الروبوتات الصناعية عبارة عن أجهزة مناولة متعددة{0}}مفاصل أو آلات-درجة-حرية متعددة تستخدم على نطاق واسع في المجال الصناعي، مع درجة معينة من الأتمتة، وتعتمد على إمكانات الطاقة والتحكم الخاصة بها لتحقيق مجموعة متنوعة من وظائف المعالجة والتصنيع الصناعية. تُستخدم الروبوتات الصناعية على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية مثل الإلكترونيات والخدمات اللوجستية والمواد الكيميائية.
تعبير
بشكل عام، تتكون الروبوتات الصناعية من ستة أنظمة فرعية.
الأجزاء الثلاثة الرئيسية هي الجزء الميكانيكي وجزء الاستشعار وجزء التحكم.
يمكن تصنيف الأنظمة الفرعية الستة إلى نظام الهيكل الميكانيكي، ونظام القيادة، ونظام الاستشعار، ونظام التفاعل البيئي الآلي-، ونظام التفاعل البشري- مع الآلة، ونظام التحكم.
1. نظام الهيكل الميكانيكي
من حيث الهيكل الميكانيكي، يتم تصنيف الروبوتات الصناعية بشكل عام إلى روبوتات متسلسلة ومتوازية. تتميز الروبوتات المتسلسلة بأن حركة أحد المحاور تغير الأصل الإحداثي للمحور الآخر، في حين أن حركة أحد محاور الروبوت الموازي لا تغير الأصل الإحداثي للمحور الآخر. استخدمت الروبوتات الصناعية المبكرة آليات ترادفية. يتم تعريف الآلية المتوازية على أنها آلية حلقة - مغلقة يتم فيها توصيل المنصات المتحركة والثابتة بواسطة سلسلتين حركيتين مستقلتين على الأقل، وتتمتع الآلية بدرجتين أو أكثر من الحرية، ويتم تشغيلها بالتوازي. تتكون الآلية الموازية من جزأين أساسيين، المعصم والذراع. منطقة حركة الذراع لها تأثير كبير على مساحة الحركة، بينما المعصم هو الجزء الواصل بين الأداة والجسم. بالمقارنة مع الروبوت الترادفي، فإن الروبوت الموازي يتميز بمزايا الصلابة العالية، والهيكل المستقر، والقدرة على حمل الحمولة العالية، ودقة الحركة الدقيقة العالية، وحمل الحركة المنخفض. في حل الموضع، من السهل حل الروبوت الترادفي بشكل إيجابي ولكن من الصعب جدًا حله بشكل عكسي، في حين أن الروبوت الموازي، على العكس من ذلك، يصعب حله بشكل إيجابي ولكن من السهل جدًا حله بشكل عكسي.
2. نظام القيادة
نظام القيادة هو جهاز يوفر الطاقة لنظام الهيكل الميكانيكي. وفقًا لمصادر الطاقة المختلفة، ينقسم نظام القيادة إلى وضع النقل الهيدروليكي والهوائي والكهربائي والميكانيكي. استخدمت الروبوتات الصناعية المبكرة محركًا هيدروليكيًا. نظرًا لمشاكل التسرب والضوضاء وعدم استقرار-السرعة المنخفضة للنظام الهيدروليكي، ولأن وحدة الطاقة كبيرة الحجم وباهظة الثمن، فإن الروبوتات الصناعية ذات الدفع الهيدروليكي-الكبيرة الحجم وروبوتات التصنيع المتوازية وبعض التطبيقات الخاصة فقط هي التي تستخدم الروبوتات الصناعية التي يتم تشغيلها هيدروليكيًا. يتميز المحرك الهوائي بمزايا السرعة العالية وبنية النظام البسيطة وسهولة الصيانة والسعر المنخفض. ومع ذلك، فإن ضغط العمل للجهاز الهوائي منخفض، وليس من السهل تحديد موضعه بدقة، ويستخدم عمومًا فقط لمحرك المستجيب النهائي للروبوت الصناعي-. يمكن استخدام المقبض اليدوي الهوائي والأسطوانات الدوارة وأكواب الشفط الهوائية كمفاعل نهائي-لإمساك قطع العمل وتجميع الأحمال المتوسطة والصغيرة. يعد المحرك الكهربائي حاليًا هو وضع القيادة الأكثر استخدامًا، والذي يتميز بسهولة الوصول إلى الطاقة، والاستجابة السريعة، والقوة الدافعة، واكتشاف الإشارة، والنقل، والمعالجة بشكل مريح، ويمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من طرق التحكم المرنة، ويستخدم محرك القيادة بشكل عام محرك متدرج أو محرك مؤازر، وهناك أيضًا استخدام محرك الدفع المباشر، ولكن التكلفة أعلى، والتحكم أيضًا أكثر تعقيدًا، والمحرك مع الاستخدام العام للمخفضات التوافقية المخفض أو المخفض الدائري أو التروس الكوكبية المخفض. نظرًا للعدد الكبير من متطلبات القيادة الخطية في الروبوتات المتوازية، فقد تم استخدام المحركات الخطية على نطاق واسع في مجال الروبوتات المتوازية.
