ثلاث خطوات لتصميم نظام تحديد المواقع الخطي الخاص بك

تعمل الروبوتات الكارتيزية على محورين أو ثلاثة محاور ضمن نظام الإحداثيات الكارتيزية X وY وZ. ورغم أن روبوتات SCARA والروبوتات سداسية المحاور أكثر شيوعًا، إلا أن الأنظمة الكارتيزية تُستخدم في جميع التطبيقات الصناعية تقريبًا، بدءًا من تصنيع أشباه الموصلات وصولًا إلى معدات النجارة. ولا عجب في انتشارها الواسع، فهي متوفرة بتكوينات لا حصر لها، ويمكن تخصيصها بسهولة لتلبية متطلبات التطبيق بدقة.

بينما كان تصميم وبناء الروبوتات الكارتيزية يتم تقليديًا داخليًا من قِبل شركات التكامل والمستخدمين النهائيين، فإن معظم مصنعي المحركات الخطية يقدمون الآن روبوتات كارتيزية مُصممة مسبقًا، مما يقلل بشكل كبير من وقت الهندسة والتجميع والتشغيل مقارنةً ببناء نظام من الصفر. عند اختيار روبوت كارتيزي مُصمم مسبقًا، إليك ثلاثة أمور يجب مراعاتها لضمان حصولك على النظام الأنسب لتطبيقك.

【توجيه】

غالبًا ما يُحدد التطبيق اتجاه الروبوت، حيث يُعدّ تحديد ما إذا كانت الأجزاء بحاجة إلى مناولة، أو ما إذا كانت العملية ستتم من الأعلى أو الأسفل، عاملًا أساسيًا. ومن الضروري أيضًا ضمان عدم تداخل النظام مع الأجزاء الثابتة أو المتحركة الأخرى، وعدم تشكيله أي خطر على السلامة. ولحسن الحظ، تتوفر الروبوتات الكارتيزية بتكوينات XY وXYZ متنوعة لتلبية متطلبات التطبيقات وقيود المساحة. ضمن التوجيهات القياسية متعددة المحاور، تتوفر أيضًا خيارات لتركيب المحركات بشكل رأسي أو جانبي. عادةً ما يُراعى في هذا التصميم عامل الصلابة، حيث تتمتع بعض المحركات (خاصةً تلك المزودة بقضبان توجيه مزدوجة) بصلابة أعلى عند تركيبها جانبيًا.

بالنسبة للمحور الخارجي (Y في نظام XY، أو Z في نظام XYZ)، يملك المصمم خيار تثبيت القاعدة مع تحريك العربة، أو تثبيت العربة مع تحريك القاعدة. والسبب الرئيسي لتثبيت العربة وتحريك القاعدة هو تجنب التداخل. فإذا كان المشغل بارزًا في منطقة العمل ويحتاج إلى إزاحته أثناء مرور الأنظمة أو العمليات الأخرى، فإن تحريك القاعدة يسمح بسحب جزء كبير من المشغل وإخلاء المساحة. إلا أن ذلك يزيد من الكتلة المتحركة والقصور الذاتي، لذا يجب مراعاة ذلك عند تحديد أحجام علب التروس والمحركات. كما يجب تصميم نظام إدارة الكابلات بحيث يتحرك مع المحور، نظرًا لحركة المحرك. وتراعي الأنظمة المصممة مسبقًا هذه المشكلات، وتضمن تصميم جميع المكونات وتحديد أحجامها بدقة لتناسب التوجيه والتخطيط الدقيقين للنظام الكارتيزي.

【الحمل، الشوط، والسرعة】

تُشكّل هذه المعايير الثلاثة أساس اختيار معظم الروبوتات الكارتيزية. يتطلب التطبيق نقل حمولة معينة لمسافة محددة خلال فترة زمنية معينة. إلا أن هذه المعايير مترابطة فيما بينها؛ فمع ازدياد الحمولة، تبدأ السرعة القصوى بالتناقص تدريجيًا. كما أن شوط الحركة محدود بالحمولة إذا كان المحرك الخارجي ناتئًا، أو بالسرعة إذا كان المحرك يعمل ببرغي كروي. وهذا ما يجعل تحديد حجم النظام الكارتيزي عملية بالغة التعقيد.

لتبسيط مهام التصميم وتحديد الأحجام، عادةً ما يُقدّم مصنّعو الروبوتات الكارتيزية جداول أو رسومًا بيانية توضح أقصى حمولة وسرعة لأطوال واتجاهات شوط مُحدّدة. مع ذلك، يُحدّد بعض المصنّعين أقصى حمولة وشوط وسرعة بشكل مستقل عن بعضها. من المهم فهم ما إذا كانت المواصفات المنشورة حصرية، أو ما إذا كان من الممكن تحقيق أقصى حمولة وسرعة وشوط معًا.

【الدقة والضبط】

تُعدّ المحركات الخطية أساس دقة وفعالية الروبوتات الكارتيزية. ويُعتبر نوع المحرك - سواءً كان بقاعدة من الألومنيوم أو الفولاذ، ونوع آلية التشغيل (حزام، برغي، محرك خطي، أو هوائي) - العامل الرئيسي المحدد للدقة والتكرارية. كما أن طريقة تركيب المحركات وتثبيتها تؤثر أيضًا على دقة حركة الروبوت. فالروبوت الكارتيزي الذي يتم ضبط محاذاته وتثبيته بدقة أثناء التجميع يتمتع عمومًا بدقة حركة أعلى من النظام غير المُثبّت، ويكون أكثر قدرة على الحفاظ على هذه الدقة طوال فترة استخدامه.

في أي نظام متعدد المحاور، لا تكون الوصلات بين المحاور صلبة تمامًا، وتؤثر متغيرات عديدة على سلوك كل محور. هذا يجعل حساب دقة الحركة وقابليتها للتكرار أو نمذجتها رياضيًا أمرًا صعبًا. الخيار الأمثل لضمان تلبية نظام الإحداثيات الديكارتية لمتطلبات دقة الحركة وقابليتها للتكرار هو البحث عن أنظمة تم اختبارها من قبل الشركة المصنعة، بأحمال وأشواط وسرعات مماثلة. يدرك معظم مصنعي الروبوتات الديكارتية أن هذا الأمر يمثل مصدر قلق رئيسي للمستخدمين، وقد اختبروا أنظمتهم لتوفير بيانات واقعية حول الأداء في تطبيقات متنوعة.

توفر الروبوتات الكارتيزية المصممة مسبقًا وفورات كبيرة مقارنةً بالروبوتات التي تُصمم وتُجمع داخليًا. قد يستغرق تحديد حجم نظام متعدد المحاور واختياره وطلبه وتجميعه وتشغيله واستكشاف أعطاله مئات الساعات، بينما تُقلل الأنظمة المصممة مسبقًا هذه المدة إلى بضع ساعات فقط للاختيار والتشغيل. كما أن تنوع التكوينات وأنواع الموجهات وتقنيات القيادة المتوفرة في العروض القياسية للمصنعين يعني أن المصممين والمهندسين لا يضطرون إلى التنازل عن الأداء أو دفع مبالغ إضافية مقابل قدرات تفوق متطلبات التطبيق.