أنظمة تحديد المواقع الروبوتية عبارة عن مسارات طويلة في المستودعات والفضاء ومنشآت السيارات للسماح لروبوت واحد بأداء مهام متعددة. تُسمى أيضًا وحدات النقل الروبوتية أو RTUs أو أنظمة المحور السابع، وقد أصبحت تصميمات الحركة هذه شائعة بشكل متزايد في عمليات التجميع واللحام على نطاق واسع والتخزين.

وعلى النقيض من الإعدادات النموذجية التي يثبت فيها الروبوت على الأرض، تقوم وحدات RTU بنقل الروبوتات عبر خلايا العمل والمصانع وتنقلها بين المحطات. أفضل إعدادات وحدات RTU هي تلك التي تم إنشاؤها للتو أو تلك التي يمكن فيها وضع العمليات والآلات ذات الصلة في صف مستقيم. عندما تقوم وحدات RTU بتحريك روبوتات ذات ستة محاور، تسمى المسارات الخطية أحيانًا بالمحور السابع (أو أقل شيوعًا، عندما يتمتع الروبوت نفسه بسبع درجات من الحرية، المحور الثامن). عندما تكون هذه المسارات جزءًا من إطار، بما في ذلك الإطارات التي يتدلى منها الروبوت، فهي عبارة عن جسور.

بغض النظر عن شكل الروبوت أو المسار، فإن الهدف من المحور الإضافي هو إضافة حركة انتقالية. يؤدي هذا إما إلى توسيع نطاق العمل أو السماح للروبوت بنقل قطع العمل أو الأدوات. في بعض الترتيبات، يسمح الأول للروبوت بالعناية بآلات متعددة أو اختيار المنصات من الصفوف، أو تشغيل مكونات كبيرة جدًا. بالنسبة للأخيرة، التطبيقات الشائعة هي التعبئة واللحام والقطع بقوس البلازما والمهام الميكانيكية الأخرى.

نركز هنا على خيارات محرك الأقراص لوحدات RTU. ومع ذلك، لاحظ أنه يجب على المهندسين أيضًا الاختيار بين مجموعة من الأدلة والمحامل (عادةً في شكل متابعات كام أو أدلة ملف التعريف).

تكثر خيارات التصميم والقيادة لوحدات RTU
على الرغم من أن بعض الجسور تتضمن إطارات لعكس الروبوتات وتعليقها للوصول بشكل أفضل إلى الآلات من الأعلى، إلا أن وحدات RTU التي تثبت على الأرض وتوجه الروبوت في وضع مستقيم هي الأكثر شيوعًا. تتمتع وحدات RTU بحمولات أعلى في المتوسط، وتحمل أذرعًا آلية وتلتقط حمولات تزن آلاف الأرطال.

يمكن للمهندسين شراء وحدات RTU مُصممة مسبقًا أو بناء وحدات RTU داخليًا باستخدام خبرة نظام الحركة. أبسطها هي أزواج المسار الخطي التي تحمل المنصات التي يثبت عليها الروبوت. ومع ذلك، فإن العديد من مصنعي المعدات الأصلية يستعينون بمتكاملين مخصصين للحالات التي تؤدي فيها الروبوتات الموجودة على وحدات RTU وظائف عالية الدقة - على سبيل المثال، مهمة القطع (حيث يجب أن يتزامن التصميم مع التعبير عن محاور متعددة) أو تحريك المسبوكات من خلال أدوات آلية مختلفة للمعالجة.

التحدي الأكبر الذي يواجه وحدات نقل الروبوتات الهندسية هو برمجتها لتتزامن مع مفصل أذرع الروبوت التي تحملها. التحدي الأكبر الثاني هو جعل وحدات RTU تحافظ على حركة خطية دقيقة على مدى عدة أمتار.

تلبية المتطلبات البدنية للسكتات الدماغية الطويلة
في بعض الأحيان تكون السرعة هي هدف تصميم RTU المهيمن. وهذا صحيح بشكل خاص عندما تأخذ وحدات RTU الروبوتات لمسافة تزيد عن بضع مئات من الأقدام أو أكثر في الإعدادات المتخصصة. تعتبر السرعة العالية في سياق تحريك الروبوتات - في بعض الأحيان أذرع تزن آلاف الجنيهات بالإضافة إلى حمولاتها - أمرًا نسبيًا. ومع ذلك، يمكن لبعض وحدات RTU التحرك بسرعة تزيد عن 10 أقدام/ثانية مع تسارع يصل إلى واحد جرام.

