خط مهندسی
مجله ی آنلاین مهندسی

انواع بازو‌های رباتیک

1 6,734

پیشرفت تکنولوژی و به‌دنبال آن پیشرفت مهندسی رباتیک در قرن ۲۱ سرعت ویژه‌ای به خود گرفت. محصولات و بازار‌ها به سوی جهانی شدن رفتند و در پی آن، شرکت‌ها در رقابتی پیچیده برای ارضای نیازهای مشتری قرار گرفتند. این رقابت پیچیده، سرعت و دقت بالایی را از بازیگران اصلی صنعت طلب می‌کرد. بازوهای رباتیک ، پیشنهاد تکنولوژی برای بالا بردن سرعت و دقت بودند.

بازوی رباتیک چیست؟

بازوی رباتیک، دستگاهیست که برای انجام یک یا چند فعالیت با سرعت، دقت و اثربخشی بالا برنامه‌ریزی می‌شود. این بازوها بیشتر در مواردی که مربوط به حمل بار خیلی سنگین، انجام یک‌کار تکراری و یا خیلی سریع می‌شود به کار می‌آیند. در قلب این دستگاه، موتور قرار دارد و راندن آن با توجه به برنامه‌ی داده شده وظیفه‌ی موتور است.

این بازو‌ها به‌طور معمول، از یک یا چند مفصل، بازو و دست تشکیل می‌شوند. مفصل همان محل اتصال بوده و بازوها در محل مفصل به یک‌دیگر اتصال می‌یابند. دست نیز به انتهای بازو که تغییر را در مواد ایجاد کرده یا عملیات مختلف را انجام می‌دهد اطلاق می‌شود.

امروزه در کشور‌های صنعتی، استفاده‌های بسیار زیادی از این بازو‌ها می‌شود. به جز موارد صنعتی (که استفاده از بازو‌های روباتیک بیشتر برای آن‌ها الزام است تا انتخاب)، بازو‌های رباتیک در ادارات و دفتر‌های کوچک کاری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این بازو‌ها اقلا بین ۴ تا ۶ مفصل دارند و در اندازه‌های مختلف عرضه می‌شوند.

همانطور که از اسم آن پیداست، سعی بر این است که شباهت به بدن انسان در این دستگاه بیشتر شود. استفاده از معادل بازو، مفصل و حتی آرنج و شکم برای قطعات این وسیله، گویای همین مسئله می‌باشد.

مخاطره‌ها و امتیازات

بازو‌های روباتیک در فعالیت‌های سنگین و جدی صنعتی دخیل می‌شوند. برخی از این فعالیت‌ها شامل بریدن یا بلند کردن قطعات خیلی سنگین می‌باشد. طراحی یک بازو‌ی روباتیک در عمل کاری بسیار حساس است و کوچکترین اشتباهی بزرگترین و جبران‌ناپذیرترین خسارات را به‌همراه خواهد داشت.

نه‌تنها در طراحی این بازو‌ها نیاز است دقت به خرج داده شود بلکه استفاده از آن‌ها نیز باید تحت نظر یک مهندس خبره و در یک فضای استاندارد کاری (از لحاظ ایمنی)باشد.

در صورتی که تمامی مراحل طراحی و پیاده‌سازی بازوهای رباتیک درست و مناسب انجام شوند، بازدهی کاری تا حد زیادی افزایش خواهد یافت. در بازارهای قرن ۲۱، سرعت یکی از عواملیست که به‌راحتی می‌تواند به مزیت رقابتی شما تبدیل گردد. اگرچه شرط لازم برای بهره بردن از سرعت بالا، داشتن کیفیت و سهم بازار مناسب است اما کند بودن قطعا به ضرر سازمان‌ها خواهد بود.

بازوهای رباتیک

کاربرد‌های صنعتی

به‌طورکلی، هر فعالیتی که نیازمند سرعت یا دقت خیلی بالا باشد و یا فرآیند‌های تکراری، مناسب سپرده شدن به دست بازوی رباتیک خواهد بود. امروزه خطوط تولید کارخانه‌ها در سراسر جهان، از بازو‌های روباتیک بهره می‌برند. بعضی از آن‌ها صرفا در یک بخش کوچک و بعضی از آن‌ها برای کل سریال عملیاتشان از بازوی رباتیک استفاده می‌نمایند.

در ادامه کاربرد‌های صنعتی بازوی رباتیک را بررسی می‌کنیم:

حمل بار

تمام بازو‌های روباتیک، ظرفیت مشخصی برای حمل بار دارند. گذاشتن بار بیش از ظرفیت درون دستگاه می‌تواند بسیار خطرآفرین باشد. حتی گاهی لازم است با سازنده‌ی بازو مشورت شود، زیرا جدا از بحث وزن، باید به نوع طراحی و شکل بار نیز توجه داشت.

