ما هو الروبوت الصناعي؟

الأول في العالمروبوت صناعيوُلِد في الولايات المتحدة عام ١٩٦٢. اقترح المهندس الأمريكي جورج تشارلز ديفول الابن "روبوتًا يستجيب بمرونة للأتمتة من خلال التدريس والتشغيل". أثارت فكرته شرارةً لدى رائد الأعمال جوزيف فريدريك إنجلبرجر، المعروف باسم "أبو الروبوتات"، وبالتاليروبوت صناعيوُلدت شركة تُدعى "Unimate (= شريك عمل يتمتع بقدرات عالمية)".
وفقًا للمعيار ISO 8373، تُعدّ الروبوتات الصناعية أجهزةً متعددة المفاصل أو روبوتات متعددة درجات الحرية في المجال الصناعي. الروبوتات الصناعية هي أجهزة ميكانيكية تؤدي العمل تلقائيًا، وهي آلات تعتمد على قدرتها الذاتية وقدراتها على التحكم لتحقيق وظائف مختلفة. يمكنها قبول الأوامر البشرية أو العمل وفقًا لبرامج مبرمجة مسبقًا. كما تعمل الروبوتات الصناعية الحديثة وفقًا للمبادئ والإرشادات التي وضعتها تقنية الذكاء الاصطناعي.
تتضمن التطبيقات النموذجية للروبوتات الصناعية اللحام والطلاء والتجميع والتجميع والوضع (مثل التعبئة والتغليف والتكديس والتركيب السطحي) وفحص المنتج واختباره وما إلى ذلك؛ ويتم إكمال كل العمل بكفاءة ومتانة وسرعة ودقة.
أكثر أنواع الروبوتات استخدامًا هي الروبوتات المفصلية، وروبوتات SCARA، وروبوتات دلتا، وروبوتات ديكارت (الروبوتات العلوية أو روبوتات xyz). تتميز الروبوتات بدرجات متفاوتة من الاستقلالية: فبعضها مبرمج لأداء أفعال محددة بشكل متكرر (أفعال متكررة) بدقة متناهية، دون أي تغيير، وبدقة عالية. تُحدد هذه الأفعال من خلال إجراءات مبرمجة تحدد الاتجاه، والتسارع، والسرعة، والتباطؤ، والمسافة لسلسلة من الأفعال المنسقة. أما الروبوتات الأخرى، فهي أكثر مرونة، إذ قد تحتاج إلى تحديد موقع جسم ما أو حتى المهمة المطلوب تنفيذها عليه. على سبيل المثال، للحصول على توجيه أكثر دقة، غالبًا ما تتضمن الروبوتات أنظمة فرعية للرؤية الآلية كمستشعرات بصرية، متصلة بأجهزة كمبيوتر أو وحدات تحكم قوية. ويتزايد أهمية الذكاء الاصطناعي، أو أي شيء يُخلط بينه وبين الذكاء الاصطناعي، في الروبوتات الصناعية الحديثة.
