الذراع الروبوتية هي أكثر أنواع الروبوتات شيوعًا في الصناعة الحديثة. يمكنها محاكاة حركات ووظائف معينة لليدين والذراعين البشريين، ويمكنها الإمساك بالأشياء وحملها وتشغيل أدوات محددة من خلال برامج ثابتة. وهي أكثر أجهزة الأتمتة استخدامًا في مجال الروبوتات. تختلف أشكالها، لكنها تشترك جميعًا في سمة واحدة، وهي قدرتها على قبول التعليمات وتحديد موقعها بدقة في أي نقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد (ثنائي الأبعاد) لإجراء العمليات. ومن خصائصها أنها قادرة على إكمال مختلف العمليات المتوقعة من خلال البرمجة، ويجمع هيكلها وأدائها بين مزايا كل من الإنسان والآلات الميكانيكية. ويمكنها استبدال العمل البشري الشاق لتحقيق ميكنة وأتمتة الإنتاج، ويمكنها العمل في بيئات ضارة لحماية السلامة الشخصية. ولذلك، تُستخدم على نطاق واسع في تصنيع الآلات والإلكترونيات والصناعات الخفيفة والطاقة الذرية.
1. تتكون الأذرع الروبوتية الشائعة بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: الجسم الرئيسي وآلية القيادة ونظام التحكم
(أ) البنية الميكانيكية
1. يُعدّ هيكل الذراع الروبوتية الدعامة الأساسية للجهاز بأكمله، وعادةً ما يكون مصنوعًا من مواد معدنية متينة وقوية. يجب ألا يقتصر دوره على تحمّل القوى وعزمات الدوران المختلفة التي يولدها الذراع الروبوتي أثناء العمل فحسب، بل يجب أن يوفر أيضًا موضع تثبيت ثابت للمكونات الأخرى. يجب أن يراعي تصميمه التوازن والاستقرار والقدرة على التكيف مع بيئة العمل. 2. الذراع: يُعدّ ذراع الروبوت الجزء الرئيسي لتحقيق مختلف الإجراءات. ويتكون من سلسلة من قضبان التوصيل والمفاصل. من خلال دوران المفاصل وحركة قضبان التوصيل، يمكن للذراع تحقيق حركة متعددة الدرجات من الحرية في الفضاء. عادةً ما يتم تشغيل المفاصل بواسطة محركات عالية الدقة أو مخفضات أو أجهزة دفع هيدروليكية لضمان دقة حركة الذراع وسرعتها. في الوقت نفسه، يجب أن تتمتع مادة الذراع بخصائص القوة العالية وخفة الوزن لتلبية احتياجات الحركة السريعة وحمل الأشياء الثقيلة. ٣. المؤثر النهائي: هو جزء من ذراع الروبوت يلامس جسم العمل مباشرةً، ووظيفته مشابهة لوظيفة اليد البشرية. هناك أنواع عديدة من المؤثر النهائي، ومن أشهرها المقابض، وأكواب الشفط، وبنادق الرش، وغيرها. يمكن تخصيص المقبض حسب شكل وحجم الجسم، ويُستخدم للإمساك بأجسام مختلفة الأشكال؛ بينما يستخدم كوب الشفط مبدأ الضغط السلبي لامتصاص الجسم، وهو مناسب للأجسام ذات الأسطح المستوية؛ ويمكن استخدام مسدس الرش في الرش واللحام وغيرها من العمليات.
