عندما تفكر في الروبوت الصناعي، ما الذي يتبادر إلى ذهنك؟

تحظى الروبوتات المفصلية كهذه بشهرة واسعة، بفضل إعلانات شركات السيارات وحركات رقص الروبوتات. كما تحظى روبوتات SCARA (ذراع الروبوت المفصلية الانتقائية التوافق) بشهرة واسعة نظرًا لاعتمادها وانتشارها في المصانع منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي. يجمع كلا الروبوتين - المفصلي وSCARA - بين الحركة الخطية والدورانية، مما يُتيح سهولة المناورة في المهام المعقدة. تُشبه الروبوتات المفصلية ذراع الإنسان، بستة محاور حركة - ثلاثة منها انتقالية (خطية) وثلاثة أخرى دورانية (مثل الكتف والمرفق والمعصم). أما روبوتات SCARA، فلديها أربعة محاور حركة - X وY وZ وTheta (تشبه إلى حد ما ذراعك، إذا كان كتفك ثابتًا).

الروبوتات الديكارتية أقل شيوعًا في الثقافة الشعبية، ولكنها شائعة الاستخدام في التطبيقات الصناعية، بدءًا من التعبئة والتغليف ووصولًا إلى تصنيع أشباه الموصلات. وكما يوحي اسمها، تعمل هذه الروبوتات على المحاور الديكارتية الثلاثة - X وY وZ - مع إمكانية تضمين محور ثيتا لأدوات نهاية الذراع. ورغم أنها أقل جاذبية من الروبوتات المفصلية والروبوتات SCARA، إلا أن الروبوتات الديكارتية أكثر تنوعًا، حيث تتمتع بقدرات تحميل أعلى بالنسبة لحجمها، وفي كثير من الحالات، دقة أعلى. كما أنها قابلة للتكيف بدرجة كبيرة، حيث يمكن ترقية المحاور أو تغييرها مع إعادة تهيئة بسيطة نسبيًا لتلائم متطلبات المنتج أو التطبيق المتطورة.

مع ذلك، تُقيّد الروبوتات الديكارتية بتصميمها الكابوليّ بطبيعته، مما يحدّ من قدرتها على تحمّل الأحمال. وينطبق هذا بشكل خاص عندما يكون للمحور الخارجي (Y أو Z) شوط طويل، مما يُسبّب حملاً عزمياً كبيراً على المحاور الداعمة. في الحالات التي تتطلب أشواطاً طويلة وأحمالاً عالية، يُعدّ الروبوت الجسري الحل الأمثل.

من الديكارتي إلى الجانتري:

روبوت القنطرية هو نمط مُعدّل من روبوتات الديكارت، يستخدم محورين X (أو محور أساسي) بدلاً من محور القاعدة المفرد الموجود في الروبوتات الديكارتية. يسمح المحور X الإضافي (وأحيانًا المحورين Y و Z الإضافيين) للروبوت بالتعامل مع أحمال وقوى أكبر، مما يجعله مثاليًا لالتقاط ووضع الحمولات الثقيلة أو تحميل وتفريغ الأجزاء. يعتمد كل محور على مشغل خطي، سواء كان مشغلًا "محلي الصنع" تم تجميعه بواسطة الشركة المصنعة للمعدات الأصلية أو المُدمج، أو مشغلًا مُجمّعًا مسبقًا من شركة حركة خطية. هذا يعني أن هناك خيارات لا حصر لها تقريبًا للسماح بأي مزيج من السرعات العالية والأشواط الطويلة والحمولات الثقيلة ودقة تحديد المواقع العالية. يمكن دمج المتطلبات الخاصة للبيئات القاسية أو الضوضاء المنخفضة بسهولة، وإذا تطلب التطبيق إجراء عمليات متزامنة ولكن مستقلة، فيمكن بناء المحاور الأفقية بمحركات خطية باستخدام عربات متعددة.

عادةً ما تُركّب روبوتات الجانتري فوق منطقة العمل (ومن هنا جاء المصطلح الشائع "الجانتري العلوي")، ولكن إذا لم يكن الجزء مناسبًا للتعامل معه من الأعلى، كما هو الحال مع الخلايا والوحدات الشمسية، فيمكن تهيئة الجانتري للعمل من أسفله. وبينما تُعتبر روبوتات الجانتري عادةً أنظمةً كبيرةً جدًا، إلا أنها مناسبة أيضًا للآلات الأصغر حجمًا، حتى بحجم سطح المكتب. ولأن روبوت الجانتري يحتوي على محورين أساسيين (X)، فإن الحمل اللحظي الذي يُمثّله المحوران Y وZ، بالإضافة إلى الحمولة العاملة، يُحوَّلان إلى قوى على المحورين X. وهذا يزيد بشكل كبير من صلابة النظام، وفي معظم الحالات يسمح للمحاور بأن يكون لها أطوال أشواط أطول وسرعات أعلى من روبوت ديكارتي مماثل.

عند وجود محورين متوازيين، من الشائع أن يُحرك المحرك أحدهما فقط، وذلك لمنع الالتصاق الذي قد ينتج عن حركة غير متزامنة بينهما. بدلاً من تحريك كلا المحورين، يُستخدم عمود توصيل أو أنبوب عزم لنقل طاقة المحرك إلى المحور الثاني. وفي بعض الحالات، يمكن أن يكون المحور الثاني "محورًا خاملًا" أو تابعًا، يتكون من دليل خطي لتوفير الدعم للحمل، ولكن بدون آلية تحريك. يعتمد قرار تحريك المحور الثاني وكيفية تحريكه على المسافة بين المحورين، ومعدل التسارع، وصلابة التوصيل بينهما. كما أن تحريك محور واحد فقط من بين زوج من المحاور يقلل من تكلفة النظام وتعقيده.

يُعد تحديد حجم الروبوت الديكارتي أو الروبوت الجسري أكثر تعقيدًا من تحديد حجم روبوت SCARA أو الروبوت المفصلي (والذي يُحدد عادةً بثلاثة معايير: المدى، والسرعة، والدقة)، إلا أن الشركات المصنعة سهّلت العملية على مدار السنوات القليلة الماضية من خلال طرح أنظمة مُعدّة مسبقًا وأدوات إلكترونية، مثل مُهيئ EasySelect من Rexroth أو مُنشئ الوحدات الخطية ثلاثية الأبعاد من Adept. تتيح هذه الأدوات للمستخدم تحديد اتجاه وحجم المحاور، بالإضافة إلى معايير أساسية للحركة، والحمل، والسرعة. تعد ملفات CAD القابلة للتنزيل أيضًا عرضًا قياسيًا من مصنعي الروبوتات الديكارتية والبوابية، مما يجعلها سهلة التكامل في التصميم أو تخطيط سير العمل، تمامًا مثل الروبوتات SCARA والمفصلية. في حين يتم التعرف على الروبوتات المفصلية والروبوتات SCARA بسهولة، ويتم نشر الروبوتات الديكارتية على نطاق واسع، يتغلب تصميم البوابة على قيودها المتأصلة في الحمل والسرعة والوصول والتكرار، مع مستوى لا مثيل له من التخصيص والمرونة. باختصار، توفر الروبوتات الجسرية أفضل مزيج من الحمولة والشوط.