En bref, le système ontologique des robots industriels est la partie matérielle qui constitue le robot lui-même. Il comprend les principaux composants tels que la base, la taille, les bras, les poignets et les effecteurs finaux, qui travaillent ensemble pour effectuer diverses tâches industrielles. Derrière une structure mécanique apparemment simple se cachent une technologie extrêmement complexe et une conception précise.
1.1 Structure mécanique et degrés de liberté
Les robots industriels adoptent généralement des structures mécaniques articulées avec 4 à 6 degrés de liberté (DOF). Parmi eux, 3 degrés de liberté sont utilisés pour contrôler la position de l'effecteur final, et les 1 à 3 autres degrés de liberté sont utilisés pour ajuster la posture et la direction de l'effecteur final. Ces degrés de liberté permettent aux robots d'effectuer des tâches fines et complexes telles que la manipulation, le soudage et l'assemblage.
L'effecteur final (c'est-à-dire la « main » du bras robotique) peut être personnalisé selon des scénarios d'application spécifiques, équipé de différents outils de travail tels que des pistolets de soudage, des ventouses, des clés, des pistolets pulvérisateurs, etc. Cette flexibilité permet aux robots industriels de s'adapter aux différents besoins des différentes industries.
1.2 Conception de machines de précision et contrôle dynamique
La structure du corps des robots industriels doit non seulement tenir compte des exigences mécaniques et dynamiques, mais doit également avoir une haute précision et une grande rigidité. La conception de chaque composant nécessite une analyse dynamique et une optimisation précises. En prenant le poignet comme exemple, afin d'obtenir un ajustement complexe de la posture, plusieurs articulations pivotantes (généralement 3 degrés de liberté) sont nécessaires. La liaison entre ces articulations génère des vibrations, et comment réduire ces vibrations grâce à un contrôle précis tout en garantissant la précision du mouvement du robot constitue un défi de conception.
De plus, afin d'obtenir un fonctionnement de haute-précision, les robots industriels nécessitent généralement que la précision de positionnement répété de l'effecteur final atteigne ± 0,05 mm, voire plus. Cette précision est cruciale pour certaines industries clés telles que la construction automobile, l’assemblage de produits électroniques, etc.
1.3 Exigences de haute performance pour les composants de base
Les performances des robots dépendent fortement de leurs composants principaux, notamment les servomoteurs, les réducteurs et les encodeurs. Les servomoteurs sont la source d'énergie des robots, tandis que les réducteurs de précision (tels que les réducteurs d'harmoniques) sont chargés de convertir la rotation du moteur en mouvement du bras robotique, garantissant ainsi que le robot peut accomplir ses tâches de manière efficace et précise. L'encodeur est un composant clé utilisé pour détecter la position du bras robotique, garantissant que chaque articulation peut être contrôlée avec précision pour le mouvement.
La difficulté technique de ces composants de base est relativement élevée et leur coût représente également la majorité du coût du corps du robot. Par conséquent, les fabricants de robots personnalisent souvent fortement ces composants et collaborent même avec des fournisseurs de premier plan pour garantir que les robots peuvent répondre aux normes de performances élevées-requises.
1.4 Science des matériaux et technologie de fabrication
Afin de maintenir des performances stables des robots industriels pendant-un fonctionnement à long terme, la structure du corps est souvent constituée d'un alliage d'aluminium moulé spécial ou d'acier à haute-résistance. Ces matériaux subissent un usinage de précision et un traitement thermique pour équilibrer résistance, rigidité et légèreté, garantissant ainsi que les robots peuvent supporter des charges de travail à long terme.
Outre la résistance du matériau lui-même, les performances d’étanchéité du joint constituent également une exigence de conception très importante. Par exemple, les robots industriels nécessitent généralement un certain niveau de protection pour empêcher l’intrusion de poussières ou de liquides. Les opérations à long terme et à haute intensité-peuvent également provoquer une usure des composants. Par conséquent, comment choisir des matériaux offrant une bonne résistance à l'usure et la garantir grâce à des processus de précision est devenu un autre défi technique pour les robots.
1.5 Haute intégration et adaptation du système
Les robots industriels ne sont pas de simples corps mécaniques, ils doivent être hautement intégrés à plusieurs systèmes tels que des systèmes de contrôle et des capteurs. Le corps du robot doit échanger des données-en temps réel avec le contrôleur via un bus-haute vitesse (tel qu'EtherCAT) pour ajuster avec précision son état de mouvement.
Dans le même temps, afin de mieux s'adapter aux environnements industriels complexes, les robots doivent également intégrer divers capteurs, tels que des capteurs de force, des capteurs de vision, etc. Ces capteurs peuvent permettre aux robots de « percevoir » l'environnement et d'apporter des réponses adaptatives. Par exemple, pendant le soudage, les robots peuvent utiliser des capteurs de force pour détecter les changements de force de contact, contrôlant ainsi avec précision le processus de soudage.
Différents scénarios d'application ont également des exigences différentes pour les robots. Les tâches telles que la manipulation, le soudage et l'assemblage ont des exigences différentes en termes de capacité de charge, d'amplitude de mouvement et de précision des robots. Par conséquent, les robots industriels doivent généralement être personnalisés en fonction de scénarios d’application réels afin de garantir des performances maximales dans des conditions spécifiques.
2. Raisons pour lesquelles les robots industriels remplacent le travail humain : efficaces, précis et sûrs
Alors, sur quelle base les robots industriels peuvent-ils remplacer le travail humain ? La réponse réside dans leur efficacité, leur précision et leur sécurité.
2.1 Efficacité
Les robots peuvent travailler 24 heures sur 24 sans interruption, améliorant ainsi considérablement l’efficacité de la production. En particulier dans certaines tâches très répétitives, les robots peuvent terminer leur travail rapidement sans être affectés par des facteurs humains tels que la fatigue et les fluctuations émotionnelles.
2.2 Précision
Comme mentionné précédemment, les robots industriels peuvent réaliser des opérations de haute-précision, ce qui les rend particulièrement adaptés aux scénarios nécessitant des tolérances strictes et un fonctionnement méticuleux. Dans des secteurs tels que la construction automobile et l'assemblage électronique, les robots peuvent atteindre une précision bien supérieure à celle des humains, garantissant ainsi des produits de haute-qualité.
2.3 Sécurité
Les robots peuvent remplacer les humains dans certains travaux dangereux, comme le soudage dans des environnements-à haute température et la manipulation de matières radioactives. Cela protège non seulement la sécurité des travailleurs, mais réduit également les accidents du travail-liés au travail, garantissant ainsi la stabilité et l'efficacité du processus de production.
Bien que les robots industriels aient remplacé le travail humain dans de nombreux domaines et accompli un grand nombre de tâches lourdes, leur développement technologique continue de progresser constamment. Grâce aux progrès continus des technologies telles que l'intelligence artificielle, l'Internet des objets et le Big Data, les futurs robots industriels deviendront plus intelligents, capables de jugement, de prise de décision-autonomes et de collaboration avec d'autres appareils pour atteindre des modes de production plus efficaces.
Les robots industriels ne sont pas destinés à remplacer complètement le travail humain, mais à travailler en étroite collaboration avec les humains, en libérant le travail humain et en permettant aux humains de se concentrer davantage sur la création, la-prise de décision et-le travail de niveau supérieur. À l’ère de l’Industrie 4.0, les robots constituent le pont entre la technologie et la productivité, et le principal moteur de la transformation de l’industrie manufacturière moderne.