έως 6 βαθμούς ελευθερίας (DOF). Μεταξύ αυτών, οι 3 βαθμοί ελευθερίας χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της θέσης του τελικού τελεστή και οι άλλοι 1 έως 3 βαθμοί ελευθερίας χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της στάσης και της κατεύθυνσης του τελικού τελεστή. Αυτοί οι βαθμοί ελευθερίας επιτρέπουν στα ρομπότ να εκτελούν λεπτές και πολύπλοκες εργασίες όπως χειρισμό, συγκόλληση και συναρμολόγηση.
Ο τελικός τελεστής (δηλαδή το "χέρι" του ρομποτικού βραχίονα) μπορεί να προσαρμοστεί σύμφωνα με συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογής, εξοπλισμένο με διαφορετικά εργαλεία εργασίας όπως πιστόλια συγκόλλησης, βεντούζες, κλειδιά, πιστόλια ψεκασμού κ.λπ. Αυτή η ευελιξία επιτρέπει στα βιομηχανικά ρομπότ να προσαρμόζονται στις διαφορετικές ανάγκες διαφόρων βιομηχανιών.
1.2 Σχεδιασμός μηχανημάτων ακριβείας και δυναμικός έλεγχος
Η δομή του σώματος των βιομηχανικών ρομπότ όχι μόνο πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις απαιτήσεις της μηχανικής και της δυναμικής, αλλά πρέπει επίσης να έχει υψηλή ακρίβεια και υψηλή ακαμψία. Ο σχεδιασμός κάθε στοιχείου απαιτεί ακριβή δυναμική ανάλυση και βελτιστοποίηση. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον καρπό, για να επιτευχθεί πολύπλοκη προσαρμογή της στάσης του σώματος, απαιτούνται πολλαπλές περιστρεφόμενες αρθρώσεις (συνήθως 3 μοίρες ελευθερίας). Η σύνδεση μεταξύ αυτών των αρθρώσεων δημιουργεί δονήσεις και πώς να μειώσετε αυτούς τους κραδασμούς μέσω ακριβούς ελέγχου, διασφαλίζοντας παράλληλα την ακρίβεια της κίνησης του ρομπότ είναι μια πρόκληση σχεδιασμού.
Επιπλέον, για να επιτευχθεί λειτουργία υψηλής ακρίβειας{{0}, τα βιομηχανικά ρομπότ συνήθως απαιτούν την επαναλαμβανόμενη ακρίβεια τοποθέτησης του τελικού τελεστή να φτάσει τα ± 0,05 mm ή ακόμη μεγαλύτερη. Αυτή η ακρίβεια είναι κρίσιμη για ορισμένους βασικούς κλάδους όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η συναρμολόγηση ηλεκτρονικών προϊόντων κ.λπ.
1.3 Απαιτήσεις υψηλών επιδόσεων για εξαρτήματα πυρήνα
Η απόδοση των ρομπότ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα βασικά εξαρτήματά τους, συμπεριλαμβανομένων των σερβοκινητήρων, των μειωτών και των κωδικοποιητών. Οι σερβοκινητήρες είναι η πηγή ενέργειας για τα ρομπότ, ενώ οι μειωτήρες ακριβείας (όπως οι αρμονικοί μειωτήρες) είναι υπεύθυνοι για τη μετατροπή της περιστροφής του κινητήρα σε κίνηση του ρομποτικού βραχίονα, διασφαλίζοντας ότι το ρομπότ μπορεί να ολοκληρώσει αποτελεσματικά και με ακρίβεια εργασίες. Ο κωδικοποιητής είναι ένα βασικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της θέσης του ρομποτικού βραχίονα, διασφαλίζοντας ότι κάθε άρθρωση μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια για κίνηση.
