تُعد هندسة الإحداثيات الديكارتية طريقةً ممتازةً لرسم خرائط الفضاء ثلاثي الأبعاد بنظام عددي بسيط وسهل الفهم. في النظام الديكارتي للفضاء ثلاثي الأبعاد، توجد ثلاثة محاور إحداثية متعامدة (محاور متعامدة) وتلتقي عند نقطة الأصل.

تُسمى المحاور الثلاثة عادةً المحور س، والمحور ص، والمحور ع. تُمثَّل أي نقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد بثلاثة أرقام (س، ص، ع). يُمثِّل س بُعد النقطة عن نقطة الأصل على طول المحور س، ويُمثِّل ص بُعدها عن نقطة الأصل على طول المحور ص، ويُمثِّل ع بُعدها عن نقطة الأصل على طول المحور ع.

الروبوتات الديكارتية (الجسرية)

تُسمى الروبوتات الميكاترونية التي تستخدم محاور خطية للحركة بالروبوتات الديكارتية، أو الروبوتات الخطية، أو روبوتات الجنازير. تشبه روبوتات الجنازير الرافعات الجسرية في الشكل وتعمل بشكل مشابه. لكن روبوتات الجنازير لا تقتصر على وظائف الرفع والتحريك، بل يمكن تخصيص وظائفها حسب الحاجة.

تتميز الروبوتات الديكارتية بهيكل علوي يتحكم في الحركة في المستوى الأفقي، وذراع آلية تُحرك الحركة رأسيًا. ويمكن تصميمها للتحرك في محاور س ص أو س ع. يُوضع الذراع الآلي على السقالة، ويمكن تحريكه في المستوى الأفقي. يحتوي الذراع الآلي على مُفعّل أو أداة آلية مُثبتة في نهايته، حسب الوظيفة المُستخدمة.

على الرغم من استخدام الروبوتات الديكارتية وروبوتات البوابة بشكل متبادل، فإن الروبوتات البوابة عادةً ما يكون لها محورين X بينما الروبوتات الديكارتية سيكون لها محور واحد فقط من المحاور الاثنين/الثلاثة (وفقًا للتكوين).

 

كيف تعمل؟

تتحرك الروبوتات الديكارتية حركة خطية فقط، وعادةً ما تكون من خلال محركات سيرفو. تتوفر المحركات الخطية المستخدمة بأشكال مختلفة وفقًا للتطبيق المحدد. يمكن أن يكون نظام التشغيل إما سيرًا، أو كابلًا، أو لولبيًا، أو هوائيًا، أو رفًا وترسًا، أو محركًا خطيًا. يوفر بعض المصنّعين روبوتات ديكارتية جاهزة تمامًا يمكن تنفيذها دون أي تعديلات. بينما يقدم مصنّعون آخرون مكونات مختلفة كوحدات، مما يسمح للمستخدم بتنفيذ مجموعة من هذه الوحدات وفقًا لحالة الاستخدام الخاصة به.

يمكن تزويد الأذرع الروبوتية نفسها بـ"رؤية" أو "عمى" أثناء العمليات. ويمكن ربطها بأجهزة استشعار ضوئية أو كاميرات لتحديد الأجسام قبل تنفيذها. على سبيل المثال، يمكن استخدام الروبوتات الديكارتية في المختبرات لالتقاط العينات ونقلها. ويمكن استخدام الرؤية بمساعدة الحاسوب للتعرف على أنبوب الاختبار أو الماصات أو الشرائح، ويمكن للذراع التقاط الجسم وفقًا لبيانات الموقع المرسلة من الكاميرا.

تتميز الروبوتات الديكارتية عن غيرها من الأنظمة الروبوتية، مثل الروبوتات سداسية المحاور، بسهولة برمجتها. إذ يمكن لوحدة تحكم حركة واحدة التعامل مع منطق حركة الروبوت الديكارتي. تتحرك الروبوتات حركة خطية فقط، مما يُسهّل التحكم فيها. ولا حاجة إلى مجموعة معقدة من أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) والرقائق الدقيقة للتحكم في حركة الروبوتات الديكارتية. وتُسهّل هذه الخاصية برمجة حركة الروبوت.

