Lühidalt öeldes on tööstusrobotite ontoloogiasüsteem riistvaraosa, mis moodustab roboti enda. See sisaldab põhikomponente, nagu alus, vöökoht, käed, randmed ja otsaefektid, mis töötavad koos erinevate tööstuslike ülesannete täitmiseks. Pealtnäha lihtsa mehaanilise konstruktsiooni taga peitub ülimalt keeruline tehnoloogia ja täpne disain.
1.1 Mehaaniline struktuur ja vabadusastmed
Tööstuslikud robotid kasutavad tavaliselt 4–6 vabadusastmega (DOF) liigendatud mehaanilisi struktuure. Nende hulgas kasutatakse 3 vabadusastet lõppefektori asendi juhtimiseks ja ülejäänud 1 kuni 3 vabadusastet kasutatakse lõppefektori asendi ja suuna reguleerimiseks. Need vabadusastmed võimaldavad robotitel täita peeneid ja keerulisi ülesandeid, nagu käsitsemine, keevitamine ja kokkupanek.
Lõppefektorit (st robotkäe "kätt") saab kohandada vastavalt konkreetsetele rakendusstsenaariumidele, varustada erinevate töövahenditega, nagu keevituspüstolid, iminapad, mutrivõtmed, pihustuspüstolid jne. See paindlikkus võimaldab tööstusrobotidel kohaneda erinevate tööstusharude erinevate vajadustega.
1.2 Täppismasinate disain ja dünaamiline juhtimine
Tööstusrobotite kerekonstruktsioon ei pea mitte ainult arvestama mehaanika ja dünaamika nõudeid, vaid sellel peab olema ka kõrge täpsus ja suur jäikus. Iga komponendi disain nõuab täpset dünaamilist analüüsi ja optimeerimist. Võttes näiteks randme, on keeruka kehahoiaku reguleerimise saavutamiseks vaja mitut pöördliigendit (tavaliselt 3 vabadusastet). Ühendus nende liigeste vahel tekitab vibratsiooni ja kuidas neid vibratsioone täpse juhtimisega vähendada, tagades samal ajal roboti liikumise täpsuse, on disaini väljakutse.
Lisaks vajavad tööstusrobotid suure-täpsuse saavutamiseks tavaliselt lõppefektori korduvat positsioneerimistäpsust, et jõuda ± 0,05 mm või isegi kõrgemale. See täpsus on otsustava tähtsusega mõne võtmetööstuse jaoks, nagu autotööstus, elektroonikaseadmete kokkupanek jne.
1.3 Põhikomponentide kõrged jõudlusnõuded
Robotite jõudlus sõltub suuresti nende põhikomponentidest, sealhulgas servomootoritest, reduktoritest ja kodeerijatest. Servomootorid on robotite jõuallikaks, samas kui täppisreduktorid (nt harmoonilised reduktorid) vastutavad mootori pöörlemise muutmise eest robotkäe liikumiseks, tagades, et robot suudab ülesandeid tõhusalt ja täpselt täita. Kodeerija on võtmekomponent, mida kasutatakse robotkäe asukoha tuvastamiseks, tagades, et iga liigendit saab liikumiseks täpselt juhtida.
Nende põhikomponentide tehniline raskus on suhteliselt kõrge ja kulud moodustavad ka suurema osa roboti kere maksumusest. Seetõttu kohandavad robotitootjad sageli neid komponente põhjalikult ja teevad isegi koostööd juhtivate tarnijatega, et tagada robotite vastavus nõutavatele kõrgetele jõudlusstandarditele.
1.4 Materjaliteadus ja tootmistehnoloogia
Tööstusrobotite stabiilse jõudluse säilitamiseks-pikaajalise töötamise ajal on kere struktuur sageli valmistatud spetsiaalsest valatud alumiiniumisulamist või ülitugevast terasest. Neid materjale töödeldakse täpselt ja kuumtöödeldakse, et tasakaalustada tugevust, jäikust ja kerget kaalu, tagades, et robotid taluvad pikaajalist-töökoormust.