Η τεχνική δυσκολία αυτών των βασικών στοιχείων είναι σχετικά υψηλή και το κόστος αντιπροσωπεύει επίσης το μεγαλύτερο μέρος του κόστους του σώματος του ρομπότ. Επομένως, οι κατασκευαστές ρομπότ συχνά προσαρμόζουν σε μεγάλο βαθμό αυτά τα εξαρτήματα και συνεργάζονται ακόμη και με κορυφαίους προμηθευτές για να διασφαλίσουν ότι τα ρομπότ μπορούν να πληρούν τα απαιτούμενα υψηλά{1} πρότυπα απόδοσης.
1.4 Επιστήμη Υλικών και Τεχνολογία Κατασκευής
Προκειμένου να διατηρηθεί σταθερή η απόδοση των βιομηχανικών ρομπότ κατά τη διάρκεια της μακροχρόνιας λειτουργίας, η δομή του αμαξώματος είναι συχνά κατασκευασμένη από ειδικό χυτό κράμα αλουμινίου ή χάλυβα υψηλής{{1} αντοχής. Αυτά τα υλικά υποβάλλονται σε κατεργασία ακριβείας και θερμική επεξεργασία για να εξισορροπηθεί η αντοχή, η ακαμψία και το ελαφρύ, διασφαλίζοντας ότι τα ρομπότ μπορούν να αντέξουν-μακροπρόθεσμους φόρτους εργασίας.
Εκτός από την αντοχή του ίδιου του υλικού, η απόδοση στεγανοποίησης του συνδέσμου είναι επίσης μια πολύ σημαντική σχεδιαστική απαίτηση. Για παράδειγμα, τα βιομηχανικά ρομπότ απαιτούν συνήθως ένα ορισμένο επίπεδο προστασίας για την αποφυγή της εισβολής σκόνης ή υγρών. Οι μακροπρόθεσμες λειτουργίες υψηλής-έντασης μπορούν επίσης να προκαλέσουν φθορά στα εξαρτήματα, οπότε ο τρόπος επιλογής υλικών με καλή αντοχή στη φθορά και διασφάλισης μέσω διαδικασιών ακριβείας έχει γίνει μια άλλη τεχνική πρόκληση για τα ρομπότ.
1.5 Υψηλή ενοποίηση και προσαρμογή συστήματος
Τα βιομηχανικά ρομπότ δεν είναι απλώς απλά μηχανικά σώματα, αλλά πρέπει να ενσωματώνονται σε μεγάλο βαθμό με πολλαπλά συστήματα, όπως συστήματα ελέγχου και αισθητήρες. Το σώμα του ρομπότ πρέπει να ανταλλάσσει-δεδομένα πραγματικού χρόνου με τον ελεγκτή μέσω ενός διαύλου υψηλής-ταχύτητας (όπως το EtherCAT) για να ρυθμίσει με ακρίβεια την κατάσταση κίνησής του.
Ταυτόχρονα, για να προσαρμοστούν καλύτερα σε πολύπλοκα βιομηχανικά περιβάλλοντα, τα ρομπότ πρέπει επίσης να ενσωματώνουν διάφορους αισθητήρες, όπως αισθητήρες δύναμης, αισθητήρες όρασης κ.λπ. Αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να επιτρέψουν στα ρομπότ να «αντιλάβουν» το περιβάλλον και να κάνουν προσαρμοστικές αποκρίσεις. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης, τα ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιήσουν αισθητήρες δύναμης για να ανιχνεύσουν αλλαγές στη δύναμη επαφής, ελέγχοντας έτσι με ακρίβεια τη διαδικασία συγκόλλησης.
Τα διαφορετικά σενάρια εφαρμογών έχουν επίσης διαφορετικές απαιτήσεις για τα ρομπότ. Εργασίες όπως ο χειρισμός, η συγκόλληση και η συναρμολόγηση έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τη χωρητικότητα φορτίου, το εύρος κίνησης και την ακρίβεια των ρομπότ. Ως εκ τούτου, τα βιομηχανικά ρομπότ συνήθως πρέπει να προσαρμοστούν σύμφωνα με τα πραγματικά σενάρια εφαρμογών για να διασφαλιστεί η μέγιστη απόδοση υπό συγκεκριμένες συνθήκες.
