اگر تصمیم به خرید ربات‌های صنعتی یا تحقیق در مورد آن‌ها گرفته باشید حتما با تنوع بالا و گیج‌کننده‌ی ربات‌های صنعتی مواجه شده‌اید. ربات‌های صنعتی در یک تقسیم کلی با توجه به ساختارشان انواعی مثل ربات دکارتی، اسکارا، دلتا، استوانه‌ای و ربات مفصلی دارند. طبیعتا هرکدام از انواع ربات برای کاربردهای خاصی مناسب‌تر هستند. در این محتوا می‌خواهیم در مورد ربات مفصلی، ویژگی‌های آن، کاربردهای آن و گزینه‌هایی که هنگام خرید آن باید مد نظر داشته باشید در این مقاله با شما صحبت کنیم.
ربات مفصلی چیست؟
ربات‌های صنعتی اقسام مختلفی دارند. انواع معروف و شناخته‌شده‌ی ربات صنعتی ربات اسکارا، ربات دکارتی، ربات استوانه‌ای، ربات دلتا و ربات مفصلی هستند. در این میان ربات مفصلی احتمالا از همه شناخته‌شده‌تر است. ربات‌های مفصلی همان ربات‌هایی هستند که احتمالا در تصاویر مربوط به خط تولیدها زیاد دیده‌اید.
یک ربات مفصلی، رباتی است که با مفاصل چرخشی تجهیز شده است که معمولا با موتورهای سرو مخصوص کار می‌کنند. معمولا ربات‌های دیگر سیستم‌های حرکتی ساده‌تری دارند اما مفاصل چرخشی امکان حرکت کامل را به ربات‌های مفصلی می‌دهند. مفاصل این ربات‌ها از طریق چندین صفحه چرخش می‌کنند و قابلیت‌های حرکتی ربات را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. یک ربات مفصلی می‌تواند یک تا بیش از ده مفصل چرخشی داشته باشد، و نوع‌های دیگری از مفاصل نیز بسته به طراحی ربات و کارکرد مورد نظر آن در آن به کار برده شوند. البته بعضی از سلول‌های رباتیک مفصلی یا ربات‌های مفصلی دو بازویی در مجموع حتی تعداد بالاتری از مفاصل را دارا هستند.
با مفاصل چرخشی، ربات می‌تواند حرکات بسیار دقیقی داشته باشد. ربات‌های مفصلی معمولاً در خطوط تولید ظاهر می‌شوند، جایی که از انعطاف پذیری خود برای خم شدن به جهات مختلف استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، از چند بازو برای کنترل بیشتر یا انجام چندین وظیفه به طور همزمان می‌توان استفاده کرد، همچنین مفاصل چرخشی به ربات این امکان را می‌دهند که بین مناطق کاری مختلف حرکت کند.
این ربات‌ها را همچنین می‌توان در آزمایشگاه‌ها و در مکان‌های بسیار دیگر مشاهده کرد. پژوهشگرانی که می‌خواهند به فعالیت‌هایی مانند آموزش ربات‌ها برای راه رفتن و توسعه بازوهای ربات بپردازند، معمولاً با ربات‌های مفصلی کار می‌کنند. علاوه بر فعال‌سازی مستقل، که این امکان را به ربات می‌دهد که درجه کنترل بیشتری داشته باشد، مفاصل ربات می‌توانند برنامه‌ریزی شوند تا با یکدیگر تعامل کنند. بسیاری از ربات‌های نسل بعدی از نوع مفصلی هستند، زیرا این نوع از ربات‌ها می‌توانند سطح بالاتری از عملکرد را ارائه دهند.
ربات‌های مفصلی با الهام گرفتن از بازوهای انسان طراحی شده‌اند بنابراین نحوه‌ی عملکرد آن‌ها نیز مانند نحوه‌ی عملکرد بازوهای انسان است. این ربات‌ها می‌توانند بازوها و پاهایی داشته باشند که به آن‌ها امکان حرکت و مدیریت انواع اشیاء را می‌دهد.
