وقتی سرعت، دقت و قیمت باید هم‌زمان کنار هم بنشینند، ربات چهارمحوره وارد صحنه می‌شود. این ربات با تعداد محور کمتر، مسیر برنامه‌ریزی ساده‌تری دارد و برای کارهای تکراری مثل جابه‌جایی، چیدمان و بسته‌بندی، یک گزینه‌ی اقتصادی و قابل‌اعتماد است. در ادامه این محتوا می‌بینیم چرا بسیاری از خطوط تولید، کارشان را با ربات 4 محوره شروع می‌کنند.
فهرست مطالب
- 1 ربات چهارمحوره چیست؟
- 2 ربات چهارمحوره چه تفاوتی با ربات سه‌محوره دارد؟
- 3 چرا بعضی‌وقت‌ها به‌جای ربات شش‌محوره، از ربات چهارمحوره استفاده می‌کنیم؟
- 4 ربات چهارمحوره از چه اجزایی تشکیل شده است؟
- 5 انواع رایج ربات‌های چهارمحوره کدامند؟
- 6 کاربردهای ربات چهارمحوره
- 7 مزایا و محدودیت‌های ربات چهارمحوره
- 8 جمع‌بندی
- 9 سوالات متداول
- 10 برای مطالعه بیشتر شما
ربات چهارمحوره چیست؟
ربات چهارمحوره را مثل یک «دست مکانیکی» تصور کنید که می‌تواند بالا و پایین برود، چپ و راست حرکت کند، در جلو و عقب جابه‌جا شود و در انتها مچ آن هم بچرخد. همین چهار حرکت کافی‌ست تا بیشتر کارهای روزمره خط تولید مثل برداشتن یک قطعه، چرخاندن آن به زاویه درست و گذاشتنش سر جای دقیق را انجام بدهد؛ در جدول زیر کاربرد هر یک از محورهای ربات را بررسی کرده‌ایم.
| محور یک | · محور یک، پایه ربات است.
· این محور امکان حرکت چپ و راست حول مرکز ربات را تا ۱۸۰ درجه فراهم می‌کند. · محور یک توانایی حرکت‌دادن یک جسم را در یک خط مستقیم کنترل می‌کند. |
| محور دو | · این محور به بازوی ربات امکان حرکت به جلو و عقب را می‌دهد و در پیکربندی استاندارد، بازوی پایینی را کنترل می‌کند.
· با این محور، ربات می‌تواند اجسام را بلند کند، به طرفین جابه‌جا کند، بالا و پایین ببرد یا آن‌ها را در راستاهای x یا y قرار دهد. |
| محور سه | · این محور توانایی حرکت در هر سه راستای x، y و z را فراهم می‌کند.
· محور سه در ربات‌های استاندارد بازوی بالایی را کنترل می‌کند و دسترسی عمودی را افزایش می‌دهد تا قطعات در دسترس‌تر شوند. |
| محور چهار | · محور چهار در مچ ربات قرار دارد و حرکت ابزار انتهایی ربات را کنترل می‌کند.
· این محور می‌تواند قطعات را بچرخاند. |
ربات چهارمحوره چه تفاوتی با ربات سه‌محوره دارد؟
ربات سه‌محوره همان سه حرکت خطی را دارد (بالا/پایین، چپ/راست، جلو/عقب) اما مچ آن نمی‌چرخد؛ یعنی اگر بخواهید برچسب را طوری بچسبانید که نوشته‌ها صاف باشند، یا جعبه را ۹۰ درجه بچرخانید تا درست داخل کارتن جا بگیرد، ربات سه‌محوره به‌تنهایی کم می‌آورد؛ محور چهارم دقیقاً همین «چرخاندن قطعه» را اضافه می‌کند تا بتوانید جهت‌گیری را تنظیم کنید.
چرا بعضی‌وقت‌ها به‌جای ربات شش‌محوره، از ربات چهارمحوره استفاده می‌کنیم؟
ربات شش‌محوره مثل یک بازوی انسان است که می‌تواند تقریباً به هر سمتی خم شود و پیچ بخورد؛ این ربات برای کارهای خیلی پیچیده و زاویه‌های عجیب عالی‌ست. اما اگر کارتان یک الگوی ساده و تکراری دارد مثلاً می‌خواهید ربات یک جسمی را بردارد، آن را کمی جابه‌جا کند و سر جای مشخصش بگذارد، ربات چهارمحوره کافی‌ست.
چون قطعات آن کمتر است، ساده‌تر راه می‌افتد، سریع‌تر تکرار می‌کند و معمولا هزینه خرید و نگهداری آن هم پایین‌تر است.