كان جورج ديفول أول من اقترح مفهوم الروبوت الصناعي وتقدم بطلب للحصول على براءة اختراع في عام 1954. (مُنحت البراءة في عام 1961). في عام 1956، شارك ديفول وجوزيف إنجلبرجر في تأسيس شركة يونيمايشن، استنادًا إلى براءة اختراع ديفول الأصلية. في عام 1959، وُلد أول روبوت صناعي ليونيمايشن في الولايات المتحدة، مما أدى إلى بداية حقبة جديدة في تطوير الروبوتات. رخصت يونيمايشن لاحقًا تقنيتها لشركة كاواساكي للصناعات الثقيلة وشركة جي كي إن لإنتاج روبوتات يونيمايتس الصناعية في اليابان والمملكة المتحدة، على التوالي. لفترة من الوقت، كان المنافس الوحيد ليونيمايشن هو شركة سينسيناتي ميلاكرون في أوهايو، الولايات المتحدة الأمريكية. ومع ذلك، في أواخر سبعينيات القرن الماضي، تغير هذا الوضع جذريًا بعد أن بدأت العديد من التكتلات اليابانية الكبيرة في إنتاج روبوتات صناعية مماثلة. انطلقت الروبوتات الصناعية بسرعة كبيرة في أوروبا، وطرحتها شركتا ABB Robotics وKUKA Robotics في السوق عام ١٩٧٣. في أواخر سبعينيات القرن الماضي، تزايد الاهتمام بالروبوتات، ودخلت العديد من الشركات الأمريكية هذا المجال، بما في ذلك شركات كبرى مثل جنرال إلكتريك وجنرال موتورز (التي أسست FANUC مشروعها المشترك مع شركة FANUC Robotics اليابانية). وشملت الشركات الأمريكية الناشئة Automatix وAdept Technology. خلال فترة ازدهار الروبوتات عام ١٩٨٤، استحوذت شركة Westinghouse Electric على شركة Unimation مقابل ١٠٧ ملايين دولار. باعت Westinghouse شركة Unimation إلى شركة Stäubli Faverges SCA في فرنسا عام ١٩٨٨، التي لا تزال تُصنّع الروبوتات المفصلية للتطبيقات الصناعية العامة وتطبيقات غرف العمليات النظيفة، حتى أنها استحوذت على قسم الروبوتات في شركة Bosch أواخر عام ٢٠٠٤.

تعريف المعلمات تعديل عدد المحاور - يلزم وجود محورين للوصول إلى أي مكان في المستوى؛ يلزم وجود ثلاثة محاور للوصول إلى أي مكان في الفضاء. للتحكم الكامل في توجيه الذراع الطرفية (أي المعصم)، يلزم وجود ثلاثة محاور أخرى (التحريك والميل والدوران). بعض التصميمات (مثل روبوتات SCARA) تضحي بالحركة من أجل التكلفة والسرعة والدقة. درجات الحرية - عادةً ما تكون هي نفسها عدد المحاور. غلاف العمل - المساحة في الفضاء التي يمكن للروبوت الوصول إليها. الحركية - التكوين الفعلي لعناصر ومفاصل جسم الروبوت الصلبة، والذي يحدد جميع حركات الروبوت الممكنة. تشمل أنواع حركيات الروبوت المفصلية والكاردانية والمتوازية وSCARA. السعة أو سعة التحميل - مقدار الوزن الذي يمكن للروبوت رفعه. السرعة - مدى سرعة الروبوت في وضع ذراعه الطرفية في موضعه. يمكن تعريف هذه المعلمة على أنها السرعة الزاوية أو الخطية لكل محور، أو كسرعة مركبة، أي من حيث سرعة الذراع الطرفية. التسارع - مدى سرعة تسارع المحور. هذا عامل مقيد، حيث قد لا يتمكن الروبوت من الوصول إلى أقصى سرعته عند القيام بحركات قصيرة أو مسارات معقدة مع تغييرات متكررة في الاتجاه. الدقة - مدى قرب الروبوت من الموضع المطلوب. تُقاس الدقة على أنها مدى بُعد الموضع المطلق للروبوت عن الموضع المطلوب. يمكن تحسين الدقة باستخدام أجهزة استشعار خارجية مثل أنظمة الرؤية أو الأشعة تحت الحمراء. إمكانية التكرار - مدى جودة عودة الروبوت إلى الموضع المبرمج. هذا يختلف عن الدقة. قد يُطلب منه الذهاب إلى موضع XYZ معين