ساختار ربات مفصلی
هر مفصل ربات مفصلی، همانطور که گفته شد، به نام یک محور است. هر محور رباتی، حرکتی مستقل را ارائه می‌دهد که به درجه آزادی اضافی ربات اشاره دارد. محورها به طور معمول در یک زنجیره قرار می‌گیرند تا هر کدام بتوانند یکدیگر را پشتیبانی کنند. ساختار یک ربات مفصلی با یک پایه شروع می‌شود که عمود بر زمین است و حاوی اولین مفصل است. بدن اصلی ربات از طریق این مفصل چرخان اتصال به پایه دارد. یک مفصل چرخان دیگر عمود بر بدن ربات قرار دارد و شانه را به بدن متصل می‌کند. در انتهای شانه ربات، یک مفصل چرخان موازی وجود دارد که برای اتصال شانه به بازوی ربات استفاده می‌شود. مفاصل یا محورهای اضافی سپس در انتهای بازوی ربات برای اتصال مچ ربات و اثرگذار نهایی استفاده می‌شوند. این ساختار رباتی حرکات بازوی انسانی را تداعی می‌کند.
تنوع کاربرد ربات مفصلی
ربات‌های مفصلی در مقایسه با سایر انواع ربات، درجات آزادی بیشتری را فراهم می‌کنند، به همین دلیل نیز اغلب در میان تولیدکنندگان مورد استفاده قرار می‌گیرند. دامنه گسترده‌تر حرکتی این ربات‌ها را راه حل‌هایی ایده‌آل برای خطوط تولید تبدیل می‌کند. همچنین این ربات‌ها امکانات بیشتری در عملیات تولید فراهم می‌کنند. توانایی آن‌ها در انجام مجموعه بالایی از حرکات آن‌ها را در قبال تغییرات در فرآیند تولید یا قطعات کاری قابل انطباق‌تر می‌کند. حرکت بهبود یافته، گستره‌ی کاری بزرگتری برای ربات ایجاد می‌کند که امکان کار با انواع مختلفی از قطعات کوچک تا بزرگ را فراهم می‌کند. همچنین تنوع کاربردهایی که این نوع از ربات‌ها دارند بسیار گسترده است و شامل جوش قوسی، کار با مواد، مونتاژ، انتقال قطعات، گرفتن و قرار دادن، بسته‌بندی، بارگذاری ماشین و پالت‌سازی همراه با بسیاری دیگر می‌شود. در واقع، مدل‌های ربات مفصلی از ابتدا بنحوی طراحی می‌شوند که برای کاربردهای مختلف قابل استفاده هستند.
ربات‌های مفصلی توسط تعدادی از تولیدکنندگان رباتیک ساخته می‌شوند. چهار تا از بزرگ‌ترین شرکت‌های تولید‌کننده‌ی ربات مفصلی FANUC، Yaskawa Motoman، ABB و KUKA هستند.
حتی با پیشرفت‌های تکنولوژی که به معرفی انواع جدید ربات منجر شده‌است، ربات‌های مفصلی با ادامه بهبود فرآیندهای تولید، جایگاه خود را در دنیای صنعتی حفظ کرده‌اند.