2. Λόγοι για τους οποίους τα βιομηχανικά ρομπότ αντικαθιστούν την ανθρώπινη εργασία: αποτελεσματικά, ακριβή και ασφαλή
Λοιπόν, σε ποια βάση μπορούν τα βιομηχανικά ρομπότ να αντικαταστήσουν την ανθρώπινη εργασία; Η απάντηση βρίσκεται στην αποτελεσματικότητα, την ακρίβεια και την ασφάλειά τους.
2.1 Αποτελεσματικότητα
Τα ρομπότ μπορούν να εργάζονται 24 ώρες την ημέρα χωρίς διακοπή, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση της παραγωγής. Ειδικά σε ορισμένες εξαιρετικά επαναλαμβανόμενες εργασίες, τα ρομπότ μπορούν να ολοκληρώσουν γρήγορα τη δουλειά τους χωρίς να επηρεάζονται από ανθρώπινους παράγοντες όπως η κούραση και οι συναισθηματικές διακυμάνσεις.
2.2 Ακρίβεια
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα βιομηχανικά ρομπότ μπορούν να επιτύχουν λειτουργίες υψηλής-ακρίβειας, καθιστώντας τα ιδιαίτερα κατάλληλα για σενάρια που απαιτούν αυστηρές ανοχές και σχολαστική λειτουργία. Σε κλάδους όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και η ηλεκτρονική συναρμολόγηση, τα ρομπότ μπορούν να επιτύχουν ακρίβεια πολύ μεγαλύτερη από αυτή των ανθρώπων, διασφαλίζοντας προϊόντα υψηλής-ποιότητας.
2.3 Ασφάλεια
Τα ρομπότ μπορούν να αντικαταστήσουν τον άνθρωπο σε ορισμένες επικίνδυνες εργασίες, όπως η συγκόλληση σε περιβάλλοντα υψηλής{0} θερμοκρασίας και ο χειρισμός ραδιενεργών υλικών. Αυτό όχι μόνο προστατεύει την ασφάλεια των εργαζομένων, αλλά μειώνει επίσης τα εργατικά-ατυχήματα, διασφαλίζοντας τη σταθερότητα και την αποτελεσματικότητα της παραγωγικής διαδικασίας.
Αν και τα βιομηχανικά ρομπότ έχουν αντικαταστήσει την ανθρώπινη εργασία σε πολλούς τομείς και έχουν ολοκληρώσει μεγάλο αριθμό βαρέων εργασιών, η τεχνολογική τους ανάπτυξη εξακολουθεί να προοδεύει συνεχώς. Με τη συνεχή πρόοδο τεχνολογιών όπως η τεχνητή νοημοσύνη, το Διαδίκτυο των πραγμάτων και τα μεγάλα δεδομένα, τα μελλοντικά βιομηχανικά ρομπότ θα γίνουν πιο έξυπνα, ικανά για αυτόνομη κρίση, λήψη αποφάσεων-και συνεργασία με άλλες συσκευές για την επίτευξη πιο αποτελεσματικών τρόπων παραγωγής.
Τα βιομηχανικά ρομπότ δεν προορίζονται να αντικαταστήσουν πλήρως την ανθρώπινη εργασία, αλλά να συνεργαστούν στενά με τους ανθρώπους, απελευθερώνοντας την ανθρώπινη εργασία και επιτρέποντας στους ανθρώπους να εστιάσουν περισσότερο στη δημιουργική-λήψη αποφάσεων και στην εργασία υψηλότερου-επιπέδου. Στην εποχή του Industry 4.0, τα ρομπότ είναι η γέφυρα μεταξύ τεχνολογίας και παραγωγικότητας και η βασική κινητήρια δύναμη για το μετασχηματισμό της σύγχρονης μεταποιητικής βιομηχανίας.