Trumpai tariant, pramoninių robotų ontologijos sistema yra aparatinės įrangos dalis, kuri sudaro patį robotą. Jį sudaro pagrindiniai komponentai, tokie kaip pagrindas, juosmuo, rankos, riešai ir galiniai efektai, kurie kartu atlieka įvairias pramonines užduotis. Už iš pažiūros paprastos mechaninės konstrukcijos slypi itin sudėtinga technologija ir tikslus dizainas.
1.1 Mechaninė struktūra ir laisvės laipsniai
Pramoniniai robotai paprastai naudoja šarnyrines mechanines konstrukcijas su 4–6 laisvės laipsniais (DOF). Tarp jų 3 laisvės laipsniai naudojami galutinio efektoriaus padėčiai valdyti, o kiti 1–3 laisvės laipsniai naudojami galinio efektoriaus laikysenai ir krypčiai reguliuoti. Šie laisvės laipsniai leidžia robotams atlikti smulkias ir sudėtingas užduotis, tokias kaip tvarkymas, suvirinimas ir surinkimas.
Galinis efektorius (ty roboto rankos „ranka“) gali būti pritaikytas pagal konkrečius taikymo scenarijus, aprūpintas įvairiais darbo įrankiais, tokiais kaip suvirinimo pistoletai, siurbtukai, veržliarakčiai, purškimo pistoletai ir kt. Šis lankstumas leidžia pramoniniams robotams prisitaikyti prie skirtingų įvairių pramonės šakų poreikių.
1.2 Tiksliųjų mašinų projektavimas ir dinaminis valdymas
Pramoninių robotų kėbulo konstrukcija turi ne tik atsižvelgti į mechanikos ir dinamikos reikalavimus, bet ir turėti didelį tikslumą bei didelį standumą. Kiekvieno komponento konstrukcija reikalauja tikslios dinaminės analizės ir optimizavimo. Kaip pavyzdį paėmus riešą, norint pasiekti sudėtingą laikysenos reguliavimą, reikia kelių pasukamų jungčių (dažniausiai 3 laisvės laipsnių). Šių jungčių jungtis sukuria vibracijas, o kaip sumažinti šias vibracijas tiksliai valdant, kartu užtikrinant roboto judėjimo tikslumą, yra projektavimo iššūkis.
Be to, norint pasiekti didelį{0}}tikslumą, pramoniniai robotai paprastai reikalauja pakartotinio galinio efektoriaus padėties nustatymo tikslumo, kad būtų pasiektas ± 0,05 mm ar net didesnis. Šis tikslumas yra labai svarbus kai kurioms pagrindinėms pramonės šakoms, tokioms kaip automobilių gamyba, elektroninių gaminių surinkimas ir kt.
1.3 Aukšti pagrindinių komponentų veikimo reikalavimai
Robotų veikimas labai priklauso nuo jų pagrindinių komponentų, įskaitant servovariklius, reduktorius ir kodavimo įrenginius. Servo varikliai yra robotų energijos šaltinis, o tikslūs reduktoriai (pvz., harmoniniai reduktoriai) yra atsakingi už variklio sukimosi pavertimą roboto rankos judesiu, užtikrinant, kad robotas galėtų efektyviai ir tiksliai atlikti užduotis. Kodavimo įrenginys yra pagrindinis komponentas, naudojamas roboto rankos padėčiai aptikti, užtikrinant, kad kiekvienas sąnarys būtų tiksliai valdomas judant.
Šių pagrindinių komponentų techniniai sunkumai yra gana dideli, o kaina taip pat sudaro didžiąją dalį roboto korpuso sąnaudų. Todėl robotų gamintojai dažnai labai pritaiko šiuos komponentus ir netgi bendradarbiauja su pirmaujančiais tiekėjais, siekdami užtikrinti, kad robotai atitiktų reikiamus aukštus{1}}našumo standartus.
1.4 Medžiagų mokslas ir gamybos technologija
Siekiant išlaikyti stabilų pramoninių robotų veikimą ilgai{0}}veikiant, kėbulo konstrukcija dažnai gaminama iš specialaus aliuminio lydinio arba didelio stiprumo plieno. Šios medžiagos yra tiksliai apdirbamos ir termiškai apdorojamos, kad būtų subalansuotas stiprumas, standumas ir lengvas, užtikrinant, kad robotai galėtų atlaikyti ilgalaikį-darbo krūvį.