کاربردهای استاندارد ربات‌های مفصلی
ربات‌های مفصلی در مقایسه با ربات‌های دیگر دارای توانایی‌های گسترده‌تری هستند. این امر آن‌ها را به گزینه عالی برای بیشتر کاربردها می‌کند. برخی از کاربردهای معمول ربات‌های مفصلی در یک محیط صنعتی عبارتند از:
حمل و نقل مواد
جوشکاری
مونتاژ
ماشین تندینگ یا کار با ماشین آلات صنعتی
حمل و نقل مواد
حمل و نقل مواد یک کاربرد صنعتی متداول برای ربات‌های مفصلی است. این کاربرد شامل وظایفی مانند پلتایزینگ، گرفتن و گذاشت و برداشت از باکس‌ها است. ربات‌های مفصلی برای این کاربردها عالی هستند چرا که می‌توانند خود را به آسانی با اندازه‌های مختلف اشیا تطابق دهند. این کاربردها ممکن است برای دیگر انواع ربات‌ها دشوار شوند. به عنوان مثال، یک ربات دلتا می‌تواند یک کاربرد گرفتن و قرار دادن را به سرعت انجام دهد. اما اگر قطعه یک فلز سنگین باشد این وظیفه برای ربات دلتا خیلی دشوار و در اکثر موارد ناممکن خواهد شد. به عنوان مثال، مدل‌های بازوهای مفصلی با کارایی بالا می‌توانند بارهای 1000+ کیلوگرم را مدیریت کنند. یک ربات دلتا بزرگ در نهایت می‌تواند چیزی در محدوده 10-20 کیلوگرم را مدیریت کند.
جوشکاری
جوشکاری از اولین کاربردهایی بود که ربات‌های صنعتی برای آن تولید شدند. یکی از دلایل اصلی موفقیت ربات‌های مفصلی در جوشکاری، تعداد مفاصل آن‌هاست. کاربردهای جوشکاری اغلب نیاز به حرکات دقیق در زوایای خاص دارند. این زوایا به راحتی با ربات‌های دیگر مانند اسکارا و دلتا قابل دستیابی نیست. قرار دادن یک ربات نادرست در کاربرد جوشکاری می‌تواند به شدت کیفیت قطعه جوش‌خورده را پایین آورد.
مونتاژ
ربات‌های مفصلی برای کاربردهای مونتاژ به چندین دلیل عالی هستند. مفاصل آن‌ها امکان حرکت به فضاهایی را می‌دهد که ربات‌های دیگر نمی‌توانند به آن‌ها دسترسی داشته باشند. ظرفیت باری آن‌ها همچنین امکان حمل بارهایی را فراهم می‌کند که ربات‌های دیگر نمی‌توانند بلند کنند. آن‌ها برای حتی وظایف مونتاژ در اسکیل کوچک هم دقیق هستند. به همین دلیل، بیشتر وظایف مونتاژ خودکار توسط ربات‌های مفصلی انجام می‌شود.
ماشین تندینگ یا کار با ماشین‌آلات صنعتی
کار با ماشین‌های صنعتی مثل CNC یا تزریق پلاستیک و … یک وظیفه متداول دیگر برای ربات‌های مفصلی است. کار با ماشین‌های صنعتی شامل بارگذاری و تخلیه مواد خام به ماشین‌ها است که به خوبی توسط ربات‌های مفصلی انجام می‌شود. دوباره، دسترسی و مهارت بالاتر این ربات این امکان را به آنان می‌دهد که در انجام این وظیفه نسبت به ربات‌های دیگر برتری داشته باشند. ربات‌های مدرن ماشین‌تندینگ همه‌چیز را از بارگذاری قطعه، باز و بسته کردن در، حتی اجرای برنامه مشخص شده را با انتخاب آن در واسط کاربری انجام دهند.
پیش‌بینی می‌شود بازار ربات‌های مفصلی در دوره 2021-2026 دارای نرخ رشد بالغ بر 12٪ باشد. عواملی مثل اتوماسیون، سفارشی‌سازی و ایمنی کارگران در گسترش اقبال به این ربات‌ها نقش دارند.
