آیا تا به حال به این فکر کردهاید که چرا دو ربات که دقیقا یک کار را انجام میدهند، میتوانند عملکردی کاملا متفاوت داشته باشند؟ پاسخ این سؤال در قلب مهندسی رباتیک پنهان است: پیکر بندی رباتیک.
امروزه در دوران طلایی اتوماسیون زندگی میکنیم؛ دورانی که رباتها دیگر موجوداتی خیالی نیستند، بلکه نقش اساسی در صنایع مدرن دارند از مونتاژ خودرو گرفته تا مأموریتهای فضایی. اما آنچه یک ربات را از مجموعهای از قطعات فلزی و سیمهای درهمتنیده متمایز میکند، نحوه چیدمان و سازماندهی اجزای آن است.
پیکربندی تنها یک مفهوم فنی نیست؛ نوعی هنر است. این پیکربندی است که هندسه ربات، فضای کاری آن و تعداد درجات آزادیاش را مشخص میکند و در نهایت، تواناییها و محدودیتهای ربات را شکل میدهد. به همین دلیل، انتخاب یک پیکربندی مناسب میتواند تفاوتی بزرگ ایجاد کند، تفاوت میان یک خط تولید دقیق و پایدار با پروژهای ناموفق.
در ادامه، علاوهبر معرفی رایجترین پیکربندیهای رباتیک، به اصول و معیارهای انتخاب بهترین ساختار برای هر مأموریت نیز میپردازیم.
فهرست مطالب
پیکر بندی رباتیک صنعتی: کلید عملکرد دقیق، سریع و قابلاعتماد در تولید
هنگام انتخاب یک ربات صنعتی، عوامل متعددی باید مدنظر قرار گیرند مثل: هدف از استفاده چیست، ربات با چه سرعتی باید حرکت کند، چه دقت حرکتی لازم است و آیا ربات قرار است مشارکتی باشد یا مستقل؟ پاسخ به این پرسشها و بررسی سایر نیازهای عملیاتی، تعیین میکند که کدام ربات صنعتی برای یک کار خاص مناسبتر است.
یکی از مهمترین عواملی که نحوه حرکت ربات و محدوده کاری آن را مشخص میکند، پیکر بندی رباتیک است. با انتخاب صحیح پیکربندی رباتیک و تعیین محورها، میتوان رباتی طراحی کرد که ابزارهایش را با سرعت، دقت و تکرارپذیری بالا، به هر نقطهای در فضای کاری سهبعدی منتقل کند.
ربات صنعتی سیستمیست که برای تولید طراحی شده و توانایی انجام طیف گستردهای از وظایف را دارد. این رباتها با کمک حسگرها، نرمافزارهای کامپیوتری و مجموعهای از حرکات مکانیکی پیچیده، وظایف مختلفی مانند برداشتن و قراردادن قطعات، جوشکاری نقطهای و قوسی، ماشینکاری، دستکاری و انتقال قطعات را با دقت و استقامت بالا انجام میدهند.
رباتهای صنعتی خودکار و قابل برنامهریزی، قادر به حرکت در دو یا چند محور هستند و کاربردهای آنها شامل جوشکاری، نقاشی، مونتاژ، بستهبندی و برچسبگذاری، پالتگذاری، بازرسی محصول و آزمایش است. همه این وظایف با سرعت و دقت بالا و بدون خستگی انجام میشوند.
اهمیت پیکربندی رباتیک در این است که نمایش ساده و دقیقی از طرح ربات ارائه میدهد، بدون جزئیات اضافی. این موضوع با روشهایی مانند ذخیرهسازی مختصات هر بازو متفاوت است، زیرا محدودیتهای اعمالشده توسط هر مفصل ممکن است با یک نمایش ساده مختصات بهطور کامل پوشش داده نشود.
اصول و مفاهیم پایه در رباتیک صنعتی
در رباتیک، برخی مفاهیم کلیدی وجود دارند که فهم آنها برای درک عملکرد و قابلیتهای رباتها ضروریست:
1. محور
محور، جهتیست که حرکت ربات در آن انجام میشود. حرکت میتواند خطی یا چرخشی باشد و هر ربات بسته به پیکربندی خود دارای چند محور است.
2. سرعت
سرعت، نشاندهنده میزان حرکت ربات برای رسیدن به موقعیت هدف است. به عبارت دیگر، این پارامتر بیان میکند که انتهای بازوی ربات با چه سرعتی میتواند به محل مورد نظر برسد.
3. شتاب
شتاب بیانگر توانایی ربات در افزایش سرعت حرکت خود است؛ یعنی بازو چقدر سریع میتواند از حالت سکون به حرکت برسد یا سرعت خود را تغییر دهد.
4. دقت
دقت به میزان نزدیکی ربات به موقعیت تعیینشده اشاره دارد. هرچه دقت بیشتر باشد، ربات دقیقتر در محل مورد نظر قرار میگیرد.