(II) نظام القيادة
١. محرك الدفع: يُعد المحرك من أكثر طرق الدفع شيوعًا في ذراع الروبوت. يمكن استخدام محركات التيار المستمر، ومحركات التيار المتردد، ومحركات السائر لتحريك مفصل ذراع الروبوت. يتميز محرك الدفع بدقة تحكم عالية، وسرعة استجابة عالية، ونطاق واسع لتنظيم السرعة. من خلال التحكم في سرعة واتجاه المحرك، يمكن التحكم بدقة في مسار حركة ذراع الروبوت. في الوقت نفسه، يمكن استخدام المحرك مع مخفضات مختلفة لزيادة عزم الدوران الناتج لتلبية احتياجات ذراع الروبوت عند حمل الأشياء الثقيلة. ٢. الدفع الهيدروليكي: يُستخدم الدفع الهيدروليكي على نطاق واسع في بعض أذرع الروبوت التي تتطلب طاقة خرج عالية. يضغط النظام الهيدروليكي الزيت الهيدروليكي عبر مضخة هيدروليكية لتشغيل الأسطوانة الهيدروليكية أو المحرك الهيدروليكي، مما يسمح بحركة ذراع الروبوت. يتميز الدفع الهيدروليكي بقوة عالية، وسرعة استجابة عالية، وموثوقية عالية. وهو مناسب لبعض أذرع الروبوت الثقيلة والمناسبات التي تتطلب عملًا سريعًا. ومع ذلك، فإن للنظام الهيدروليكي أيضًا عيوبًا مثل التسرب، وتكاليف الصيانة العالية، والمتطلبات العالية لبيئة العمل. ٣. نظام الدفع الهوائي: يستخدم نظام الدفع الهوائي الهواء المضغوط كمصدر طاقة لتشغيل الأسطوانات والمشغلات الأخرى. يتميز هذا النظام ببنيته البسيطة، وانخفاض تكلفته، وسرعته العالية. وهو مناسب للحالات التي لا تتطلب قوة ودقة. مع ذلك، فإن طاقة النظام الهوائي منخفضة نسبيًا، ودقة التحكم فيه منخفضة، ويتطلب تزويده بمصدر هواء مضغوط ومكونات هوائية أخرى.
(III) نظام التحكم
١. وحدة التحكم: تُعدّ وحدة التحكم بمثابة عقل ذراع الروبوت، وهي مسؤولة عن استقبال التعليمات المختلفة والتحكم في حركات نظام القيادة والهيكل الميكانيكي وفقًا لها. تستخدم وحدة التحكم عادةً معالجًا دقيقًا، أو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، أو شريحة مخصصة للتحكم في الحركة. يمكنها تحقيق تحكم دقيق في موضع ذراع الروبوت وسرعته وتسارعه ومعلماته الأخرى، كما يمكنها معالجة المعلومات المُعادة من مُستشعرات مُختلفة لتحقيق تحكم مُغلق. يُمكن برمجة وحدة التحكم بطرق مُتنوعة، بما في ذلك البرمجة الرسومية والبرمجة النصية، وغيرها، مما يُتيح للمستخدمين برمجة وتصحيح الأخطاء وفقًا للاحتياجات المُختلفة. ٢. المُستشعرات: يُعدّ المُستشعر جزءًا مهمًا من إدراك ذراع الروبوت للبيئة الخارجية وحالتها. يُمكن لمستشعر الموضع مُراقبة موضع كل مفصل من مُفاصل ذراع الروبوت آنيًا لضمان دقة حركة ذراع الروبوت؛ ويُمكن لمستشعر القوة اكتشاف قوة ذراع الروبوت عند إمساكه بالجسم لمنعه من الانزلاق أو التلف؛ ويُمكن للمستشعر البصري التعرّف على الجسم العامل وتحديد موقعه، مما يُحسّن مستوى ذكاء ذراع الروبوت. بالإضافة إلى ذلك، هناك أجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة استشعار الضغط وما إلى ذلك، والتي تستخدم لمراقبة حالة العمل والمعلمات البيئية لذراع الروبوت.
2. يتم تصنيف ذراع الروبوت بشكل عام وفقًا للشكل الهيكلي ووضع القيادة ومجال التطبيق
(أ) التصنيف حسب الشكل البنيوي
١. ذراع روبوت الإحداثيات الديكارتية: يتحرك هذا الذراع على طول المحاور الإحداثية الثلاثة لنظام الإحداثيات المستطيلة، وهي المحاور X وY وZ. يتميز ببنية بسيطة، وسهولة التحكم، ودقة عالية في تحديد المواقع، وغيرها، وهو مناسب لبعض مهام المناولة والتجميع والمعالجة البسيطة. مع ذلك، فإن مساحة عمل ذراع الروبوت الإحداثية المستطيلة صغيرة نسبيًا، ومرونتها ضعيفة.
٢. ذراع روبوت الإحداثيات الأسطوانية: يتكون ذراع روبوت الإحداثيات الأسطوانية من مفصل دوار ومفصلين خطيين، ومساحة حركته أسطوانية. يتميز بهيكل مدمج، ونطاق عمل واسع، ومرونة في الحركة، وغيرها، وهو مناسب لبعض المهام متوسطة التعقيد. مع ذلك، فإن دقة تحديد موقع ذراع روبوت الإحداثيات الأسطوانية منخفضة نسبيًا، وصعوبة التحكم فيها عالية نسبيًا.
