El sistema d'ontologia dels robots industrials, en definitiva, és la part de maquinari que constitueix el propi robot. Inclou els components principals com la base, la cintura, els braços, els canells i els efectes finals, que treballen conjuntament per realitzar diverses tasques industrials. Darrere de l'estructura mecànica aparentment senzilla hi ha una tecnologia extremadament complexa i un disseny precís.
1.1 Estructura mecànica i graus de llibertat
Els robots industrials solen adoptar estructures mecàniques articulades amb 4 a 6 graus de llibertat (DOF). Entre ells, s'utilitzen 3 graus de llibertat per controlar la posició de l'efector final i els altres 1 a 3 graus de llibertat s'utilitzen per ajustar la postura i la direcció de l'efector final. Aquests graus de llibertat permeten als robots realitzar tasques fines i complexes com ara la manipulació, la soldadura i el muntatge.
L'efector final (és a dir, la "mà" del braç robòtic) es pot personalitzar segons escenaris d'aplicació concrets, equipat amb diferents eines de treball com pistoles de soldadura, ventoses, claus, pistoles polvoritzadores, etc. Aquesta flexibilitat permet als robots industrials adaptar-se a les diferents necessitats de les diferents indústries.
1.2 Disseny de maquinària de precisió i control dinàmic
L'estructura del cos dels robots industrials no només ha de tenir en compte els requisits de la mecànica i la dinàmica, sinó que també ha de tenir una alta precisió i una gran rigidesa. El disseny de cada component requereix una anàlisi i optimització dinàmiques precises. Prenent com a exemple el canell, per aconseguir un ajust de postura complex, es requereixen múltiples articulacions giratòries (normalment 3 graus de llibertat). L'enllaç entre aquestes articulacions genera vibracions, i com reduir aquestes vibracions mitjançant un control precís alhora que garanteix la precisió del moviment del robot és un repte de disseny.
A més, per aconseguir un funcionament d'alta-precisió, els robots industrials solen requerir que la precisió de posicionament repetida de l'efector final arribi a ± 0,05 mm o fins i tot més. Aquesta precisió és crucial per a algunes indústries clau com la fabricació d'automòbils, el muntatge de productes electrònics, etc.
1.3 Requisits d'alt rendiment dels components bàsics
El rendiment dels robots depèn molt dels seus components bàsics, inclosos els servomotors, els reductors i els codificadors. Els servomotors són la font d'alimentació dels robots, mentre que els reductors de precisió (com els reductors harmònics) s'encarreguen de convertir la rotació del motor en el moviment del braç robòtic, assegurant que el robot pugui completar les tasques de manera eficient i precisa. El codificador és un component clau que s'utilitza per detectar la posició del braç robòtic, assegurant que cada articulació es pot controlar amb precisió per al moviment.
La dificultat tècnica d'aquests components bàsics és relativament alta i el cost també representa la majoria del cost del cos del robot. Per tant, els fabricants de robots solen personalitzar molt aquests components i fins i tot col·laboren amb proveïdors líders per garantir que els robots compleixin els estàndards d'alt rendiment-exigits.
1.4 Ciència dels materials i tecnologia de fabricació
Per tal de mantenir un rendiment estable dels robots industrials durant el funcionament a llarg-termen, l'estructura del cos sovint està feta d'un aliatge especial d'alumini fos o d'acer d'alta-resistència. Aquests materials se sotmeten a un mecanitzat de precisió i un tractament tèrmic per equilibrar la resistència, la rigidesa i la lleugeresa, garantint que els robots puguin suportar càrregues de treball-a llarg termini.
A més de la força del material en si, el rendiment de segellat de la junta també és un requisit de disseny molt important. Per exemple, els robots industrials solen requerir un cert nivell de protecció per evitar la intrusió de pols o líquids. Les operacions d'alta intensitat-a llarg termini també poden provocar el desgast dels components, de manera que com triar materials amb bona resistència al desgast i assegurar-ho mitjançant processos de precisió s'ha convertit en un altre repte tècnic per als robots.
1.5 Alta integració i adaptació del sistema
Els robots industrials no són només cossos mecànics simples, han d'estar altament integrats amb múltiples sistemes com sistemes de control i sensors. El cos del robot ha d'intercanviar dades-en temps real amb el controlador mitjançant un bus-d'alta velocitat (com ara EtherCAT) per ajustar amb precisió el seu estat de moviment.
Al mateix temps, per adaptar-se millor als entorns industrials complexos, els robots també necessiten integrar diversos sensors, com sensors de força, sensors de visió, etc. Aquests sensors poden permetre als robots "percebre" l'entorn circumdant i fer respostes adaptatives. Per exemple, durant la soldadura, els robots poden utilitzar sensors de força per detectar canvis en la força de contacte, controlant així amb precisió el procés de soldadura.
Els diferents escenaris d'aplicació també tenen diferents requisits per als robots. Tasques com la manipulació, la soldadura i el muntatge tenen requisits diferents per a la capacitat de càrrega, el rang de moviment i la precisió dels robots. Per tant, els robots industrials solen ser personalitzats segons els escenaris d'aplicació reals per garantir el màxim rendiment en condicions específiques.
2. Raons per les quals els robots industrials substitueixen el treball humà: eficients, precisos i segurs
Aleshores, sobre quina base poden substituir el treball humà els robots industrials? La resposta rau en la seva eficiència, precisió i seguretat.
2.1 Eficiència
Els robots poden treballar les 24 hores del dia sense interrupcions, millorant enormement l'eficiència de la producció. Especialment en algunes tasques altament repetitives, els robots poden completar ràpidament el seu treball sense ser afectats per factors humans com ara la fatiga i les fluctuacions emocionals.
2.2 Precisió
Com s'ha esmentat anteriorment, els robots industrials poden aconseguir operacions d'alta-precisió, cosa que els fa especialment adequats per a escenaris que requereixen toleràncies estrictes i un funcionament meticulós. En indústries com la fabricació d'automòbils i el muntatge electrònic, els robots poden assolir una precisió molt superior a la dels humans, garantint productes d'alta-qualitat.
2.3 Seguretat
Els robots poden substituir els humans en algunes feines perilloses, com ara soldar en entorns d'alta-temperatura i manipular materials radioactius. Això no només protegeix la seguretat dels treballadors, sinó que també redueix els-accidents laborals, garantint l'estabilitat i l'eficiència del procés de producció.
Tot i que els robots industrials han substituït el treball humà en molts camps i han completat un gran nombre de tasques pesades, el seu desenvolupament tecnològic encara avança constantment. Amb l'avenç continu de tecnologies com la intel·ligència artificial, l'Internet de les coses i el big data, els futurs robots industrials seran més intel·ligents, capaços de judici, de prendre decisions-autònoms i de col·laborar amb altres dispositius per aconseguir modes de producció més eficients.
Els robots industrials no estan pensats per substituir completament la mà d'obra humana, sinó per treballar estretament amb els humans, alliberant mà d'obra humana i permetent als humans centrar-se més en la creativitat, la-presa de decisions i el treball-de nivell superior. A l'era de la Indústria 4.0, els robots són el pont entre la tecnologia i la productivitat, i la força motriu principal per a la transformació de la indústria manufacturera moderna.