Het ontologiesysteem van industriële robots is, kort gezegd, het hardwaregedeelte waaruit de robot zelf bestaat. Het omvat de belangrijkste componenten zoals de basis, taille, armen, polsen en eindeffectoren, die samenwerken om verschillende industriële taken uit te voeren. Achter de ogenschijnlijk eenvoudige mechanische structuur schuilt een uiterst complexe technologie en een nauwkeurig ontwerp.
1.1 Mechanische structuur en vrijheidsgraden
Industriële robots gebruiken doorgaans gelede mechanische structuren met 4 tot 6 vrijheidsgraden (DOF). Onder hen worden 3 vrijheidsgraden gebruikt om de positie van de eindeffector te regelen, en de andere 1 tot 3 vrijheidsgraden worden gebruikt om de houding en richting van de eindeffector aan te passen. Deze vrijheidsgraden stellen robots in staat fijne en complexe taken uit te voeren, zoals handling, lassen en montage.
De eindeffector (dat wil zeggen de "hand" van de robotarm) kan worden aangepast aan specifieke toepassingsscenario's, uitgerust met verschillende uitrustingsstukken zoals laspistolen, zuignappen, sleutels, spuitpistolen, enz. Deze flexibiliteit stelt industriële robots in staat zich aan te passen aan de verschillende behoeften van verschillende industrieën.
1.2 Precisiemachineontwerp en dynamische besturing
De carrosseriestructuur van industriële robots moet niet alleen rekening houden met de eisen van mechanica en dynamiek, maar moet ook een hoge precisie en hoge stijfheid hebben. Het ontwerp van elk onderdeel vereist nauwkeurige dynamische analyse en optimalisatie. Als we de pols als voorbeeld nemen, zijn voor een complexe houdingsaanpassing meerdere draaigewrichten (meestal 3 vrijheidsgraden) nodig. De koppeling tussen deze gewrichten genereert trillingen, en hoe deze trillingen kunnen worden verminderd door nauwkeurige controle en tegelijkertijd de nauwkeurigheid van de beweging van de robot wordt gegarandeerd, is een ontwerpuitdaging.
Om een hoge-precieze werking te bereiken, vereisen industriële robots bovendien doorgaans dat de herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van de eindeffector ± 0,05 mm of zelfs hoger bedraagt. Deze precisie is cruciaal voor een aantal belangrijke industrieën, zoals de automobielindustrie, de assemblage van elektronische producten, enz.
1.3 Hoge prestatie-eisen voor kerncomponenten
De prestaties van robots zijn sterk afhankelijk van hun kerncomponenten, waaronder servomotoren, reductoren en encoders. Servomotoren zijn de krachtbron voor robots, terwijl precisiereductoren (zoals harmonische reductoren) verantwoordelijk zijn voor het omzetten van de rotatie van de motor in de beweging van de robotarm, waardoor de robot taken efficiënt en nauwkeurig kan uitvoeren. De encoder is een belangrijk onderdeel dat wordt gebruikt om de positie van de robotarm te detecteren en ervoor te zorgen dat elk gewricht nauwkeurig op beweging kan worden gecontroleerd.
De technische moeilijkheidsgraad van deze kerncomponenten is relatief hoog, en de kosten vertegenwoordigen ook het grootste deel van de kosten van het robotlichaam. Daarom passen robotfabrikanten deze componenten vaak sterk aan en werken ze zelfs samen met toonaangevende leveranciers om ervoor te zorgen dat robots aan de vereiste hoge-prestatienormen kunnen voldoen.
1.4 Materiaalkunde en productietechnologie
Om stabiele prestaties van industriële robots te behouden tijdens langdurig gebruik-, is de carrosseriestructuur vaak gemaakt van een speciale gegoten aluminiumlegering of hoog-sterktestaal. Deze materialen ondergaan een precisiebewerking en een warmtebehandeling om sterkte, stijfheid en lichtgewicht in evenwicht te brengen, zodat robots bestand zijn tegen langdurige werklasten-.