٣. ذراع روبوت الإحداثيات الكروية: يتكون ذراع روبوت الإحداثيات الكروية من مفصلين دوارين ومفصل خطي واحد، ومساحة حركته كروية. يتميز بمرونة الحركة، ونطاق عمل واسع، والقدرة على التكيف مع بيئات العمل المعقدة. وهو مناسب لبعض المهام التي تتطلب دقة ومرونة عاليتين. ومع ذلك، يتميز ذراع روبوت الإحداثيات الكروية بتركيب معقد، وصعوبة التحكم فيه كبيرة، وتكلفته مرتفعة.
٤. ذراع روبوت مفصلية: تحاكي ذراع الروبوت المفصلية بنية الذراع البشرية، وتتكون من عدة مفاصل دوارة، ويمكنها أداء حركات متنوعة مشابهة للذراع البشرية. تتميز بمرونة الحركة، ونطاق عمل واسع، والقدرة على التكيف مع بيئات العمل المعقدة. وهي حاليًا أكثر أنواع الأذرع الروبوتية استخدامًا.
ومع ذلك، فإن التحكم في الأذرع الروبوتية المفصلية أمر صعب ويتطلب تكنولوجيا برمجة وتصحيح أخطاء عالية.
(II) التصنيف حسب وضع القيادة
1. الأذرع الروبوتية الكهربائية: تستخدم الأذرع الروبوتية الكهربائية محركات كأجهزة دفع، وتتميز بدقة تحكم عالية، وسرعة استجابة عالية، وانخفاض مستوى الضوضاء. وهي مناسبة لبعض المناسبات ذات المتطلبات العالية للدقة والسرعة، مثل التصنيع الإلكتروني، والمعدات الطبية، وغيرها من الصناعات. 2. الأذرع الروبوتية الهيدروليكية: تستخدم الأذرع الروبوتية الهيدروليكية أجهزة دفع هيدروليكية، تتميز بقوة عالية، وموثوقية عالية، وقابلية عالية للتكيف. وهي مناسبة لبعض الأذرع الروبوتية الثقيلة والمناسبات التي تتطلب خرج طاقة كبير، مثل البناء، والتعدين، وغيرها من الصناعات. 3. الأذرع الروبوتية الهوائية: تستخدم الأذرع الروبوتية الهوائية أجهزة دفع هوائية، تتميز ببنية بسيطة، وتكلفة منخفضة، وسرعة عالية. وهي مناسبة لبعض المناسبات التي لا تتطلب قوة عالية ودقة عالية، مثل التعبئة والتغليف، والطباعة، وغيرها من الصناعات.
(ثالثا) التصنيف حسب مجال التطبيق
١. الأذرع الروبوتية الصناعية: تُستخدم بشكل رئيسي في مجالات الإنتاج الصناعي، مثل تصنيع السيارات، وتصنيع المنتجات الإلكترونية، والمعالجة الميكانيكية. فهي قادرة على تحقيق الإنتاج الآلي، وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج. ٢. الأذرع الروبوتية الخدمية: تُستخدم بشكل رئيسي في الصناعات الخدمية، مثل الطب، وخدمات المطاعم، والخدمات المنزلية، وغيرها. ويمكنها تقديم خدمات متنوعة، مثل التمريض، وتوصيل الوجبات، والتنظيف، وغيرها. ٣. الأذرع الروبوتية الخاصة: تُستخدم بشكل رئيسي في بعض المجالات المتخصصة، مثل الفضاء، والجيش، واستكشاف أعماق البحار، وغيرها. وتتطلب أداءً ووظائف خاصة للتكيف مع بيئات العمل المعقدة ومتطلبات المهام.
إن التغييرات التي تُحدثها الأذرع الروبوتية في الإنتاج الصناعي لا تقتصر على أتمتة العمليات وكفاءتها فحسب، بل إن نموذج الإدارة الحديث المصاحب لها قد غيّر بشكل كبير أساليب الإنتاج وقدرتها التنافسية في السوق. ويُعدّ استخدام الأذرع الروبوتية فرصةً قيّمةً للشركات لتعديل هيكلها الصناعي والارتقاء به وتطويره.
وقت النشر: ٢٤ سبتمبر ٢٠٢٤