3. نظام الاستشعار
يقوم نظام إدراك الروبوت بتحويل معلومات الحالة الداخلية المختلفة والمعلومات البيئية من إشارات إلى بيانات ومعلومات يمكن فهمها وتطبيقها بواسطة الروبوت نفسه أو بين الروبوتات. بالإضافة إلى الحاجة إلى إدراك الكميات الميكانيكية المتعلقة بحالة العمل الخاصة به، مثل الإزاحة والسرعة والقوة، تعد تكنولوجيا الإدراك البصري جانبًا مهمًا من إدراك الروبوت الصناعي. تستخدم أنظمة المؤازرة المرئية المعلومات المرئية كإشارات تغذية مرتدة للتحكم لضبط موضع الروبوت وموقفه. تُستخدم أنظمة الرؤية الآلية أيضًا على نطاق واسع في جميع جوانب فحص الجودة وتحديد قطع العمل وفرز الأطعمة والتعبئة والتغليف. يتكون نظام الاستشعار من وحدة استشعار داخلية ووحدة استشعار خارجية. يؤدي استخدام أجهزة الاستشعار الذكية إلى تحسين قدرة الروبوت على الحركة والقدرة على التكيف والذكاء.
4.الروبوت-نظام التفاعل البيئي
نظام التفاعل البيئي للروبوت- هو نظام يحقق الترابط والتنسيق بين الروبوت والمعدات في البيئة الخارجية. الروبوتات والمعدات الخارجية مدمجة في وحدة وظيفية، مثل وحدة المعالجة والتصنيع، ووحدة اللحام، ووحدة التجميع. وبطبيعة الحال، يمكن أيضًا دمج أكثر من روبوت في وحدة وظيفية لأداء المهام المعقدة.
5. نظام التفاعل البشري-الروبوت
نظام تفاعل الروبوت البشري- هو جهاز يربط الأشخاص بالروبوتات ويشارك في التحكم في الروبوت. على سبيل المثال، المحطات القياسية لأجهزة الكمبيوتر، ووحدات تحكم الأوامر، ولوحات عرض المعلومات، وأجهزة إنذار إشارة الخطر.
6. نظام التحكم
ومهمة نظام التحكم هي التحكم في مشغلات الروبوت لأداء الحركات والوظائف المحددة وفقاً لتعليمات تشغيل الروبوت والإشارات المرتدة من أجهزة الاستشعار. إذا لم يكن للروبوت خصائص ردود الفعل على المعلومات، فهو عبارة عن نظام تحكم-مفتوح الحلقة؛ مع خصائص ردود الفعل على المعلومات، فهو عبارة عن نظام تحكم في حلقة مغلقة-. وفقًا لمبدأ التحكم، يمكن تقسيمها إلى نظام التحكم في البرنامج ونظام التحكم التكيفي ونظام التحكم في الذكاء الاصطناعي. وفقا لشكل حركة التحكم يمكن تقسيمها إلى التحكم في النقطة والتحكم المستمر في المسار.
التطبيقات
1. التطبيق في منصات نقالة
في منصات التحميل في المصانع المختلفة، يتم استخدام الروبوتات الآلية للغاية على نطاق واسع. تعد عملية النقل اليدوي عملية مكثفة للغاية وتتطلب عمالة-كثيفة، ولا يحتاج الموظفون إلى تحمل ضغط كبير فحسب، بل يحتاجون أيضًا إلى انخفاض كفاءة العمل. يمكن لروبوت المناولة إجراء تصنيف ومناولة بكفاءة وفقًا لخصائص الكائنات المراد التعامل معها والأماكن التي يتم تصنيف الكائنات فيها، على أساس الحفاظ على أشكالها وطبيعة الكائنات دون تغيير، مما يمكّن معدات تحميل الكرتون من إكمال مهمة التحميل على منصات نقالة لمئات القطع في الساعة. في التحميل والتفريغ في خط الإنتاج، تلعب مناولة الحاويات وما إلى ذلك دورها المهم.
