O sistema de ontologia dos robôs industriais, em suma, é a parte de hardware que constitui o próprio robô. Inclui os componentes principais, como base, cintura, braços, pulsos e efetores finais, que trabalham juntos para realizar diversas tarefas industriais. Por trás da estrutura mecânica aparentemente simples está uma tecnologia extremamente complexa e um design preciso.
1.1 Estrutura Mecânica e Graus de Liberdade
Os robôs industriais normalmente adotam estruturas mecânicas articuladas com 4 a 6 graus de liberdade (DOF). Entre eles, 3 graus de liberdade são usados para controlar a posição do efetor final, e os outros 1 a 3 graus de liberdade são usados para ajustar a postura e direção do efetor final. Esses graus de liberdade permitem que os robôs executem tarefas delicadas e complexas, como manuseio, soldagem e montagem.
O efetor final (ou seja, a “mão” do braço robótico) pode ser personalizado de acordo com cenários específicos de aplicação, equipado com diferentes ferramentas de trabalho, como pistolas de soldagem, ventosas, chaves inglesas, pistolas pulverizadoras, etc.
1.2 Projeto de Máquinas de Precisão e Controle Dinâmico
A estrutura corporal dos robôs industriais não precisa apenas considerar os requisitos da mecânica e da dinâmica, mas também deve ter alta precisão e alta rigidez. O design de cada componente requer análise dinâmica e otimização precisas. Tomando o pulso como exemplo, para conseguir um ajuste postural complexo, são necessárias múltiplas articulações giratórias (geralmente 3 graus de liberdade). A ligação entre essas juntas gera vibrações, e como reduzir essas vibrações através de um controle preciso e ao mesmo tempo garantir a precisão do movimento do robô é um desafio de projeto.
Além disso, para alcançar uma operação de alta-precisão, os robôs industriais geralmente exigem que a precisão de posicionamento repetido do efetor final atinja ± 0,05 mm ou até mais. Essa precisão é crucial para alguns setores importantes, como fabricação automotiva, montagem de produtos eletrônicos, etc.
1.3 Requisitos de alto desempenho para componentes principais
O desempenho dos robôs depende muito de seus componentes principais, incluindo servomotores, redutores e codificadores. Os servomotores são a fonte de energia dos robôs, enquanto os redutores de precisão (como os redutores harmônicos) são responsáveis por converter a rotação do motor no movimento do braço robótico, garantindo que o robô possa concluir as tarefas com eficiência e precisão. O codificador é um componente chave usado para detectar a posição do braço robótico, garantindo que cada junta possa ser controlada com precisão quanto ao movimento.
A dificuldade técnica desses componentes principais é relativamente alta e o custo também representa a maior parte do custo do corpo do robô. Portanto, os fabricantes de robôs geralmente personalizam altamente esses componentes e até colaboram com os principais fornecedores para garantir que os robôs possam atender aos altos-padrões de desempenho exigidos.
1.4 Ciência de Materiais e Tecnologia de Fabricação
Para manter o desempenho estável dos robôs industriais durante a operação-de longo prazo, a estrutura do corpo geralmente é feita de liga especial de alumínio fundido ou aço-de alta resistência. Esses materiais passam por usinagem de precisão e tratamento térmico para equilibrar resistência, rigidez e leveza, garantindo que os robôs possam suportar cargas de trabalho-de longo prazo.
Além da resistência do próprio material, o desempenho de vedação da junta também é um requisito de projeto muito importante. Por exemplo, os robôs industriais normalmente requerem um certo nível de proteção para evitar a intrusão de poeira ou líquidos. Operações de alta-intensidade a longo prazo também podem causar desgaste nos componentes, portanto, como escolher materiais com boa resistência ao desgaste e garantir isso por meio de processos de precisão tornou-se outro desafio técnico para os robôs.
1.5 Alta integração e adaptação do sistema
Os robôs industriais não são apenas simples corpos mecânicos, eles devem estar altamente integrados com múltiplos sistemas, tais como sistemas de controle e sensores. O corpo do robô precisa trocar dados-em tempo real com o controlador por meio de um barramento-de alta velocidade (como EtherCAT) para ajustar com precisão seu estado de movimento.
Ao mesmo tempo, para melhor se adaptarem a ambientes industriais complexos, os robôs também precisam integrar vários sensores, como sensores de força, sensores de visão, etc. Esses sensores podem permitir que os robôs "percebam" o ambiente circundante e dêem respostas adaptativas. Por exemplo, durante a soldagem, os robôs podem usar sensores de força para detectar alterações na força de contato, controlando assim com precisão o processo de soldagem.
Diferentes cenários de aplicação também possuem requisitos diferentes para robôs. Tarefas como manuseio, soldagem e montagem têm requisitos diferentes para a capacidade de carga, amplitude de movimento e precisão dos robôs. Portanto, os robôs industriais geralmente precisam ser customizados de acordo com cenários reais de aplicação para garantir o máximo desempenho sob condições específicas.
2. Razões para os robôs industriais substituirem o trabalho humano: eficientes, precisos e seguros
Então, com base em que podem os robôs industriais substituir o trabalho humano? A resposta está em sua eficiência, precisão e segurança.
2.1 Eficiência
Os robôs podem trabalhar 24 horas por dia sem interrupção, melhorando significativamente a eficiência da produção. Especialmente em algumas tarefas altamente repetitivas, os robôs podem concluir rapidamente o seu trabalho sem serem afetados por fatores humanos, como fadiga e flutuações emocionais.
2.2 Precisão
Conforme mencionado anteriormente, os robôs industriais podem realizar operações de alta-precisão, tornando-os particularmente adequados para cenários que exigem tolerâncias rigorosas e operação meticulosa. Em setores como a fabricação de automóveis e a montagem de eletrônicos, os robôs podem atingir uma precisão muito superior à dos humanos, garantindo produtos de alta-qualidade.
2.3 Segurança
Os robôs podem substituir humanos em alguns trabalhos perigosos, como soldagem em ambientes{0}}de alta temperatura e manuseio de materiais radioativos. Isso não apenas protege a segurança dos trabalhadores, mas também reduz os acidentes-relacionados ao trabalho, garantindo a estabilidade e a eficiência do processo de produção.
Embora os robôs industriais tenham substituído o trabalho humano em muitos campos e concluído um grande número de tarefas pesadas, o seu desenvolvimento tecnológico continua a avançar constantemente. Com o avanço contínuo de tecnologias como inteligência artificial, Internet das Coisas e big data, os futuros robôs industriais se tornarão mais inteligentes, capazes de julgamento autônomo, tomada de decisões-e colaboração com outros dispositivos para alcançar modos de produção mais eficientes.
Os robôs industriais não foram criados para substituir completamente o trabalho humano, mas para trabalhar em estreita colaboração com os humanos, liberando o trabalho humano e permitindo que os humanos se concentrem mais na criatividade, na tomada de decisões-e no trabalho de-nível superior. Na era da Indústria 4.0, os robôs são a ponte entre a tecnologia e a produtividade, e a principal força motriz para a transformação da indústria transformadora moderna.