ويذهب فقط إلى مسافة 1 مم من هذا الموضع. هذه مشكلة دقة ويمكن تصحيحها بالمعايرة. ولكن إذا تم تعليم هذا الموضع وتخزينه في ذاكرة وحدة التحكم، وعاد إلى مسافة 0.1 مم من الموضع الذي تم تعليمه في كل مرة، فإن تكراره يكون في حدود 0.1 مم. الدقة وإمكانية التكرار مقياسان مختلفان تمامًا. عادةً ما تكون القدرة على التكرار هي أهم مواصفات الروبوت وتشبه "الدقة" في القياس - فيما يتعلق بالدقة والإحكام. تحدد المواصفة ISO 9283 [8] طرقًا لقياس الدقة والقدرة على التكرار. عادةً ما يتم إرسال الروبوت إلى وضع مُدرَّب عدة مرات، وفي كل مرة يذهب إلى أربعة أوضاع أخرى ويعود إلى الوضع المُدرَّب، ويتم قياس الخطأ. ثم يتم تحديد القدرة على التكرار على أنها الانحراف المعياري لهذه العينات في ثلاثة أبعاد. قد يكون لدى الروبوت النموذجي بالطبع أخطاء في الموضع تتجاوز القدرة على التكرار، وقد تكون هذه مشكلة برمجة. علاوة على ذلك، ستختلف القدرة على التكرار في الأجزاء المختلفة من مظروف العمل، وستختلف القدرة على التكرار أيضًا باختلاف السرعة والحمولة. تحدد المواصفة ISO 9283 أنه يجب قياس الدقة والقدرة على التكرار عند أقصى سرعة وعند أقصى حمولة. ومع ذلك، ينتج عن هذا بيانات متشائمة، حيث ستكون دقة الروبوت والقدرة على التكرار أفضل بكثير في الأحمال والسرعات الأخف. يتأثر التكرار في العمليات الصناعية أيضًا بدقة المُنهي (مثل الممسك) وحتى بتصميم "الأصابع" الموجودة على الممسك والتي تُستخدم للإمساك بالجسم. على سبيل المثال، إذا التقط الروبوت برغيًا من رأسه، فقد يكون المسمار بزاوية عشوائية. من المرجح أن تفشل المحاولات اللاحقة لوضع المسمار في فتحة المسمار. يمكن تحسين مثل هذه المواقف من خلال "ميزات الإدخال"، مثل جعل مدخل الفتحة مدببًا (مشطوفًا). التحكم في الحركة - بالنسبة لبعض التطبيقات، مثل عمليات التجميع البسيطة للالتقاط والوضع، يحتاج الروبوت فقط إلى التحرك ذهابًا وإيابًا بين عدد محدود من المواضع التي تم تدريسها مسبقًا. بالنسبة للتطبيقات الأكثر تعقيدًا، مثل اللحام والطلاء (رش الطلاء)، يجب التحكم في الحركة باستمرار على طول مسار في الفضاء باتجاه وسرعة محددين. مصدر الطاقة - تستخدم بعض الروبوتات محركات كهربائية، بينما يستخدم البعض الآخر محركات هيدروليكية. الأول أسرع، والثاني أقوى ومفيد لتطبيقات مثل الطلاء حيث يمكن أن تسبب الشرر انفجارات؛ ومع ذلك، فإن الهواء منخفض الضغط داخل الذراع يمنع دخول الأبخرة القابلة للاشتعال والملوثات الأخرى. القيادة - تربط بعض الروبوتات المحركات بالمفاصل من خلال التروس؛ والبعض الآخر لديه محركات متصلة مباشرة بالمفاصل (قيادة مباشرة). يؤدي استخدام التروس إلى "رد فعل عنيف" يمكن قياسه، وهو الحركة الحرة للمحور. غالبًا ما تستخدم أذرع الروبوت الأصغر محركات تيار مستمر عالية السرعة ومنخفضة عزم الدوران، والتي تتطلب عادةً نسب تروس أعلى، والتي لها عيب رد الفعل عنيف، وفي مثل هذه الحالات غالبًا ما يتم استخدام مخفضات التروس التوافقية بدلاً من ذلك. الامتثال - هذا مقياس لمقدار الزاوية أو المسافة التي يمكن أن تتحرك بها القوة المطبقة على محور الروبوت. بسبب الامتثال، سيتحرك الروبوت إلى مستوى أقل قليلاً عند حمل أقصى حمولة مقارنةً بعدم حمل أي حمولة. يؤثر الامتثال أيضًا على مقدار التجاوز في المواقف التي يلزم فيها تقليل التسارع مع وجود حمولة عالية.