5. تکرارپذیری
تکرارپذیری نشان میدهد ربات چقدر خوب میتواند به موقعیت برنامهریزیشده بازگردد و حرکتهای مشابه را دوباره تکرار کند.
6. ظرفیت حمل یا بار مفید
این پارامتر مشخص میکند که ربات چه مقدار وزن را میتواند بلند کرده و جابجا کند.
7. سینماتیک ربات
سینماتیک ربات به مطالعه حرکت اجزای ربات میپردازد و رابطه بین هندسه ربات و موقعیت، سرعت و شتاب هر قسمت را بررسی میکند. در سینماتیک، بازوها و مفاصل ربات به صورت اجسام صلب مدلسازی میشوند و مفاصل حرکت چرخشی یا خطی خالص را فراهم میکنند.
با کمک سینماتیک، میتوان حرکت ربات را برنامهریزی و کنترل کرد و تعیین کرد که چه نیرو و گشتاوری برای رسیدن به موقعیتهای مشخص لازم است. بخش مرتبط با نیروها و جرم ربات، به حوزه دینامیک ربات تعلق دارد.
8. پوشش کاری
ناحیهای از فضا که ربات قادر به دسترسی به آن است.
آناتومی ربات؛ نگاهی ساده و روشن به ساختار رباتهای صنعتی
برای اینکه یک ربات بتواند مانند یک بازوی انسانی حرکت کند و کارهای مختلف را انجام دهد، باید از مجموعهای از مفاصل و پیوندها ساخته شده باشد. این دو جزء، اسکلت و ساختار اصلی ربات را تشکیل میدهند و نقش مهمی در شکلگیری سیستمهای مختصات و نحوه حرکت ربات دارند.
اجزای اصلی بازوی ربات
بازوی بیشتر رباتهای صنعتی از دو بخش مهم ساخته شده است:
- بدنه و بازو: وظیفه این بخش قراردادن ربات در موقعیت مناسب داخل فضای کاریست.
- مچ ربات: این قسمت جهت و زاویه ابزار انتهایی (مثل نازل جوش، گیره یا اسپری رنگ) را تنظیم میکند.
مفصل ربات
هر مفصل در ربات، یک نوع حرکت خاص را امکانپذیر میکند. تعداد این مفاصل، میزان آزادی حرکت ربات را مشخص میکند؛ چیزی که به آن درجه آزادی میگویند. هرچه تعداد درجات آزادی بیشتر باشد، ربات توانمندتر و انعطافپذیرتر خواهد بود.
انواع مفاصل رباتیک
رباتها برای ایجاد حرکت از مفاصل مختلفی استفاده میکنند، که هرکدام نوع خاصی از حرکت را ممکن میسازند:
- مفصل خطی (L): این مفصل حرکت مستقیم و لغزشی ایجاد میکند؛ انگار که یک بخش روی بخش دیگر عقب و جلو میشود.
- مفصل متعامد (O): مثل مفصل خطی عمل میکند، اما پیوند خروجی نسبت به ورودی عمود است.
- مفصل چرخشی (R): امکان چرخش بین دو بخش را فراهم میکند؛ مانند چرخش آرنج.
- مفصل پیچشی (T): حرکت چرخشی ایجاد میکند، با این تفاوت که محور چرخش موازی با پیوندهاست.
- مفصل گردان (V): در این نوع، محور لینک ورودی موازی محور چرخش است اما لینک خروجی عمود بر آن قرار میگیرد.
معرفی انواع رباتها بر اساس پیکربندی
رباتها معمولا بر اساس ساختار مکانیکی خود در شش پیکربندی اصلی دستهبندی میشوند.
البته لازم است توجه کنید که ما در این مقاله فقط به معرفی کلی پیکربندی رباتیک میپردازیم. اگر قصد دارید یک ربات صنعتی را بهصورت تخصصی و دقیق بر اساس برند، کاربرد، یا نیازهای خاص خط تولید پیکربندی و انتخاب کنید، بهتر است از متخصصان این حوزه کمک بگیرید.
تیاس گروپ با سالها تجربه در فروش، نصب و راهاندازی انواع رباتهای صنعتی میتواند بهترین گزینه را متناسب با نیاز شما معرفی کند.
برای دریافت مشاوره رایگان، هماکنون با ما تماس بگیرید.
در ادامه، هر یک از این دستهبندیها را دقیقتر و سادهتر بررسی میکنیم.
1- ربات دکارتی
این ربات ابزار خود را در امتداد هر یک از محورهای مختصات دکارتی (X، Y، Z) حرکت میدهد. حرکت خطی در این محورها باعث میشود ربات بتواند فضای کاری خود را به شکل یک جعبه پوشش دهد. این رباتها معمولا سه مفصل کشویی دارند و میتوانند با یک مچ متصل، حرکت چرخشی را هم انجام دهند.