Be pačios medžiagos stiprumo, jungties sandarumas taip pat yra labai svarbus dizaino reikalavimas. Pavyzdžiui, pramoniniams robotams paprastai reikalingas tam tikras apsaugos lygis, kad būtų išvengta dulkių ar skysčių įsiskverbimo. Ilgalaikės didelio{2}}intensyvumo operacijos taip pat gali sukelti komponentų nusidėvėjimą, todėl kaip pasirinkti medžiagas, turinčias gerą atsparumą dilimui, ir užtikrinti, kad tai būtų atliekami tikslūs procesai, tapo dar vienu techniniu robotų iššūkiu.
1.5 Aukšta integracija ir sistemos pritaikymas
Pramoniniai robotai nėra tik paprasti mechaniniai korpusai, jie turi būti labai integruoti su keliomis sistemomis, tokiomis kaip valdymo sistemos ir jutikliai. Roboto kūnas turi keistis-realaus laiko duomenimis su valdikliu per didelės spartos magistralę (pvz., EtherCAT), kad tiksliai sureguliuotų jo judėjimo būseną.
Tuo pačiu metu, norėdami geriau prisitaikyti prie sudėtingos pramoninės aplinkos, robotai taip pat turi integruoti įvairius jutiklius, tokius kaip jėgos jutikliai, regėjimo jutikliai ir kt. Šie jutikliai gali padėti robotams „suvokti“ supančią aplinką ir prisitaikyti. Pavyzdžiui, suvirinimo metu robotai gali naudoti jėgos jutiklius, kad nustatytų kontaktinės jėgos pokyčius ir taip tiksliai valdytų suvirinimo procesą.
Skirtingi taikymo scenarijai taip pat turi skirtingus reikalavimus robotams. Tokios užduotys kaip tvarkymas, suvirinimas ir surinkimas kelia skirtingus reikalavimus robotų apkrovai, judesių diapazonui ir tikslumui. Todėl pramoniniai robotai paprastai turi būti pritaikyti pagal faktinius taikymo scenarijus, kad būtų užtikrintas maksimalus našumas konkrečiomis sąlygomis.
2. Priežastys, kodėl pramoniniai robotai pakeičia žmogaus darbą: efektyvūs, tikslūs ir saugūs
Taigi, kuo remdamiesi pramoniniai robotai gali pakeisti žmogaus darbą? Atsakymas yra jų efektyvumas, tikslumas ir saugumas.
2.1 Efektyvumas
Robotai gali dirbti 24 valandas per parą be pertraukų, labai pagerindami gamybos efektyvumą. Ypač kai kuriose labai pasikartojančiose užduotyse robotai gali greitai atlikti savo darbą, nebūdami paveikti žmogiškųjų veiksnių, tokių kaip nuovargis ir emociniai svyravimai.
2.2 Tikslumas
Kaip minėta anksčiau, pramoniniai robotai gali atlikti didelio{0}}tikslumo operacijas, todėl jie ypač tinka scenarijuose, kuriuose reikia griežtų leistinų nuokrypių ir kruopštaus veikimo. Tokiose pramonės šakose kaip automobilių gamyba ir elektronikos surinkimas robotai gali pasiekti didesnį tikslumą nei žmonės, užtikrindami aukštos-produktų kokybės.
2.3 Saugumas
Robotai gali pakeisti žmones kai kuriuose pavojinguose darbuose, pvz., virinant{0}}aukštoje temperatūroje ir tvarkant radioaktyvias medžiagas. Tai ne tik apsaugo darbuotojų saugą, bet ir sumažina su darbu susijusių nelaimingų atsitikimų- skaičių, užtikrinant gamybos proceso stabilumą ir efektyvumą.
Nors pramoniniai robotai daugelyje sričių pakeitė žmogaus darbą ir atliko daugybę sunkių užduočių, jų technologinė plėtra vis dar nuolat tobulėja. Nuolat tobulėjant technologijoms, tokioms kaip dirbtinis intelektas, daiktų internetas ir dideli duomenys, būsimi pramoniniai robotai taps protingesni, gebės savarankiškai spręsti, priimti sprendimus ir bendradarbiauti su kitais įrenginiais, kad sukurtų efektyvesnius gamybos režimus.
Pramoniniai robotai skirti ne visiškai pakeisti žmogaus darbą, o glaudžiai bendradarbiauti su žmonėmis, išlaisvindami žmonių darbą ir leisdami žmonėms daugiau dėmesio skirti kūrybai, sprendimų priėmimui ir aukštesnio lygio darbui. Pramonės 4.0 eroje robotai yra tiltas tarp technologijų ir produktyvumo bei pagrindinė šiuolaikinės gamybos pramonės transformacijos varomoji jėga.