فعالیت‌های صنعتی اگر درست و حساب‌شده انجام شوند، سودزا خواهند بود. اما اگر بی‌دقت و محاسبات به سراغ آن‌ها برویم، ریسک هزینه‌های جانی و مالی در پیش روی ما خواهد بود.

خط تولید

کارخانه‌های زیادی در خط تولید خود از بازو‌های روباتیک استفاده می‌کنند. مواردی همچون بسته‌بندی کردن محصول، جدا کردن قطعات یا برداشتن یک قطعه و گذاشتن آن روی خط تولید دیگر یا پایانه، از جمله کار‌هاییست که در خطوط تولید توسط بازو‌های رباتیک انجام می‌شود.

سرعت عملیات

سرعت انجام کار برای انسان‌ها محدود است. یعنی شما می‌توانید از کارگران بخواهید سریع‌تر کار کنند اما در صورت سعی کردن آن‌ها نیز این امر بیش از حد توانشان ممکن نخواهد بود.

در مورد بازوهای رباتیک اما این قضیه متفاوت خواهد بود، این بازو‌ها برپایه‌ی یک موتور کار می‌کنند که توان این موتور با سرعت لازم عملیات قابل تنظیم است. برخی از کارخانه‌ها بازو‌های شخصی‌سازی شده و مخصوص به خود را سفارش می‌دهند تا بیشترین تناسب را با خواسته‌هایشان داشت باشد.

طی مسیر

یکی از روش‌های انبارداری مدرن استفاده از بازوهای رباتیک برای جابجایی می‌باشد. بازو‌هایی که در این نوع محیط‌ها به کار گرفته می‌شوند، به‌طور معمول عمر کمتری دارند. زیرا طی مسیر باعث اصطحلاک سیستم می‌شود. همچنین از آن جا که این بازو‌ها حمل بار نیز انجام می‌دهند، انحراف و کج‌شدگی یا خمیدگی قطعات نیز محتمل است.

دقت بالا

بعضی از فرآیند‌ها نیازمند دقت میلیمتری یا حتی بیشتر می‌باشند. زمینه‌هایی همچون صنایع دیجیتال و یا ساعت‌های مچی شامل این فرآیند‌ها می‌شوند. طبق معمول توانایی انسان محدود است اما بازو‌های روباتیک این محدودیت را ندارند. ربات‌هایی که برای اینگونه مصارف ساخته می‌شوند عموما گران‌تر بوده و برنامه‌ریزی پیچیده‌تری دارند.

همچنین از این‌ها نمی‌توان برای مصارف دیگر همچون حمل بار استفاده کرد. زیرا خطرات جدی آن‌ها را تهدید خواهد کرد. جدا از این‌ها استفاده از آن‌ها فقط در صورتی که به دقت بسیار بالا نیاز است به‌صرفه است و برای مصارف دیگر محصولات ارزان‌تری وجود دارد.

شرایط سخت محیطی

فضاهای کاری می‌تواند به دلایل مختلفی مخاطره‌آمیز باشد. دلایلی از جمله وجود گازهای سمی یا دمای بسیار بالا می‌توانند محیط کاری را برای انسان غیرقابل‌تحمل نمایند. اینجا نیز نوع خاصی از بازوهای رباتیک می‌توانند به کمک انسان بیایند. این دسته از بازو‌های روباتیک مخصوص مواجهه با شرایط محیطی سخت طراحی شده‌اند. طراحی بازو به‌صورت شخصی‌سازی شده نیز راه دیگر حل این مشکل است.

انواع بازو‌های رباتیک موجود در صنعت

ربات‌های مفصلی

همانطور که بازوی انسان از طریق شانه به بدن متصل است، این  روبات‌ها نیز از یک بازو و حداقل دو مفصل تشکیل شده‌اند. دلیل نام‌گذاری آن‌ها شباهت این بازوی رباتیک به بازوی انسان بوده است. تعداد مفصل‌ها در این نوع قابل تغییر بوده و هر مفصل درجه‌ی آزادی بازو را بالاتر خواهد برد. مفصل‌ها به دو صورت موازی و قائم بر یکدیگر در ربات مفصلی قرار دارند.