ربات چهارمحوره از چه اجزایی تشکیل شده است؟
همان‌طور که گفتیم ربات چهارمحوره مثل یک دست مکانیکی‌ست که از شانه تا مچ، هر بخش آن کار مشخصی را انجام می‌دهد. هرچه این بخش‌ها هماهنگ‌تر کار کنند، ربات سریع‌تر، دقیق‌تر و بی‌دردسرتر کار را تحویل می‌دهد؛ در ادامه همراه ما باشید تا مهم‌ترین اجزای این دست را با هم بررسی کنیم.
1- بازو و لینک‌ها
بدنه اصلی ربات همان بازو است. بازو از چند تکه محکم ساخته شده که با لولاهای چرخشی به هم وصل‌اند. طول و شکل این تکه‌ها تعیین می‌کند ربات تا کجا برسد و چه ارتفاعی را پوشش دهد. اگر این بازو از آلیاژهای محکم و سبک ساخته شود، موقع شتاب‌گرفتن کمتر می‌لرزد و قطعه را دقیق‌تر سر جای خودش می‌گذارد.
2- مفصل، سرووموتور و سیستم انتقال نیرو
هر حرکت ربات در یک مفصل انجام می‌شود و نیروی حرکت را سرووموتور می‌دهد. چون خود موتور همیشه گشتاور کافی ندارد، یک گیربکس پشت آن قرار می‌دهند تا زورش را بیشتر و سرعتش را به‌اندازه‌ای که لازم است، کم کند. بعد این نیرو از مسیر انتقال نیرو مثل مثل کوپلینگ، تسمه یا چرخ‌دنده تمیز و بدون لقی به مفصل می‌رسد.
اگر نسبت گیربکس درست انتخاب شود، ربات هم سریع جابه‌جا می‌شود، هم توان بلندکردن و چرخاندن قطعه را دارد و مهم‌تر از همه هر بار با همان دقت دفعه‌ی قبل همان کار را تکرار می‌کند.
3- مچ ربات و محور چهارم
در انتهای بازوی ربات یک مچ داریم که قطعه را می‌چرخاند تا زاویه آن به‌درستی تنظیم شود. از آنجایی که هر چیزی که به مچ وصل می‌کنیم وزن و اینرسی دارد، این قسمت باید خیلی خوش‌ساخت و کم‌لقی باشد. اگر مچ لق بزند یا یاتاقان‌ها دقیق نباشند، ربات هنگام جای‌گذاری در مونتاژ یا بسته‌بندی با مشکل روبه‌رو می‌شود.
4- ابزار انتهایی (EOAT)
ابزار انتهایی در ربات چهارمحوره مستقیم با قطعه تماس دارد و وظایفی مثل گرفتن، بلندکردن، چرخاندن و رهاکردن را انجام می‌دهد؛ بسته به کاربرد می‌تواند گریپر پنوماتیک پرسرعت، مکنده خلأ برای سطوح صاف (کارتن، شیشه) یا گریپر الکتریکی با کنترل دقیق نیرو باشد. چون محور چهارم در مچ، قطعه را می‌چرخاند، طراحی EOAT باید محکم و سبک باشد تا با کمترین اینرسی و لقی، دقت و تکرارپذیری آن حفظ شود.
5- کنترلر
کنترلر مغز ربات است؛ برنامه حرکت، سرعت و شتاب را اجرا می‌کند و مفصل‌ها را با هم هماهنگ می‌کند. اپراتور با HMI برنامه می‌نویسد. اگر کنترلر با زبان‌های رایج سازگار باشد و شبیه‌سازی آفلاین داشته باشد، هم راه‌اندازی سریع‌تر می‌شود هم خطاها زودتر پیدا می‌شوند.
6- سنسورها
ربات بدون سنسور مثل چشم بسته کار می‌کند؛ انکودر به کنترلر می‌گویند هر مفصل دقیقا کجاست، لیمیت‌سوئیچ‌ها جلوی برخورد با انتهای مسیر را می‌گیرند و سنسورهای فشار و دما حال‌وروز سیستم را گزارش می‌دهند. اگر با دوربین یا سنسور سه‌بعدی کار کنیم، ربات می‌تواند جای قطعه را «ببیند» و در لحظه مسیرش را اصلاح کند.
انواع رایج ربات‌های چهارمحوره کدامند؟
ربات‌های چهارمحوره سه الگوی رایج دارند: مفصلی، دلتا و اسکارا. هرکدام از این ربات‌ها با معماری متفاوتی ساخته شده‌اند و همین معماری روی سرعت، ظرفیت حمل، فضای نصب و نوع کاربرد آن‌ها اثر می‌گذارد.
1- ربات مفصلی
ربات مفصلی شبیه بازوی انسان است و معمولاً روی زمین یا پایه نصب می‌شود؛ برد دسترسی بلند و ظرفیت حمل بالاتری نسبت به دو خانواده دیگر دارد و برای جابه‌جایی مواد، پالت‌گذاری و وظایف سنگین‌تر ایده‌آل است.