ولكن في كثير من الأحيان، تكون الدقة هي الهدف الأهم لتصميم RTU. خذ بعين الاعتبار تطبيقًا يساعد فيه الروبوت خلية عمل تعاونية في التصنيع، على سبيل المثال. هنا، تكون السرعة وتوسيع نطاق عمل الروبوت مفيدة فقط إذا كان الإطار المحيط يمكن أن يحافظ على الدقة. غالبًا ما تحتاج مثل هذه التصميمات إلى دقة تصل إلى 0.02 مم وإمكانية تكرار تحديد المواقع إلى 0.2 مم أو نحو ذلك أثناء حركات المسار.

في المقابل، إذا كان أحد التطبيقات يستخدم ذراعًا روبوتية للتطبيقات التي تضع عناصر تحكم تكيفية خلال الخطوات ولكنها أقل اعتمادًا على الدقة المطلقة، فقد تعمل إعدادات أخرى. وقد يتخذ ذلك أيضًا شكل مركبة متنقلة مزودة بذراع روبوتية، لتفريغ حاويات الشحن على سبيل المثال.

بغض النظر عن التصميم، فإن الصيانة المنخفضة والعمر الطويل أمران حاسمان لجميع إعدادات RTU، حيث أنها ترتبط عادةً بأكثر من وظيفة مصنعية والعديد من القطع الأخرى من الآلات. لذلك، غالبًا ما يؤدي توقف RTU إلى إخراج المحطات الأخرى من الخدمة.

تعتبر السلامة المتكاملة مهمة أيضًا لأن العديد من وحدات RTU تنقل الروبوتات عبر الحقول المأهولة بمعدات باهظة الثمن مثل الأدوات الآلية أو حتى العمال - خاصة عندما تعمل حول مناطق بها موظفو تجميع.

الأحزمة والمسامير والآلات الهوائية لوحدات RTU
غالبًا ما تستخدم الجسور الروبوتية التي تعبر مسافات خطية متوسطة المدى محركات مقترنة بمحركات الحزام. هذه أنظمة بسيطة نسبيًا تستخدم بكرات تعمل بمحرك كهربائي لخلق شد على طول الحزام وتسريعه بسرعة. ومع ذلك، مع وصولها إلى ضربات أطول، يمكن أن تنشأ مشكلات مع ترهل الأحزمة إذا لم يتمكن النظام من الحفاظ على التوتر على طول الطول بالكامل. للتوضيح، المشكلة ليست في محدودية الحمولة. بل هو خطر فقدان الحركة بسبب توافق الحزام.

هناك استثناءات للتحذير قابلية التوسع. في بعض وحدات RTU، تعمل محاور الحزام (المدفوعة من عمود الإدارة المشترك) على تشغيل السواعد التوافقية. هنا، يمكن لمحركات الحزام الحفاظ على الدقة لتحديد المواقع الروبوتية طويلة الشوط في ظل الظروف المناسبة. تستخدم معظم وحدات RTU الناجحة التي تعمل بالحزام الإطارات والمسارات الخطية في اتجاهات تكميلية للحصول على مزيد من الدقة من الإعداد الذي يحركه الحزام. يمكن لبعض وحدات RTU المزودة بمحركات السكك الحديدية التي تعمل بالحزام أن تحافظ على إمكانية التكرار حتى ± 0.001 بوصة، حتى أثناء تحريك الروبوتات التي يبلغ وزنها طنًا واحدًا على مدى عشرات الأقدام. هنا (بفضل القضبان اليمنى) تعمل المحركات التي تعمل بالحزام على تصنيع وحدات RTU أرخص وأكثر مرونة من البدائل.

هناك خيار آخر للمحور السابع وهو المحور الذي يحركه اللولب. يعالج هذا الإعداد الاهتزاز والانبثاق الذي يمكن أن ينشأ في محركات الحزام. في الأساس، يحافظ العنصر الميكانيكي الثابت على التحكم من أجل التوقف وتحديد الموقع بدقة.

تعمل اللوالب الكروية بشكل جيد عمومًا في الإعدادات التي يصل طولها إلى حوالي ستة أمتار بمساعدة دعامات المحامل المتقطعة. في المحاور الأطول، المشكلة الرئيسية هي أن البراغي تخفق بسرعات عالية، خاصة إذا لم تحصل على الدعم الكافي. وذلك لأن أعمدة الكرات اللولبية تنحني تحت ثقلها. ثم عند السرعة الحرجة (وظيفة قطر العمود اللولبي، والاستقامة، والمحاذاة، والطول غير المدعوم) تثير الحركة التردد الطبيعي للعمود. لذا فإن السرعة القصوى تنخفض مع زيادة طول الكرة اللولبية.