صنایع برای ربات‌های مفصلی
ربات‌های مفصلی طیف وسیعی از متداول‌ترین کاربردهای ربات را پوشش می‌دهند. برخی از مثال‌های متداول عبارتند از:
اتومبیل‌سازی
فلزات
الکترونیک
غذا و نوشیدنی
داروسازی
اتومبیل‌سازی
صنعت اتومبیل یکی از اولین صنایع بود که از ربات‌های صنعتی بهره‌مند شد و این صنعت تا به امروز هم توسط نیروی آن‌ها کار می‌کند. تحمل بارهای بالا و رنج دسترسی بالا نیازهای معمول برای کاربردهای اتومبیل هستند زیرا اجزای اتومبیل اغلب بزرگ و سنگین هستند. این عوامل باعث می‌شوند که ربات‌های مفصلی تنها گزینه برای ایجاد اتوماسیون در صنعت اتوموبیل و صنایع بزرگ باشند. این اتوماسیون اجازه می‌دهد تا حجم تولید بالا و محیط‌های کار ایمن‌تر را داشته باشید.
الکترونیک
دقت و مهارت ویژگی‌های رایجی هستند که در صنعت الکترونیک مورد نیازند. قطعات کوچک نیاز به حرکات دقیق دارند تا به درستی قرار گیرند. لحیم‌کاری‌های خودکار، مانند جوشکاری، نیاز به حرکات مهاری دارد. برای انجام این حرکات ربات نیاز به تجهیزاتی دارد که بتواند در زوایا حرکت کند، تجهیزاتی که انواع دیگر ربات‌ها فاقد آن‌ها هستند. البته برخی از کاربردهای رباتیک نیاز به دقت در سطح میکرون دارند. بسیاری از بازوهای مفصلی به دلیل ساختار مکانیکی‌شان قادر به دستیابی به این سطح از دقت نیستند.
داروسازی
صنعت داروسازی استانداردهای بالایی را در زمینه دقت، تمیزی و احراز هویت کارکنان می‌طلبد. ربات‌های مفصلی دقت لازم برای بیشتر برنامه‌های داروسازی را دارند. آن‌ها می‌توانند با مفاصل درزگیر و کاورهای محافظ تجهیز شوند که نیازهای اساسی برای ماشین‌های موجود در اتاق‌های تمیز هستند. کاربردهای رایج این ربات‌ها شامل جابجایی و قرار دادن، پخش و اسکن‌کردن می‌شوند.
چه زمانی باید از ربات مفصلی استفاده کنید؟
ربات‌های مفصلی در کنار دیگر ماشین‌ها، قدرت‌ها و محدودیت‌های خود را دارند. برای این‌که تصمیم بهتری در مورد استفاده از این ربات‌ها در کسب‌وکار خود بگیرید باید این قدرت‌ها و محدودیت‌ها را درک کنید. نوع کسب‌وکار و سازگاری کاربرد با ربات از عواملی هستند که باید هنگام انتخاب یک ربات مفصلی برای برنامه خود در نظر بگیرید.
نوع کسب‌وکار
ربات‌های مفصلی می‌توانند تأثیر مهمی بر سودآوری شما داشته باشند. موارد خاصی ممکن است شما را وادار به در نظر گرفتن اتوماسیون کند. برخی از موارد عبارتند از:
نیاز به توانایی تولید بالاتر
خطرات ایمنی برای اپراتوران انسانی
کاهش هزینه
این موارد برخی از دلایل رایج برای توسعه اتوماسیون در تولید هستند. نیروی انسانی محدودیت در سرعت کار دارد و تنها می‌تواند سرعت کاری خود را به مدت محدودی حفظ کند. تجهیزات خودکار اغلب سرعت بیشتری از انسان دارند و می‌توانند این سرعت را تا زمانی که در حالت عملیاتی هستند حفظ کنند. ربات‌های مفصلی سریع‌ترین ربات‌ها در بازار نیستند، اما برای بسیاری از برنامه‌ها همچنان می‌توانند از اپراتورهای انسانی سریع‌تر باشند.