 

الخصائص والمزايا

تتميز الروبوتات الديكارتية بقدرة حمل حمولة أعلى مقارنةً بنظيراتها من الروبوتات ذات الستة محاور. هذا، بالإضافة إلى انخفاض تكلفتها وسهولة برمجتها، يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. أما الروبوتات الجسرية، وهي روبوتات ديكارتية مزودة بسقالات داعمة، فتستطيع حمل حمولات أعلى. ويمكن توسيع نطاق حركة الروبوتات الخطية بإضافة وحدات متوافقة إلى الآلية الحالية. هذه الخاصية النمطية في الروبوتات الديكارتية تجعلها أكثر تنوعًا وعمرًا أطول في البيئات الصناعية.

تتميز الروبوتات الديكارتية أيضًا بدقة عالية مقارنةً بنظيراتها الدوارة. ويعود ذلك إلى أنها تتحرك خطيًا فقط، ولا تحتاج إلى استيعاب الحركة الدورانية. تتراوح تفاوتات الروبوتات الديكارتية في نطاق الميكرومتر (μm)، بينما تتراوح تفاوتات الروبوتات سداسية المحاور عادةً في نطاق المليمتر (mm).

 

تطبيقات الروبوتات الديكارتية

بفضل تعدد استخداماتها وانخفاض تكلفتها وسهولة برمجتها، تُعدّ الروبوتات الديكارتية خيارًا مثاليًا للعديد من التطبيقات الصناعية. دعونا نلقي نظرة على بعضها.

• اختر و ضع:الذراع الروبوتية مزودة بجهاز رؤية مُتنوع لتحديد مكونات مختلفة من حزام دائري أو حزام ناقل. يستطيع الذراع التقاط هذه الأشياء وفرزها في صناديق مختلفة. ويمكن لذراع روبوتية واحدة القيام بالالتقاط والفرز.
• نقل من عملية إلى عملية:في خطوط الإنتاج، قد تحتاج بعض المنتجات أثناء العملية إلى نقلها من موقع إلى آخر. يمكن القيام بذلك باستخدام روبوتات خطية ثنائية الدفع، مع إمكانية استخدامها مع أنظمة الرؤية أو مزامنة الوقت، وذلك حسب مراحل العملية.
• نظام التجميع:عندما يتعين تكرار نفس الخطوات مرارًا وتكرارًا لتجميع أجزاء المنتج، يمكن استخدام الروبوتات الخطية لأتمتة المهام.
• استخدام المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب:تتضمن العديد من عمليات الإنتاج وضع مواد لاصقة أو مواد مانعة للتسرب بين الأجزاء. ويُستخدم هذا في تصنيع السيارات الكبيرة وحتى إنتاج الأجهزة الإلكترونية الصغيرة. يجب وضع المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب بكميات دقيقة للغاية وفي المكان المناسب. يمكن توصيل الذراع الروبوتية للروبوت الخطي بموزع سوائل عالي الدقة، مما يسمح بوضع المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب بدقة عالية.
• التكديس وتفريغ المنصات:يستخدم التغليف المنصات لنقل البضائع بسهولة. ويمكن استخدام الروبوتات الديكارتية لأتمتة وضع المنتجات على المنصات ونقلها منها.
• تصنيع الآلات ذات التحكم الرقمي بالكمبيوتر:تُستخدم الآلات المعتمدة على التحكم الرقمي الحاسوبي لإنشاء منتجات وفقًا للتصاميم المُعدّة في برامج التصميم الهندسي. وتستخدم آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) على نطاق واسع روبوتات خطية مزودة بأدوات مختلفة مُثبّتة على أذرع الروبوتات.
• لحام النقاط الدقيق:يتطلب بعض عمليات التصنيع لحامًا متخصصًا. تستطيع الروبوتات الخطية المزودة بأذرع لحام تحقيق لحامات دقيقة في مواقع محددة على سطح العمل. ويُعدّ مستوى التفاوت العالي في نطاق الميكرومتر (μm) مفيدًا في مثل هذه التطبيقات.

هناك العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى للروبوتات الخطية. وتشمل هذه التطبيقات عوامل التوزيع، وآلات التجميع والاختبار الأساسية، ووحدات الإدخال، وأجهزة التكديس، وأتمتة الختم، ومناولة المواد، والتخزين والاسترجاع، والقطع، والنقش، والفرز.