Lisaks materjali enda tugevusele on väga oluline projekteerimisnõue ka vuugi tihendusvõime. Näiteks tööstusrobotid nõuavad tavaliselt teatud kaitsetaset, et vältida tolmu või vedelike sissetungimist. Pikaajalised suure-intensiivsusega toimingud võivad samuti põhjustada komponentide kulumist, nii et hea kulumiskindlusega materjalide valimine ja selle tagamine täppisprotsesside kaudu on muutunud robotite jaoks veel üheks tehniliseks väljakutseks.
1.5 Kõrge integreeritus ja süsteemi kohandamine
Tööstusrobotid ei ole lihtsalt lihtsad mehaanilised korpused, need peavad olema tugevalt integreeritud mitme süsteemiga, nagu juhtimissüsteemid ja andurid. Roboti keha peab oma liikumisoleku täpseks reguleerimiseks vahetama kontrolleriga reaalajas andmeid-kiire siini (nt EtherCAT) kaudu.
Samal ajal peavad robotid keeruka tööstuskeskkonnaga paremini kohanemiseks integreerima ka erinevaid andureid, nagu jõuandurid, nägemisandurid jne. Need andurid võimaldavad robotitel ümbritsevat keskkonda "tajuda" ja adaptiivseid reaktsioone anda. Näiteks saavad robotid keevitamise ajal kasutada jõuandureid, et tuvastada kontaktjõu muutusi, kontrollides seeläbi täpselt keevitusprotsessi.
Erinevatel rakendusstsenaariumidel on ka erinevad nõuded robotitele. Sellistel tööülesannetel nagu käsitsemine, keevitamine ja montaaž on erinevad nõuded robotite kandevõimele, liikumisulatusele ja täpsusele. Seetõttu tuleb tööstusroboteid tavaliselt kohandada vastavalt tegelikele rakendusstsenaariumidele, et tagada maksimaalne jõudlus konkreetsetes tingimustes.
2. Põhjused, miks tööstusrobotid asendavad inimtööjõudu: tõhusad, täpsed ja ohutud
Niisiis, mille alusel saavad tööstusrobotid inimtööjõudu asendada? Vastus peitub nende tõhususes, täpsuses ja ohutuses.
2.1 Tõhusus
Robotid saavad töötada 24 tundi ööpäevas ilma katkestusteta, parandades oluliselt tootmise efektiivsust. Eriti mõne väga korduva töö puhul saavad robotid oma töö kiiresti lõpule viia, ilma et neid mõjutaksid inimtegurid, nagu väsimus ja emotsionaalsed kõikumised.
2.2 Täpsus
Nagu varem mainitud, suudavad tööstusrobotid saavutada ülitäpseid{0}}toiminguid, mistõttu on need eriti sobivad stsenaariumide jaoks, mis nõuavad rangeid tolerantse ja täpset töötamist. Sellistes tööstusharudes nagu autotootmine ja elektroonikaseadmete kokkupanek, suudavad robotid saavutada inimeste omast palju suurema täpsuse, tagades kvaliteetsed tooted{{2}.
2.3 Turvalisus
Robotid võivad asendada inimesi mõnes ohtlikus töös, näiteks keevitamisel-kõrge temperatuuriga keskkondades ja radioaktiivsete materjalide käitlemisel. See mitte ainult ei kaitse töötajate ohutust, vaid vähendab ka-tööga seotud õnnetusi, tagades tootmisprotsessi stabiilsuse ja tõhususe.
Kuigi tööstusrobotid on paljudes valdkondades asendanud inimtööjõudu ja täitnud suure hulga raskeid ülesandeid, liigub nende tehnoloogiline areng siiski pidevalt edasi. Tehnoloogiate, nagu tehisintellekt, asjade Internet ja suurandmed, pideva arenguga muutuvad tulevased tööstusrobotid intelligentsemaks, võimelised iseseisvalt otsustama,-tegema otsuseid ja tegema koostööd teiste seadmetega, et saavutada tõhusamad tootmisrežiimid.
Tööstusrobotid ei ole mõeldud inimtöö täielikuks asendamiseks, vaid inimestega tihedaks koostööks, vabastades inimtööjõu ja võimaldades inimestel rohkem keskenduda loomingulisele-otsuste tegemisele ja kõrgemal{1}}tasemel tööle. Tööstus 4.0 ajastul on robotid sillaks tehnoloogia ja tootlikkuse vahel ning moodsa töötleva tööstuse ümberkujundamise peamine liikumapanev jõud.