مسأله‌ی ایمنی در کار می‌تواند باعث شود تولیدکنندگان به‌جای نیروی انسانی روی به استفاده از ربات‌های صنعتی بیاورند. این اتفاق معمولاً در مواردی اتفاق می‌افتد که اپراتورها باید کارهای آسیب‌زایی از قبیل از بلند کردن، برش زدن یا مراقبت از یک ماشین انجام دهند. اتوماسیون این فرآیند و استفاده از ربات‌ها می‌تواند علاوه بر حفاظت از سلامتی نیروهای انسانی در هزینه‌های مرتبط با جراحات و هزینه‌های توقف به دلیل آسیب مرتبط با جراحات نیز صرفه‌جویی کند.
یکی از دیگر دلایل رایج برای اتوماسیون در فضای رقابتی کنونی کاهش هزینه‌ها است. خطوط تولید خودکار اغلب در مقایسه به مراتب کارآمدتر از خطوط دستی هستند. این کارآمدی در نهایت منجر به کاهش هزینه تولید هر قطعه می‌شود. علاوه بر این، با کمترین خطاهای تولید، قطعات می‌توانند با دقت بیشتری تولید شوند.
البته استفاده از ربات‌ها در خط تولید هزینه اولیه بالایی هم می‌تواند داشته باشد. بنابراین قبل از تصمیم برای استفاده از ربات حتما باید در رابطه با بازگشت سرمایه و میزان بهره‌وری در زمینه‌ی مورد نظر بررسی‌های لازم را انجام داد. گاهی اوقات ربات‌های اسکارا، دکارتی یا دیگر انواع ربات بخاطر هزینه‌ی پایین‌تر گزینه‌های مناسب‌تری هستند.
سازگاری با کاربرد مورد استفاده
در زمینه اتوماسیون رباتیک، شما دارای گزینه‌های متعددی جهت انتخاب هستید. سازگاری با کاربرد مورد نظر مهم‌ترین عنصر یک پروژه موفق رباتیک است. درک نیازهای خاص استفاده‌ی شما از ربات شما ضروری است. اگرچه ربات‌های مفصلی می‌توانند بیشتر برنامه‌ها را انجام دهند، اما در برخی کاربردها انواع دیگر ربات خروجی بهتری را ارائه می‌دهند.
در مواردی که کاربرد مورد نظر به سرعت بیشتری نیاز دارد گاهی اوقات ربات‌های دلتا بهترین گزینه هستند. مثلا ممکن است به عملکردی با سرعت بالای جابجایی و قرار دادن نیاز داشته باشید و به دنبال یک ربات با سرعت بالا هستید. فرض کنید به این نتیجه رسیده‌اید که یک ربات شش محور و یک ربات دلتا هر دو قادر به انجام این وظیفه هستند. یک ربات شش محوره (مفصلی) معمولاً دارای سرعت صد درجه در ثانیه است. یک ربات استاندارد دلتا می‌تواند به راحتی از سرعت 1000+ درجه در ثانیه تجاوز کند. انتخاب یک ربات شش محور به جای یک ربات دلتا زمانی که هر دو قادر به انجام کار هستند، ممکن است باعث از دست رفتن بهره‌وری شود.
گاهی اوقات نیاز به دقت‌های بسیار بالا وجود دارد. در این موارد، ربات‌های کارتزین عملکرد بهتری از ربات مفصلی ارائه می‌دهند. ربات‌های کارتزین توانایی دستیابی به دقت در سطح میکرون را دارند. بسیاری از انواع دیگر ربات‌ها تنها می‌توانند به دقت در دهم یا صدم میلی‌متر برسند. انتخاب اشتباه یک ربات برای برنامه‌ی شما می‌تواند باعث محدود شدن بازدهی شما یا حتی شکست پروژه شود.
در عین حال ربات‌های مفصلی در کاربردهایی که نیاز به انعطاف بالا دارند به‌خوبی عمل می‌کنند. جوشکاری یک مثال خوب از این موارد است. یک ربات مفصلی توانایی حرکت دقیق در زوایا و مکانیزم‌های پیچیده را دارد. از سویی ربات‌های سخت‌تر مانند کارتزین، اسکارا یا دلتا در محیط‌هایی که نیاز به حرکت انعطاف‌پذیر است، دچار مشکل خواهند شد.