2- ربات دلتا
ربات دلتا روی سقف نصب می‌شود؛ بازوهای سبک و سفتی دارد و برای pick and place بسیار پرسرعت قطعات سبک ساخته شده است. محدوده حرکت عمودی این ربات معمولاً محدودتر از مفصلی‌ست، اما در تعداد برداشت در دقیقه رکورد می‌زند و با محور چهارم، جهت قطعه را در هوا سریع تنظیم می‌کند. ربات دلتا بهترین انتخاب برای بسته‌بندی و مرتب‌سازی پرتیراژ با وزن کم است.
3- ربات اسکارا
ربات اسکارا دو چرخش هم‌صفحه، یک محور عمودی و یک چرخش مچ دارد؛ این ربات در صفحه افقی بسیار سریع و دقیق است و در محور عمودی سفت‌وسخت عمل می‌کند؛ برای مونتاژ، بارگذاری/تخلیه ماشین و بسته‌بندی با فضای نصب محدود عالی‌ست و معمولاً از مفصلی جمع‌وجورتر و از دلتا سنگین‌کارتر است.
کاربردهای ربات چهارمحوره
ربات‌های 4 محوره وقتی می‌درخشند که کار تکراری، سرعت بالا و جهت‌دهی محدود اما دقیق لازم باشد. بنابراین در بسیاری از فرایندهای «بردار–بچرخان–بگذار» با هزینه و پیچیدگی کمتر از ربات‌های شش‌محوره، از این ربات‌ها استفاده می‌شود؛ در ادامه همراه ما باشید تا تعدادی از کاربردهای ربات چهارمحوره را با هم مرور کنیم.
1- مونتاژ قطعات
در مونتاژهای نیمه‌دقیق از قطعات مکانیکی ساده تا مجموعه‌های الکترونیکی ربات چهارمحوره با گرفتن پایدار، جابه‌جایی کوتاه و چرخش مچ، قطعات را با زاویه درست در جای خود قرار می‌دهد؛ تکرارپذیری بالا و مسیرهای ساده باعث می‌شود زمان سیکل پایین و کیفیت یکنواخت باقی بماند.
2- جابه‌جایی و انتقال مواد
برای برداشتن از نوار نقاله، جابه‌جایی بین ایستگاه‌ها و چیدن در سینی یا فیکسچر، ربات‌های چهارمحوره با مسیرهای کوتاه و الگوی شتاب تهاجمی، تعداد پیک در دقیقه را بالا می‌برد؛ اگر EOAT مناسب انتخاب شود، این ربات می‌تواند از قطعات کوچک تا بسته‌های چند کیلویی را بدون افتادن یا آسیب جابه‌جا کند.
3- بسته‌بندی و چیدمان در جعبه
در خطوط بسته‌بندی غذایی، نوشیدنی و دارویی، ترکیب سرعت و زاویه‌دهی محدود کافی‌ست تا بطری، پاکت یا بلیستر با جهت درست داخل کارتن قرار گیرد. محور چهارم کمک می‌کند برچسب‌ها و نشانه‌ها یک‌دست رو به بیرون باشند و آسیب به محصول به حداقل برسد.
4- پالت‌گذاری
چهارمحوره‌های مفصلی به‌خاطر پایداری مکانیکی و مسیرهای ساده به‌ویژه برای چیدن کارتن، کیسه و جعبه روی پالت مناسب‌اند. چرخش مچ، الگوی قراردهی را دقیق می‌کند و با گریپر مناسب (خلأ یا انگشتی)، ربات هم سرعت می‌گیرد و هم شکل چیدمان را ثابت نگه می‌دارد.
5- بازرسی و کنترل کیفیت
وقتی دوربین یا سنسور روی ابزار انتهایی نصب شود، ربات قطعه را می‌گیرد و با چرخاندن مچ، همه سطوح را روبه‌روی حسگر می‌آورد؛ این کار برای بازرسی نوری، خواندن کد و اندازه‌گیری ابعادی ساده کارآمد است و نیاز به سازوکارهای پیچیده چندمحوره را کم می‌کند.
Robotic applications for four-axis robots will vary depending upon the type of robot. Four-axis SCARA robots are mostly used for robotic assembly applications but can also be deployed for light palletizing and machine loading. Four-axis delta robots may be used for assembly, robotic pick and place, and automated packaging applications.
کاربردهای ربات‌های چهارمحوره بسته به نوع ربات متفاوت است. ربات‌های چهارمحوره اسکارا عمدتاً در مونتاژ به‌کار می‌روند، اما می‌توان از آن‌ها برای پالت‌گذاری سبک و بارگذاری ماشین نیز استفاده کرد. ربات‌های چهارمحوره دلتا ممکن است در مونتاژ، برداشتن و قراردادن و بسته‌بندی خودکار به‌کار گرفته شوند.