Naast de sterkte van het materiaal zelf is ook de afdichtingsprestatie van de voeg een zeer belangrijke ontwerpvereiste. Industriële robots vereisen bijvoorbeeld doorgaans een bepaald beschermingsniveau om het binnendringen van stof of vloeistoffen te voorkomen. Bewerkingen met een hoge{2}}lange termijn kunnen ook slijtage aan componenten veroorzaken. Het kiezen van materialen met een goede slijtvastheid en het garanderen daarvan door middel van precisieprocessen is dus een andere technische uitdaging voor robots geworden.
1.5 Hoge integratie en systeemaanpassing
Industriële robots zijn niet alleen eenvoudige mechanische lichamen, ze moeten in hoge mate geïntegreerd zijn met meerdere systemen, zoals besturingssystemen en sensoren. Het robotlichaam moet real-timegegevens uitwisselen met de controller via een hoge-snelheidsbus (zoals EtherCAT) om de bewegingsstatus nauwkeurig aan te passen.
Tegelijkertijd moeten robots, om zich beter aan te passen aan complexe industriële omgevingen, ook verschillende sensoren integreren, zoals krachtsensoren, vision-sensoren, enz. Deze sensoren kunnen robots in staat stellen de omgeving te "waarnemen" en adaptieve reacties te geven. Tijdens het lassen kunnen robots bijvoorbeeld krachtsensoren gebruiken om veranderingen in de contactkracht te detecteren, waardoor het lasproces nauwkeurig wordt gecontroleerd.
Verschillende toepassingsscenario’s stellen ook verschillende eisen aan robots. Taken zoals handling, lassen en montage stellen verschillende eisen aan het draagvermogen, het bewegingsbereik en de nauwkeurigheid van robots. Daarom moeten industriële robots meestal worden aangepast aan daadwerkelijke toepassingsscenario's om maximale prestaties onder specifieke omstandigheden te garanderen.
2. Redenen waarom industriële robots menselijke arbeid vervangen: efficiënt, nauwkeurig en veilig
Op welke basis kunnen industriële robots menselijke arbeid vervangen? Het antwoord ligt in hun efficiëntie, precisie en veiligheid.
2.1 Efficiëntie
Robots kunnen 24 uur per dag zonder onderbreking werken, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. Vooral bij sommige zeer repetitieve taken kunnen robots hun werk snel voltooien zonder te worden beïnvloed door menselijke factoren zoals vermoeidheid en emotionele schommelingen.
2.2 Nauwkeurigheid
Zoals eerder vermeld, kunnen industriële robots zeer-precieze handelingen uitvoeren, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor scenario's die strikte toleranties en nauwgezette bediening vereisen. In industrieën zoals de automobielindustrie en de elektronische assemblage kunnen robots een precisie bereiken die veel verder gaat dan die van mensen, waardoor producten van hoge-kwaliteit worden gegarandeerd.
2.3 Beveiliging
Robots kunnen mensen vervangen bij sommige gevaarlijke taken, zoals lassen in omgevingen met hoge- temperaturen en het omgaan met radioactieve materialen. Dit beschermt niet alleen de veiligheid van werknemers, maar vermindert ook arbeidsongevallen-, waardoor de stabiliteit en efficiëntie van het productieproces worden gewaarborgd.
Hoewel industriële robots op veel gebieden menselijke arbeid hebben vervangen en een groot aantal zware taken hebben uitgevoerd, gaat hun technologische ontwikkeling nog steeds voortdurend vooruit. Met de voortdurende vooruitgang van technologieën zoals kunstmatige intelligentie, het internet der dingen en big data zullen toekomstige industriële robots intelligenter worden, in staat zijn tot autonoom oordeel, besluitvorming- en samenwerken met andere apparaten om efficiëntere productiemodi te bereiken.
Industriële robots zijn niet bedoeld om menselijke arbeid volledig te vervangen, maar om nauw samen te werken met mensen, waardoor menselijke arbeid vrijkomt en mensen zich meer kunnen concentreren op creatieve -besluitvorming en werk op- hoger niveau. In het tijdperk van Industrie 4.0 vormen robots de brug tussen technologie en productiviteit, en de belangrijkste drijvende kracht achter de transformatie van de moderne maakindustrie.