هزینه ربات‌های مفصلی
ربات‌های مفصلی در طیف گران‌ترین ربات‌ها قرار می‌گیرند. خود ربات گران است ولی چندین عامل دیگر نیز باعث هزینه‌های دیگر می‌شود. این عوامل شامل موارد زیر هستند:
هزینه یکپارچه‌سازی
آموزش
گیره‌ی بازوی ربات (ایند افکتور)
تجهیزات ایمنی
نگهداری
در نظر گرفتن این هزینه‌ها در محاسبه بازگشت سرمایه (ROI) شما بسیار حائز اهمیت است. باید حتما در نظر داشته باشید که شما با هزینه‌هایی بیش از هزینه اولیه یک بازوی رباتیک روبرو خواهید شد. بسیاری از این هزینه‌ها متغیر و وابسته به کاربرد مورد نظر شما هستند. به عنوان مثال، پروژه‌های پیچیده‌تر هزینه یکپارچه‌سازی بالاتری به دلیل دشواری اجرا و برنامه‌نویسی دارند. کاربردهای خطرناک‌تر ممکن است نیاز به تجهیزات ایمنی بیشتری داشته باشند.
پروژه‌های رباتیک هزینه‌های زیادی دارند. همه این هزینه‌ها باید در محاسبه بازگشت سرمایه (ROI) در نظر گرفته شوند. سپس باید در نظر داشته باشید که از اتوماسیون فرآیند خود چه سودهایی خواهید برد. این شامل مواردی مانند:
افزایش تولید
کیفیت یکنواخت‌تر تولید
بهبود بهره‌وری
کاهش هزینه‌ها
این مزایا و معایب باید با یکدیگر مقایسه شوند تا یک تصویر کلی از بازگشت سرمایه (ROI) ارائه داده شود. این به شما کمک می‌کند تا با اطلاعات کافی تصمیم خود را در مورد یک پروژه اتوماسیون بگیرید. با وجود هزینه‌های بالا، تولیدکنندگان برای دهه‌ها از ربات‌های مفصلی استفاده کرده‌اند و روز به روز بر خطوط تولیدی که روی به استفاده از ربات‌های مفصلی می‌آورند افزوده می‌شود.
جمع‌بندی
ربات مفصلی یکی از رایج‌ترین و محبوب‌ترین انواع ربات صنعتی است. هر یک از انواع ربات صنعتی دارای قابلیت‌ها و ویژگی‌های خود هستند بنابراین هنگام تصمیم برای خرید ربات صنعتی باید این ویژگی‌ها را مد نظر داشته باشید. به‌طور کلی ربات‌های مفصلی نسبت به انواع دیگر ربات صنعتی دارای قابلیت‌های بیشتری هستند و انعطاف‌پذیری بالاتری دارند. این ربات‌ها معمولا به نحوی تولید می‌شوند که برای چندین کاربرد قابل استفاده هستند و بالاترین رنج دسترسی را دارند. برای استفاده از ربات‌ها در جابجایی و کار با قطعات بزرگ و سنگین معمولا باید از ربات‌های مفصلی استفاده کرد. با این‌حال اگر سرعت و یا دقت مد نظر شما باشد احتمالا یک ربات دلتا یا دکارتی خروجی بهتری را نسبت به هزینه‌ای که می‌کنید به شما ارائه می‌دهند. ربات‌های مفصلی به‌خاطر سیستم پیچیده‌تری که دارند ممکن است هزینه‌ی اولیه و نگهداری بیشتری را نیز به‌همراه داشته باشند. در نهایت برای تصمیم خرید نوع خاص ربات مد نظر خود و مدل آن نیاز به مشاوره با متخصصین ربات صنعتی خواهید داشت. برای دریافت مشاوره‌ی تخصصی به راحتی می‌توانید با متخصصین ما در تی اس گروپ تماس بگیرید.
بدون دیدگاه