انواع بازوی رباتیک

مزایا و معایب

بزرگترین مزیت این دسته سرعت بالای آن می‌باشد. همچنین ربات‌های مفصلی نسبت به فضای اشغالی بیشترین پوشش کاری را دارند. اما باید توجه داشت که این ربات‌ها نیازمند یک هدایت‌کننده‌ی تمام ‌وقت می‌باشند. علاوه‌براین سیستم داخلی و برنامه‌ریزی برای آن‌ها پیچیده بوده و نیازمند تسلط بسیار بالایی می‌باشند. در صورت عدم وجود یک فرد مسلط به تنظیمات و برنامه‌ریزی، امکان خوابیدن فعالیت‌ها وجود دارد.

موارد استفاده

  • بسته‌بندی غذا
  • تراشکاری
  • جوشکاری
  • سرهم‌کردن قطعات به‌صورت اتوماسیون
  • کار با فلزات
  • کار با شیشه
  • ریخته‌گری
خواندنی ها

ربات‌های دکارتی

به آن‌ها ربات‌های مستطیلی نیز اطلاق می‌شود. دلیل این امر محدودیت حرکت این بازو‌ها به محور‌های مختصات در سه بعد می‌باشد. ربات‌های دکارتی صرفا در جهت سه محور X،Y و Z قادر به حرکت هستند. می‌توان با افزودن یک مچ اضافی، قابلیت حرکاتی مثل حرکت چرخشی را نیز برای آن‌ها فراهم کرد.

ربات دکارتی

مزایا و معایب

این ربات‌ها نسب به دیگر دسته‌ها انعطاف‌پذیری بیشتری دارند. پس برای مدیران راحت‌تر است که آن‌ها را با نیاز‌های خود متناسب نمایند. همچنین برنامه‌ریزی و کنترل آن‌ها بسیار ساده است و می‌تواند توسط افراد حاضر در کارگاه صورت پذیرد. در کنار این‌ها از دقت حرکتی بالایی برخوردار است و هزینه‌ی کمی را روی دست کارفرمایان خواهد گذاشت.

اما این ربات‌ها به‌هیچ‌وجه کوچک نیستند. در واقع اگر تصمیم به استفاده از آن‌ها دارید باید فضای نسبتا زیادی را مختص این کار قرار دهید. قطعات این سیستم قابل شخصی‌سازی می‌باشند و به‌همان‌نسبت، سر هم کردن این قطعات کار پیچیده‌تری می‌باشد. واضح‌ترین عیب نیز محدودیت حرکتی می‌باشد.

موارد استفاده

  • فرآیند‌هایی که مربوط به برداشتن و گذاشتن اشیا می‌باشند
  • بارگیری و بارگذاری
  • کار با مواد
  • سرهم کردن و از هم باز کردن
  • کار با مواد اتمی
  • چسباندن

روبات‌های اسکارا

روبات‌های SCARA (مخففSelective Compliance Assembly Robot Arm) از دو بازوی موازی با یکدیگر تشکیل شده‌اند. این موازی بودن برای سیستم قابلیت انطباق در خطوط کاری موازی (انجام یک کار در دو لاین کاری متفاوت)را به ارمغان می‌آورد. محورهای چرخش به‌صورت عمود بوده و محل تاثیرگذاری روبات (دست یا مچ)به‌صورت افقی در حرکت است. مزیت این روبات‌ها نسبت به روبات‌های دیگر خصوصا ربات‌های دکارتی، سرعت بالا و نصب آسان می‌باشد. استفاده‌ی عمده‌ی ربات‌های اسکارا مربوط به سرهم کردن قطعات است.

بازوهای رباتیک اسکارا

مزایا و معایب

روبات‌های اسکارا با محیط‌های بزرگ کارگاهی هماهنگ بوده و سرعت انجام کارهای تکراری را بالا می‌برند. علاوه بر این دقت بسیار خوبی نیز در انجام روندهای تکراری داشته و از همین جهت در تولید انبوه و سرهم کردن قطعات صنعتی استفاده‌ی بسیاری دارند. اما این دسته معایب خاص خود را دارد. از جمله نیاز به یک کنترل‌کننده‌ی مخصوص، سخت بودن نوشتن برنامه برای آن‌ها و همچنین محدود بودن به وجود خط تولید. در واقع اگر تولید به شکلی غیر از شیوه‌ی کلاسیک نوار نقاله و خط تولید باشد، این روبات‌ها کارایی خاصی نخواهند داشت.

موارد استفاده

  • سرهم کردن قطعات
  • بسته‌بندی خودکار
  • جابجایی ماشین
  • استفاده‌های زیستی

روبات‌های دلتا

بازوی دلتا

نام دیگر این دسته از ببازوهای رباتیک ، روبات‌های پیوند موازیست؛ زیرا از دو پیوند مفصلی متصل به پایه‌ای مشترک تشکیل می‌گردد. این پایه، کنترلگر همزمان برای هر دو بازو می‌باشد. بازوها نیز قسمت انتهایی (مچ یا دست)روبات را کنترل کرده و از این طریق عملیات با سرعت بالایی انجام می‌پذیرد. عمده‌ی محبوبیت این دسته نیز مربوط به همین سرعت می‌باشد.

