بازوها (مانیپولاتورهای رباتیک): تعریف و مفاهیم
یک بازوی رباتیک وسیلهای است که شبیه یک بازو است که به بدن ربات متصل شده و برای انجام وظایف استفاده میشود. در غیاب بازوی رباتیک، تواناییهای دستکاری ربات بهطور چشمگیری محدود میشود.
ساختار بازوهای رباتیک از چندین لینک (اجزاء اتصال) و مفصل تشکیل شده که بهصورت مکانیکی به یکدیگر متصلاند.برای خرید بازوی رباتیک ، خرید ربات دلتا ، خرید ربات اسکارا و خرید ربات هندلینگ کافیست با کارشناسان سپاهان ربات تماس حاصل فرمایید.
رباتهای صنعتی کاربردهای زیادی در صنعت دارند، از جمله:
- برداشتن و گذاشتن Pick-and-place): رباتهای صنعتی معمولاً در عملیات تکرارشونده جابهجایی مانند بستهبندی بهکار گرفته میشوند.
- جراحی رباتیک: در سالهای اخیر، بازوهای رباتیک در جراحیهای پزشکی کوچک مورد استفاده قرار گرفتهاند و در آینده، در جراحیهای پیچیدهتری که نیاز به دقت بسیار بالایی دارند، مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
- برداشت و چیدن: رباتها در کاربردهای کشاورزی مانند برداشت و چیدن کاربرد دارند. این حوزه برای اتوماسیون مناسب است، زیرا رباتها کارآمد، انعطافپذیر، دقیق و سریعاند و میتوانند بهرهوری تولید را افزایش دهند.
- جوشکاری: فرآیند جوشکاری به تخصص بالایی نیاز دارد. رباتها میتوانند کیفیت و یکنواختی عملیات را افزایش دهند، ریسک آسیبدیدگی نیروی انسانی را کاهش دهند و از طریق بهبود بهرهوری هزینههای تولید را پایین بیاورند.
رباتهای دلتا در صنایع مختلف
انواع بازوهای رباتیک
عمدتاً دو نوع اصلی بازوهای رباتیک وجود دارند: بازوهای رباتیک سریالی و موازی.
تفاوت اصلی بین بازوهای رباتیک سریالی و موازی این است که در بازوی سریالی، پیوندها و مفاصل به صورت سری به یکدیگر متصل هستند تا یک زنجیره حلقه باز ایجاد کنند، در حالی که در بازوی موازی، هر مفصل هم به پایه ربات و هم به مجری نهایی متصل است.
مشهورترین نمونههای بازوهای مکانیکی موازی، ربات دلتا هستند.
بازوهای مکانیکی موازی
یک بازوی مکانیکی موازی اساساً یک سیستم مکانیکی است که از تعدادی زنجیره سریال کنترلشده توسط کامپیوتر برای پشتیبانی از یک پلتفرم واحد استفاده میکند.
تعریف رباتهای دلتا
همانطور که در بخش قبل ذکر شد، ربات دلتا نمونهای از یک ربات موازی است. این ربات دارای سه بازو است که در پایه توسط مفاصل به هم متصل شدهاند. بهکارگیری مکانیزمهای متوازیالاضلاع در بازوها که تراز ابزار انتهایی را حفظ میکنند، جزو اصول طراحی ربات دلتا است.
طراحی ربات دلتا توسط مهندس سوئیسی ریموند کلاول، که یکی از پیشگامان توسعه رباتهای موازی است، ابداع شد. کلاول میخواست رباتی طراحی کند که بتواند در عملیات با سرعت بالا و بار کم، کارآمد باشد.
کاربردهای ربات دلتا
مزیت اصلی رباتهای دلتا در مقایسه با بازوهای رباتیک سنتی این است که رباتهای دلتا دارای موتورهایی هستند که به جای بازوها به بدنه اصلی متصل شدهاند. این امر به بازوهای دلتا اجازه میدهد تا با سرعت بالا حرکت کنند که این امر ربات دلتا را برای عملیات برداشتن و گذاشتن اجسام سبک وزن ایدهآل میکند.