تستخدم بعض الإعدادات كتل تحمل تنفصل وتنهار معًا، ثم تبقى وتدعم المسمار من أجل تمديد أطول بدون سوط. ومع ذلك، بالنسبة للمسارات الطويلة جدًا ذات اللولب الكروي، يجب على الشركات المصنعة ربط براغي متعددة (عادةً باستخدام الغراء بدلاً من اللحام لتجنب الهندسة المشوهة). بخلاف ذلك، يجب أن يكون للمسمار قطر كبير جدًا لمعالجة مشكلة السوط. تصل ضربات بعض هذه الإعدادات القائمة على اللولب الكروي إلى 10 أمتار وتصل إلى 4000 دورة في الدقيقة. تحذير آخر: تحتاج البراغي الموجودة في مسارات الروبوت إلى الحماية من الأوساخ والحطام. ومع ذلك، حيث تعمل وحدات RTU التي تستخدم محركات كهربائية مقترنة ببراغي كروية، فإنها تتعامل مع أحمال أكبر من المحاور التي يحركها الحزام.

توجد أيضًا طاقة السوائل للإعدادات طويلة المدى. عادة ما تكون وحدات RTU الهوائية هذه حلاً منخفض التكلفة للتطبيقات التي تحتاج فقط إلى تحديد المواقع ذهابًا وإيابًا. يتحرك متوسط ​​العروض بمعدل 2 م/ثانية ويتكامل مع عناصر التحكم الأخرى في الروبوت.

المحركات الخطية لوحدات RTU الدقيقة
يمكن لوحدات RTU طويلة الشوط (للاستخدام في الروبوتات المختبرية، على سبيل المثال) استخدام محركات خطية. تشتمل معظم وحدات RTU أيضًا على أحدث الإلكترونيات وأجهزة التشفير المطلقة والتحكم في الحركة لتتبع المحاور، حتى بعد حدوث أخطاء أو إيقاف التشغيل.

أكثر نموذجية للوصول للمحرك الخطي هو أربعة أمتار أو نحو ذلك. يعد هذا الوصول أكثر ملاءمة للتعامل مع رقائق الالتقاط والمكان وأشباه الموصلات من تطبيقات RTU الأثقل. باختصار، تمثل المحركات الخطية في وحدات RTU تحديًا خاصًا لأنها توفر الدقة الميكانيكية ولكن يجب أن تحمل حمولات ثقيلة. وهذا يتطلب المزيد من المغناطيس الدائم الباهظ الثمن الذي يجعل المحركات الخطية تعمل بشكل جيد.

هناك استثناءات. تم تشغيل وحدة RTU واحدة ذات رقم قياسي عالمي مع مشغلات خطية ترادفية وتم تصميمها خصيصًا لإعداد التشغيل الآلي الذي يحتاج إلى تحركات دقيقة إلى 12 مترًا. تعمل قضبان الدعم الصلبة المصنوعة من الألومنيوم مع محامل كروية خطية لإعادة التدوير مكونة من ستة صفوف ومجموعات توجيهية. تنتج المحركات الخطية المتزامنة ذات الفتحات المزدوجة قوة تصل إلى 4200 نيوتن.

مجموعات الجريدة المسننة والترس لوحدات RTU
تعد وحدات RTU المتوفرة تجاريًا والتي تستخدم مجموعات الجريدة المسننة والترس هي الأكثر شيوعًا. تصل الأطوال النموذجية إلى 15 مترًا. تم دمج التحكم في الوحدة الخطية كمحور مقترن رياضيًا في وحدة التحكم في الروبوت، مما يلغي الحاجة إلى وحدة تحكم إضافية. تحافظ العديد من وحدات RTU على الدقة حتى في ضربات تبلغ 30 مترًا من خلال إقران محرك مؤازر يعمل بالتيار المتردد بدون فرش وعلبة تروس كوكبية مع مجموعات الجريدة والترس الحلزونية الأرضية. تستخدم الإعدادات الأخرى عربة تتحرك فوق سكة ذات حافة واحدة على بكرات للخدمة الشاقة في كتلة. هنا، عادة ما تكون القضبان مستطيلة مع حامل مقطوع إلى حافة داخلية. يمكن أن تنضم إلى المقاطع المنحنية حيث يكون هذا تخطيطًا مفيدًا.