2. التطبيق في اللحام
روبوتات اللحام مسؤولة بشكل أساسي عن أعمال اللحام، وأنواع مختلفة من الصناعات لها احتياجات صناعية مختلفة، لذلك تحتوي روبوتات اللحام الشائعة على روبوتات لحام نقطي، وروبوتات لحام القوس، وروبوتات الليزر وما إلى ذلك. صناعة تصنيع السيارات هي صناعة روبوت اللحام الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، في صعوبة اللحام وكمية اللحام وجودة اللحام والجوانب الأخرى للحام الاصطناعي لها مزايا لا تضاهى.
3. التطبيق في التجمع
في الإنتاج الصناعي، يعد تجميع الأجزاء قدرًا هائلاً من العمل، ويتطلب عددًا كبيرًا من العمالة، بمجرد تجميع الإنسان بسبب ارتفاع معدل الخطأ، وانخفاض الكفاءة، واستبداله تدريجيًا بالروبوتات الصناعية. يجمع تطوير روبوتات التجميع بين مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك تكنولوجيا الاتصالات والتحكم الآلي والمبادئ البصرية والإلكترونيات الدقيقة وما إلى ذلك. وفقًا لعملية التجميع، يقوم المطورون بكتابة البرامج المناسبة وتطبيقها على أعمال تجميع محددة. أهم مميزات روبوتات التجميع هي دقة التركيب العالية والمرونة والمتانة. نظرًا لتعقيد ودقة أعمال التجميع، نختار روبوتات التجميع لتنفيذ تركيب الأجزاء الإلكترونية وقطع غيار السيارات الدقيقة.
4. التطبيق في التفتيش
يتمتع الروبوت بوظائف إضافية-متعددة الأبعاد. يمكن أن يحل محل الموظفين في مناصب خاصة، مثل الكشف في المناطق-عالية الخطورة مثل مناطق التلوث النووي، والمناطق السامة، ومناطق التلوث النووي، والمناطق-عالية الخطورة غير المعروفة. كما أن هناك أماكن لا يستطيع الإنسان الوصول إليها على وجه التحديد، مثل الكشف عن الأجزاء المريضة من المرضى، والكشف عن العيوب الصناعية، والكشف عن الحياة في مكان الإغاثة من الزلزال.
اتجاه التنمية
1. تعاون الروبوتات-البشرية
مع تطور الروبوتات من العمل على مسافة من الناس إلى التفاعل والتعاون بشكل طبيعي مع الناس. إن نضج تعليم السحب-و-تكنولوجيا التدريس اليدوي يجعل البرمجة أسهل في الاستخدام، ويقلل من المتطلبات المهنية للمشغلين، ويجعل من السهل نقل تجربة العملية للفنيين المهرة.
2. الحكم الذاتي
حاليًا، الروبوت من البرمجة المسبقة-، وتعليم التحكم في إعادة الإنتاج، والتحكم المباشر، والتشغيل عن بعد، وأنماط التشغيل الأخرى التي يتم التلاعب بها، باتجاه التعلم الذاتي، والتشغيل المستقل. يمكن للروبوتات الذكية ضبط مسار المسار وتحسينه تلقائيًا، وتجنب التفردات تلقائيًا والتنبؤ بالتداخل والاصطدام وتجنب العوائق وفقًا لظروف العمل أو المتطلبات البيئية.
3. ذكي، معلوماتي، متصل بالشبكة
سيتم استخدام المزيد والمزيد من أجهزة استشعار الرؤية والقوة ثلاثية الأبعاد على الروبوت، وسيصبح الروبوت أكثر فأكثر ذكاءً. مع تقدم نظام الاستشعار والتعرف، والذكاء الاصطناعي والتقنيات الأخرى، تحول الروبوت من كونه تحكمًا أحادي الاتجاه إلى وحدة التخزين الخاصة به، وتوجيه بيانات التطبيق الخاصة به، والمعلوماتية تدريجيًا. مع التعاون متعدد الروبوتات، والتحكم، والاتصالات، وغيرها من التطورات التكنولوجية، انتقلت الروبوتات من الأفراد المستقلين إلى مرحلة الإنترنت، واتجاه التنمية التعاونية.