کاربرد: بارگیری، پالتبندی، حمل و نقل و کارهای ساده صنعتی.
ویژگی: ساختار مستطیلی و حرکت خطی، آنها را انعطافپذیر و مناسب نیازهای مختلف صنعتی میکند.
2- ربات استوانهای
ابزار ربات در این نوع پیکربندی حول یک محور مرکزی میچرخد و همچنین میتواند به سمت یا دور از محور، بالا و پایین آن حرکت کند. این نوع پیکربندی فضایی به شکل استوانه ایجاد میکند و اغلب برای عملیات مونتاژ، جابجایی ماشینآلات، ریختهگری و جوشکاری نقطهای کاربرد دارد.
این رباتها دارای یک ستون عمودی هستند و بازوی آنها میتواند نسبت به محور ستون حرکت شعاعی و عمودی داشته باشد. معمولا یک مفصل پیچشی (T) برای چرخش ستون و یک مفصل خطی (L) برای حرکت عمودی استفاده میشود.
3- ربات کروی
حرکت ابزار در این ربات، یک فضای کاری به شکل کره ایجاد میکند. ابزار حول یک محور مرکزی میچرخد و میتواند حول یک محور دوم که با زاویه 90 درجه نسبت به محور اول قرار دارد نیز حرکت کند، علاوهبرآن، امکان حرکت در امتداد یک محور به جلو و عقب وجود دارد. این نوع رباتها معمولا برای ریختهگری تحت فشار، قالبگیری تزریقی، جوشکاری و جابجایی مواد استفاده میشوند.
این رباتها شبیه بازوی انسان طراحی شدهاند. دارای یک ستون عمودی و مفاصل شانه و آرنج هستند که بازو را به حرکت درمیآورند. بازوی ربات میتواند در جهتهای مختلف بچرخد و حرکت پیچیدهای انجام دهد.
- ویژگی: بسیار انعطافپذیر و مناسب انواع عملیات صنعتی؛ رایجترین نوع رباتهای صنعتی با شش درجه آزادی.
4- ربات SCARA
این بازوی رباتیک از ترکیب حرکات دکارتی و استوانهای استفاده میکند تا ابزار بتواند سریع و با دقت در حرکات خاص مانند حرکتهای قوسی عمل کند.
رباتهای SCARA مخصوص عملیات مونتاژ هستند. محورهای چرخشی شانه و آرنج آنها عمودی است، بنابراین بازو در جهت عمودی سفت و در جهت افقی انعطافپذیر است.
- کاربرد: مونتاژ و جابجایی قطعات در خطوط تولید.
- ویژگی: سرعت بالا و دقت مناسب در حرکات.
5- ربات مفصلی
ربات مفصلی رایجترین شکل رباتهای صنعتی است. بازوی آن حداقل دارای یک مفصل شانه، یک مفصل آرنج و یک مفصل مچ است. این نوع رباتها میتوانند هم محورهای اصلی و هم فرعی را پوشش دهند و کاربردهای متنوعی مانند مونتاژ، جوشکاری قوسی، جابجایی مواد، ماشینکاری و بستهبندی دارند.
6- ربات دلتا یا موازی
این رباتها از اتصالات موازی استفاده میکنند و میتوانند ابزار خود را با بیشترین سرعت حرکت دهند. دلتا برای انتخاب و جابجایی سریع اقلام در کارهای مرتبسازی و سایر عملکردهای پرسرعت ایدهآل است.
کلام آخر
پیکربندی رباتیک فقط یک ویژگی طراحی نیست؛ قلب عملکرد و کارایی هر ربات صنعتی است. نوع پیکربندی ربات تعیین میکند که ربات چه فضایی را پوشش دهد، چقدر دقیق باشد، چه میزان بار را جابهجا کند و در نهایت آیا استفاده از آن از نظر اقتصادی توجیه دارد یا خیر.
آینده رباتیک در مسیر پیکر بندی رباتیک هوشمند، ماژولار و انعطافپذیر حرکت میکند. رباتهای نسل جدید میتوانند متناسب با نوع کار، چینش یا ساختار خود را تغییر دهند؛ برای مثال از یک ساختار سری به یک ساختار ترکیبی تبدیل شوند تا راندمان بالاتری ارائه دهند.
درک اصول سینماتیک و دینامیک پیکربندی رباتیک، پایهی طراحی رباتهایی است که نهتنها نیازهای امروز صنعت را بهخوبی انجام میدهند، بلکه برای چالشهای آینده و صنعت 4.0 نیز آمادهاند.
در نهایت، انتخاب پیکربندی مناسب یعنی ترجمهی دقیق اهداف عملیاتی به زبان هندسه، و همین انتخاب میتواند ظرفیت واقعی یک سیستم رباتیک را آزاد کند.
بدون دیدگاه