ربات دلتا برای اولین بار در بستهبندی شکلاتهای پرالین استفاده شد؛ اکنون، رباتهای دلتا در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. ربات دلتا فضای زیادی را اشغال نمیکند، بنابراین نیازی به اختصاص فضای اضافی نیست. بهواسطهٔ طراحی مناسب، نصب محرکها بر فریم و استفاده از بازوهای سبک، رباتهای دلتا از نظر سرعت نسبت به بسیاری از معماریهای سریالی برتری دارند. رباتهای دلتا میتوانند در افزایش توان عملیاتی، بهبود بهرهوری تولید و ارتقای کنترل کیفیت نقش ایفا کنند. آنها قادر به اجرای وظایف با سرعت و یکنواختی بالاتر نسبت به نیروی انسانی هستند؛ همچنین نیازی به توقفهای استراحت ندارند و بدینترتیب قابلیت افزایش تولید فراهم میگردد. رباتهای دلتا در عملیات خود دقیق و درست هستند. این امر به ویژه برای کارهای مونتاژ مفید است.
کاربردهای رباتهای دلتا در صنایع مختلف
روش کار ربات دلتا و مشخصات فنی آن
بیشتر رباتهای دلتا از ۳ سروو موتور با گشتاور بالا تشکیل شدهاند که روی یک قاب صلب نصب شدهاند، سپس یک بازو روی هر شفت موتور نصب شده است؛ بازوها باید عمود بر محور چرخشی شفت باشند. برای جلوگیری از حرکت چرخشی، بازوها به میلههای اتصال نازکی که به صورت متوازیالاضلاع سازماندهی شدهاند، بسته میشوند. این بازوها به یک پلتفرم مرکزی متصل هستند. هر میلهای در دو انتها دارای مفاصل کروی است که امکان حرکت چندمحوره (سادهسازی حرکت) را فراهم میآورند. میتوان عملگر نهایی و گزینههای مختلف دیگر، مانند موتورهایی برای محورهای آزادی اضافی، را به پلتفرم پایینی اضافه کرد.
از آنجایی که موتورهای سروو روی قاب نصب شدهاند، حرکت به بازوها منتقل میشود و به دلیل این طراحی؛ موتورها باید گشتاور بالایی داشته باشند تا بتوانند نیروی اهرمی افزایش یافته اعمال شده توسط بار مفید در شفت را خنثی کنند.
در ادامه، سینماتیک ربات دلتا مورد بررسی قرار میگیرد. سینماتیک از مباحث اساسی رباتیک است و رابطه بین متغیرهای مفصلی (مختصات مفاصل) و وضعیت فضایی ربات را مورد مطالعه قرار میدهد.
برای سینماتیک ربات دلتا، سینماتیک معکوس و سینماتیک مستقیم وجود دارد.
سینماتیک معکوس شامل یافتن زوایای مناسب θ1، θ2، θ3 برای هر یک از سه بازو است که مطابق با موقعیت مطلوب ابزار انتهایی X، Y، Z هستند.
سینماتیک رو به جلو شامل تعیین موقعیت ابزار انتهایی X، Y، Z در صورت مشخص بودن زوایای بازوها θ1، θ2، θ3 است.
رباتهای دلتا بر اساس درجه آزادی به انواع مختلفی تقسیم میشوند:
- رباتهای دلتایی با ۳ درجه آزادی وجود دارند که در آنها، عملگر نهایی میتواند آزادانه حول محورهای X و Y حرکت کند و در محور Z آزادی محدودی دارد و بازوهای آن مستقیماً به موتورها متصل هستند.
- رباتهای دلتا با درجه آزادی ۴ که در اصل توسط شرکت Clavel اختراع شدهاند. محور آزادی چهارم، حرکت حول محور Z است.
- رباتهای دلتای ۶ محوره که علاوه بر رباتهای دلتای ۳ درجه آزادی، به لطف سینماتیک سریالی با ۳ درجه چرخشی متصل به عملگر نهایی، ۳ درجه آزادی اضافی نیز دارند.
نتیجهگیری
رباتها از زمان اختراع تاکنون تحول قابلتوجهی را پشت سر گذاشتهاند و از دیدگاههای مختلف قابل طبقهبندی هستند.
رباتهای دلتا را میتوان از دستاوردهای مهم مهندسی رباتیک محسوب کرد؛ این رباتها مزایایی نسبت به بازوهای سریالی ارائه میدهند، هرچند محدودیتها و معایب خاصی نیز دارند که باید مورد توجه قرار گیرند.