تستخدم بعض وحدات RTU التي تحرك الروبوت حول منصة السفر قضبانًا مسطحة السطح مصنوعة من الفولاذ المقسى وتقرنها بمجموعات تتبع الكامة. ويستخدم البعض الآخر محركًا كهربائيًا مزودًا بمخفض شطبة حلزوني وحزام لتشغيل المنصة. ثم على المحور المكوكي الطويل، تتميز وحدة RTU بمحرك تروس كهربائي يقود ترسًا صغيرًا يشتبك مع حامل.

محاكاة وبرمجة وحدات RTU
توجد أدوات للسماح للمهندسين بتخطيط مسارات وحدات RTU وتنسيقها مع وظائف الروبوت. تتيح برامج محاكاة الروبوت وحتى بعض وحدات التحكم في الحركة للمهندسين تخطيط المسارات وتحميل البرامج الناتجة على وحدة التحكم، ثم التحكم في الروبوت ووحدة RTU باستخدام قطعة واحدة من الأجهزة.

هناك خيار آخر يتمثل في برامج من شركات برمجيات مخصصة تبيع مجموعات تطوير الروبوتات، والتي تسمح ببرمجة معظم أنواع الروبوتات من خلال واجهات برمجة التطبيقات. هذه الأدوات البرمجية وعدد لا يحصى من الأدوات البرمجية الأخرى تجعل إعداد الروبوت أسهل من أي وقت مضى، خاصة للفرق التي تتمتع بتحكم معتدل في الحركة أو خبرة باستخدام الحاسب الآلي. عادةً ما تحدث تكرارات التصميم الأولي من خلال برمجة الكمبيوتر غير المتصل بالإنترنت. ثم عندما يقوم الأفراد بتثبيت الروبوت وRTU، يقوم برنامج البرمجة بإنشاء كود يتم تحميله على عناصر التحكم. يقوم البرنامج بتشغيل RTU والروبوت من خلال مسارات مبرمجة لاختبار المشاكل. بعد ذلك، يستخدم المثبت قلادة لوضع قابض الروبوت أو القاطع أو المستجيب النهائي على نقاط خاصة بالمهمة في الفضاء بينما تقوم وحدة التحكم بتسجيل الحركات. بخلاف ذلك، يمكن للقائمين بالتركيب استخدام قلادة للإعداد بأكمله ثم صقل المسارات على الواجهة الخلفية - وهو أسلوب شائع بشكل متزايد.

تحذير: تعمل وحدات RTU على تعقيد معايرة الروبوت
بعد الإعداد الفعلي، تحتاج وحدات RTU والروبوتات إلى المعايرة. المشكلة هي أن الروبوتات الصناعية المقترنة بوحدات RTU غالبًا ما تقوم بحركات متكررة ولكنها ليست دقيقة، لذا تنتج حركة إخراج تختلف عن تقديرات المحاكاة التقريبية. وحدها الروبوتات الصناعية لديها متوسط ​​تكرار أحادي الاتجاه يتراوح من 0.1 ملم إلى 0.01 ملم. تقوم المحاور النموذجية بإقران رأس تروس ومحرك بدون رد فعل عكسي، وتقوم وحدة التحكم بتتبعهم جميعًا باستخدام أجهزة تشفير عالية الدقة. إن تعزيز دقة حركة الإخراج أصبح باهظ الثمن، حيث أن التجميعات والمكونات مثل التروس تقدم حركة مفقودة (بسبب الامتثال الميكانيكي في الغالب). ولذلك، يجب أن تعوض الضوابط في كثير من الأحيان الخطأ الموضعي على مقياس المليمترات في بعض الحالات.

تستخدم معايرة الروبوت التقليدية محاذاة الليزر المكلفة. في بعض الأحيان يمكن أن يؤدي هذا إلى تقليل خطأ الإخراج عشرين مرة. وبخلاف ذلك، تقدم الشركات المصنعة للروبوتات معايرة المصنع. تقدم شركات معايرة الروبوتات المخصصة أيضًا خدمات يمكن أن تأخذ في الاعتبار تأثير وحدة RTU المضافة على إجمالي مخرجات دقة الروبوت. وبخلاف ذلك، تسمح أجهزة الاستشعار ذات الكاميرا المزدوجة بإجراء فحص وقياس ديناميكي عبر البصريات والإضاءة الخاصة. تعد الأوضاع الميكانيكية للمعايرة خيارًا آخر، على الرغم من صعوبة تطبيقها على الروبوتات التي تسير على مسارات طويلة.