مزایا و معایب

دلتا از سرعت بسیار بالایی برخوردار است. روبات‌های دلتا همچنین دقت بسیار بالایی در انجام کار دارند. این دسته اما برای کنترل شدن نیاز به یک کنترل‌کننده‌ی حرفه‌ای و تمام وقت دارد؛ زیرا سیستم این دسته از بازوهای روباتیک برای یادگیری و کار بسیار سخت و پر از جزییات می‌باشد.

موارد استفاده

  • صنعت غذا
  • صنعت دارو
  • صنعت برق
  • شبیه‌ساز پرواز
  • شبیه‌ساز ماشین
  • چینش فیبر نوری

ربات‌های استوانه‌ای

بازو در این نوع ربات، به یک محور استوانه‌ای متصل است. این بازوهای رباتیک می‌تواند دور این محور استوانه‌ای چرخش کرده یا به صورت عمودی در طول استوانه حرکت کند. ربات استوانه‌ای می‌تواند به فضای تنگ دسترسی پیدا کرده و عملیات را بدون کاهش سرعت انجام دهد.

بازوی رباتیک استوانه ای

مزایا و معایب

برای استفاده‌های ساده‌ای همچون برداشتن و گذاشتن اشیا، بازوی استوانه‌ای بهترین انتخاب خواهد بود. این نوع از بازوی روباتیک نصب و راه‌اندازی بسیار راحتی دارد. امکان کار در فضاهای تنگ و اشغال کردن فضای کم از دیگر مزایای این بازوی رباتیک است. ربات استوانه‌ای اما در مواجهه با موانع عملکرد بسیار ضعیفی خواهد داشت. سپردن کارهایی که نیازمند دقت بالا هستند نیز به این نوع ربات، شما را نااامید خواهد کرد. ربات استوانه‌ای در حال حاضر از محبوبیت بسیار کمی در بین طراحان و صاحبان کسب‌وکار برخوردار است.

موارد استفاده

  • انتقال پنل‌های LCD
  • روکش گذاری
  • سرهم کردن
  • ریخته‌گری
  • بارگیری

روبات‌های قطبی

این‌ها همان ربات‌های استوانه‌ای هستند که توانایی چرخش بازو در سه بعد را دارند. یک بازوی متحرک با دو مفصل چرخشی به پایه متصل است. این بازو توانایی حرکت در سه بعد و انجام انواع چرخش را دارد. دقت این ربات کمی از بازوی استوانه‌ای بیشتر است اما همچنان تمرکز آن بر آزادی عمل در حرکت بوده و امتیاز اصلی آن سرعت و دامنه‌ی حرکتی است. نام دیگر این دسته از بازوهای رباتیک «روبات‌های کروی» است. چون که دامنه‌ی حرکتی آن‌ها تشکیل یک کره می‌دهد.

ربات قطبی

موارد استفاده

  • جوشکاری نقطه‌ای
  • کار با ماشین آلات
  • ریخته‌گری
  • کار با کوره
  • جوشکاری گاز

کلام آخر

بازوهای رباتیک در چند دهه‌ی اخیر، کمک شایانی به بالا بردن سرعت فعالیت‌های صنعتی و تولید انبوه کرده‌اند. در حال حاضر رقابت با شرکت‌های دیگر بدون کمک گرفتن از این دستگاه‌ها ممکن نخواهد بود. اما برای استفاده از این ربات‌ها باید دقت بالایی را در انتخاب به خرج داد.

هر یک از بازوهای رباتیک ویژگی‌های خاص خود و در نتیجه کاربری‌های مخصوص خود را دارند. برای وارد کردن بازوی رباتیک به سیستم کارخانه یا کارگاه خود ابتدا باید داشته‌های خود (فضا و سرمایه) را بسنجید و سپس تحقیقات ویژه‌ای را در مورد انواع آن آغاز کنید.

بعضی از انواع بازوهای رباتیک به یک نفر اپراتور اختصاصی و حرفه‌ای نیاز داشته و بعضی از آن‌ها حتی نیاز به برنامه‌نویسی پیشرفته دارند. در نتیجه به کار گیری آن‌ها بدون توجه به این نکات، امکان بهره‌برداری حداکثری را از شما می‌گیرد.

 

نظرات
  1. سعید می گوید

    با سلام لطفا منابع خودتون اعلام کنید

نظر شما درباره این مطلب

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.