Карл Маркс, постоянно подчеркивавший роль науки, обращал внимание на то, что машины и любой другой вид орудий производства являются «органами мышления человека, созданными его руками; конкретным проявлением силы его знаний». Это касается и промышленных роботов. Дальнейшее усиление и интенсификация научно-технической деятельности человека вообще и в области промышленной робототехники в частности, как в качественном, так и в количественном отношении повысит эффективность экономики и, следовательно, послужит на благо человечества.
При конструировании промышленного робота за отправную точку берут, например, физические свойства обрабатываемой детали или других предметов, занятых в рабочем процессе. Обрабатываемые объекты могут быть из различных материалов (металл, стекло, камень, пластмасса и др.), иметь после обработки различную форму (прямоугольная пластина, валик или шар), быть твердыми или эластичными, тяжелыми или легкими, иметь низкую или очень высокую температуру и прочие свойства. Кроме того, определенное влияние на конструкцию промышленных роботов оказывают применяемый в рабочем процессе инструмент, размещение машин, имеющиеся транспортировочные приспособления, накопители, размеры рабочего помещения, уровень надежности техники безопасности и защиты от несчастных случаев, требования по техническому уходу и ремонту, а также прочие условия по охране окружающей среды. Столь разнообразным требованиям соответствуют и различные конструктивные решения, которые реализуются в рамках определенных групп.
К важным конструктивным элементам промышленного робота относятся:
станина, основа для направляющей грейфера;
направляющая грейфера и сам грейфер, обеспечивающие пространственное ориентирование инструмента и обрабатываемой детали (соответственно в пределах обрабатывающего устройства), захват обрабатываемой детали, обеспечение нужной позиции обрабатываемой детали при рабочем цикле;
привод, преобразование и передача необходимой энергии на оси, обеспечивающие манипулирование;
система управления, управление движениями робота и контроль за выполнением программы, прием и переработка поступающей информации и программ, обеспечение связи с приспособлениями, соответствующее реагирование на определенные явления;
измерительная система, измерение позиций, величин перемещений и скорости по отдельным осям манипулирования;
датчики, учет воздействия окружающей среды, замеры физических величин, распознавание образца и позиции.
Роботы могут устанавливаться стационарно или подвижно — в зависимости от предъявляемых к ним требований, на станинах или на рабочих столах, на стенах либо подвешиваться на арках.
В процессе применения промышленных роботов огромное значение имеет система маневрирования, т. е. кинематическая система. Главная ее задача заключается в обеспечении перемещения объекта — обрабатываемой детали или инструмента — из одной точки в другую, т. е. на любую позицию в рамках рабочей зоны. Для этого передаточный механизм направляющей грейфера имеет ротационные и трансляционные узлы. Трансляционные узлы служат для выполнения прямолинейных перемещений. Их связь между собой осуществляется при помощи ротационных узлов, которые обеспечивают роботу возможность за счет действия приводов выполнять вращение и поворотные движения. Комбинируя эти узлы между собой, можно установить пределы рабочей зоны робота. Следовательно, изменение позиций объекта может осуществляться в пределах рабочей зоны за счет комбинирования вращательными и поступательными движениями соответствующих узлов.
Давайте проследим это на одном примере. Тело (предположим, куб) может свободно перемещаться в пространстве и имеет свободу шестой степени, т. е. при помощи трех вращательных и трех поступательных движений оно может быть перемещено на любую иную позицию, что для промышленного робота соответствует комбинированию движений по ротационным и трансляционным осям.
Исходной для данных процессов является система координат с обычными осями координат X, У, Z для осей поступательных движений по прямым линиям (поступательные движения по направлениям осей координат). Оси вращательных движений обозначаются буквами А, В, С. Возможности выполнения отдельных движений передаточным механизмом направляющей грейфера и самого грейфера определяют степень свободы робота (называемой также степенью свободы грейфера). Относительно куба он имеет свободу шестого порядка.