منبع: robotsdoneright.com
مزایا و محدودیت‌های ربات چهارمحوره
در ادامه همراه ما باشید تا مزایا و محدودیت‌های ربات چهارمحوره را با هم بررسی کنیم.
مزایا
1- راه‌اندازی راحت و خرج کمتر
ربات‌های چهارمحوره قطعات کمتری دارند، بنابراین زودتر راه می‌افتند، آموزش‌شان ساده‌تر است و معمولاً از ربات‌های پیچیده‌تر، ارزان‌تر تمام می‌شوند.
2- تند و قابل‌اعتماد در کارهای تکراری
ربات‌های چهارمحوره برای کارهایی مثل برداشتن، چرخاندن و گذاشتن عالی‌اند؛ این ربات‌ها چرخه‌ها را سریع‌تر انجام داده و هر بار تقریباً همان نتیجه‌ی قبلی را به شما تحویل می‌دهند؛ این یعنی سرعت بیشتر و کیفیت یکنواخت‌تر.
3- جهت‌دهی کافی بدون پیچیدگی
در این مدل ربات، مچ آن می‌چرخد تا زاویه‌ی قطعه را قبل از گذاشتن تنظیم کند؛ دقیقا همان چیزی که در بسته‌بندی، چیدمان روی پالت یا مونتاژهای ساده لازم دارید بدون دردسرهای ربات‌های خیلی پیشرفته.
4- جاگیری خوب در خط تولید
مدل‌های رایج ربات 4 محوره فضای زیادی اشغال نمی‌کند و کنار ماشین‌آلات موجود راحت‌تر جا می‌گیرد.
محدودیت‌ها
1- نامناسب برای کارهای پیچیده
اگر باید قطعه را در زاویه‌های عجیب‌وغریب زیاد بچرخانید یا مسیرهای پیچیده‌ای را دنبال کنید، ربات چهارمحوره کافی نیست و معمولا باید سراغ ربات‌های پیشرفته‌تر بروید.
2- یا خیلی سریع یا خیلی سنگین، نه هر دو با هم!
بعضی مدل‌ها در سرعت فوق‌العاده‌اند اما بار سبک را دوست دارند؛ بعضی دیگر بار سنگین‌تر را می‌برند اما آن‌قدر تند نیستند. در این مورد شما باید مطابق نیازتان انتخاب کنید.
3- حساسیت به اینرسی ابزار انتهایی
اگر EOAT سنگین یا دور از محور مچ باشد، گشتاور و لرزش بالا می‌رود و دقت افت می‌کند. در این مورد طراحی سبک و متعادل ابزار و محاسبه دقیق گشتاورها ضروری‌ست.
4- دامنه کاری و پوشش حجمی کمتر
در ربات‌های چهارمحوره، نسبت به شش‌محوره‌ها، برد دسترسی و انعطاف در عبور از موانع محدودتر است. در دلتاها هم نصب سقفی و نیاز به سازه بالاسری باید از ابتدا در نظر گرفته شود.
5- محدودیت در فرآیندهای مسیرمحور
کارهایی مثل دنبال‌کردن سطح‌های آزاد، جوشکاری زاویه‌دار چندمحوره یا پرداخت پیچیده، با چهار محور دشوار یا غیرعملی‌ست و معمولاً نیاز به محورهای بیشتر دارد.
جمع‌بندی
وقتی به اتوماسیونی سریع و قابل‌اعتماد با بودجه‌ی معقول نیاز دارید، ربات‌های چهارمحوره می‌درخشند؛ این ربات‌ها با راه‌اندازی و نگهداری ساده، تکرارپذیری بالا و فضای نصب کم، برای بسته‌بندی، پالت‌گذاری و بارگذاری بسیار ایده‌آلند. اگر برای انتخاب ربات چهارمحوره، به اطلاعات بیشتری نیاز دارید، می‌توانید برای دریافت مشاوره رایگان، از طریق شماره زیر با کارشناسان ما در تیم تی‌اس‌گروپ در تماس باشید.
سوالات متداول
1- ربات چهارمحوره اسکارا چه تفاوتی با ربات دلتا دارد؟
SCARA در صفحه افقی سخت و دقیق‌تر است، Payload بالاتری دارد و نصب آن هم ساده‌تر است؛ در مقابل ربات دلتا فوق‌سریع و مناسب قطعات خیلی سبک غذایی/دارویی‌ست اما Payload پایین‌تری دارد.
2- آیا ربات چهارمحوره برای جوشکاری، سنگ‌زنی یا پولیش مناسب است؟
معمولاً خیر؛ چراکه این فرآیندها مسیر و زاویه‌گذاری پیچیده‌ای دارند؛ اگر قطعه خیلی ساده باشد شاید اما در اغلب موارد بهتر است از ربات 6 محوره استفاده شود.
بدون دیدگاه