يمكن لعمليات التصنيع والتعبئة والتغليف التي تعتمد على المناولة اليدوية للمواد أو الأجزاء أن تستفيد بشكل فوري من الأتمتة باستخدام روبوتات كارتيزية طويلة المدى مزودة بأدوات طرفية مخصصة وقدرات استشعار متقدمة. تستطيع هذه الروبوتات دعم مجموعة متنوعة من الآلات لأداء مهام يدوية في السابق، مثل تشغيل الآلات أو نقل الأجزاء أثناء عملية التصنيع.

تتكون الروبوتات الكارتيزية من مرحلتين أو أكثر من مراحل تحديد المواقع الخطية المتناسقة... لذا قد لا تكون أول ما يتبادر إلى ذهن مهندس التصميم حديث العهد بالأتمتة. يربط الكثيرون الروبوتات بالروبوتات ذات الأذرع المفصلية سداسية المحاور التي تستخدمها الصناعة بشكل متزايد في المصانع. حتى مهندسو الأتمتة ذوو الخبرة قد لا يولون الروبوتات الكارتيزية الاهتمام الكافي... ويركزون اهتمامهم على النماذج سداسية المحاور. مع ذلك، فإن تجاهل مزايا نظام كارتيزي طويل المدى قد يكون خطأً مكلفًا، خاصة في التطبيقات التي تتطلب من الروبوت ما يلي:

1. تشغيل عدة آلات

2. الوصول إلى أطوال طويلة

3. تنفيذ عمليات بسيطة ومتكررة.

مشكلة الروبوتات سداسية المحاور

لأسباب وجيهة، تنتشر الروبوتات ذات الأذرع المفصلية على نطاق واسع في العديد من مرافق التصنيع والتعبئة الآلية، لا سيما في تجميع الإلكترونيات والصناعات الطبية. فعند اختيار الحجم المناسب، تستطيع هذه الأذرع الروبوتية التعامل مع حمولات كبيرة، مع مرونة عالية لأداء مهام آلية متنوعة يتم التحكم بها برمجياً (بالإضافة إلى إمكانية تغيير أدوات نهاية الذراع). إلا أن الروبوتات سداسية المحاور قد تكون مكلفة وتتطلب كثافة عالية من الروبوتات، ما يعني أن المنشأة ستحتاج على الأرجح إلى روبوت منفصل لكل آلة أو اثنتين من آلات التعبئة. بالطبع، توجد روبوتات سداسية المحاور أكبر حجماً وأكثر تكلفة، ذات مدى يصل إلى أكثر من آلتين، ولكن حتى هذه الحلول ليست مثالية، لأنها تجبر مهندسي المصنع على وضع الآلات حول روبوت واحد ضخم. كما تتطلب الروبوتات ذات الأذرع المفصلية حواجز أمان، وتستهلك مساحة أرضية قيّمة، وتحتاج إلى برمجة وصيانة من قبل موظفين ذوي خبرة.

حالة الأنظمة الخطية الديكارتية ذات المسافة الطويلة

تتفوق الروبوتات الكارتيزية على الروبوتات سداسية المحاور بشكل كبير لأنها تقلل من كثافة الروبوتات المطلوبة. ففي النهاية، يمكن لروبوت نقل كارتيزي واحد ذي مدى حركة طويل أن يخدم عدة آلات دون الحاجة إلى إعادة ترتيب الآلات حوله.

لا تشغل روبوتات النقل المثبتة فوق الآلات مساحة أرضية تُذكر، مما يقلل بدوره من متطلبات السلامة. إضافةً إلى ذلك، لا تتطلب الروبوتات الكارتيزية سوى القليل من البرمجة والصيانة بعد الإعداد الأولي.

من بين الملاحظات المهمة أن قدرات أنظمة الروبوتات الكارتيزية تتفاوت بشكل كبير. في الواقع، إذا بحث المهندسون عن الروبوتات الكارتيزية عبر الإنترنت، سيجدون العديد من الأنظمة الصغيرة المُحسّنة لعمليات الالتقاط والوضع على آلات الإنتاج أو التجميع. هذه الأنظمة عبارة عن مراحل خطية مُدمجة في حلول كارتيزية جاهزة، وهي تختلف تمامًا عن روبوتات النقل المستخدمة في العمليات الأكبر حجمًا والتي تتطلب استيفاء المعايير التالية.

رحلات طويلة:يجب أن يكون لأي روبوت يتم شراؤه لرعاية العديد من الآلات الكبيرة مدى يصل إلى 50 قدمًا أو أكثر.

أدوات متعددة للعربات وأدوات مخصصة لنهاية الذراع:تُحقق روبوتات النقل الطويلة أقصى كفاءة لها عند تزويدها بعربات متعددة تعمل بشكل مستقل لتتحرك على المحور الرئيسي، مما يُمكّن الروبوت الكارتيزي الواحد من إنجاز عمل العديد من الروبوتات. ويُعزز هذه الإنتاجية استخدام أدوات مصممة خصيصًا للتعامل مع البضائع بكفاءة أعلى من الأدوات الجاهزة مثل أدوات الشفط أو مقابض الأصابع. وفي كثير من الحالات، تُسهم الأدوات المصممة خصيصًا في تبسيط تصميم أنظمة مناولة المواد التي تعمل بالتزامن مع الروبوت الكارتيزي.

بنية تحكم مبسطة:تتجنب بعض الروبوتات الكارتيزية الحديثة بنى التحكم التقليدية القائمة على المحركات والمحركات ووحدات التحكم المنفصلة، ​​وتعتمد بدلاً منها على محركات مؤازرة متكاملة (مع محركات مؤازرة) للاستغناء عن الحاجة إلى خزانة تحكم. قد تتطلب تطبيقات الروبوتات الكارتيزية الأكثر تعقيدًا بنية تقليدية، ولكن المحركات المؤازرة المتكاملة تعالج بكفاءة متطلبات التحكم في الحركة من نقطة إلى أخرى لمعظم الروبوتات الكارتيزية. عندما يتمكن مهندس التصميم من استخدام المحركات المؤازرة المتكاملة، فإن ذلك يُسهم في تعظيم ميزة التكلفة لأتمتة الأنظمة الكارتيزية.

الاستخدام الانتقائي:بما أن الروبوتات الكارتيزية تُركّب فوق أو خلف الآلات التي تُشغّلها، فإنها تُتيح للمستخدمين تشغيل الآلات يدويًا عند الحاجة، على سبيل المثال، لتشغيل كمية صغيرة من منتج ذي حجم مُحدد. يصعب تحقيق هذا الاستخدام الانتقائي مع الروبوتات السداسية المحاور المُثبّتة على الأرض، والتي قد تُعيق الوصول إلى الآلات.

مثال محدد للروبوت الكارتيزي

تُتيح بعض الروبوتات الكارتيزية إمكانية تحريكها لمسافات تتجاوز 15 مترًا (50 قدمًا) حتى مع سرعات تصل إلى 4 أمتار في الثانية (4 أمتار في الثانية). قد تتضمن العربات القياسية تقنية نقل الحركة بحزام مزدوج؛ بينما تحتوي عربات أخرى على حزام نقل علوي يلتف باستمرار داخلها. يمنع هذا الأخير ترهل الحزام في الترتيبات المقلوبة أو الكابولية، ويسمح بتشغيل عدة عربات مستقلة في وقت واحد على محور واحد.

تُعقّد الأحزمة الطويلة تصميم الروبوتات الكارتيزية، إذ تُضعف صلابة نظام نقل الحركة (مما يُؤدي بدوره إلى تراجع الأداء). ويعود ذلك إلى صعوبة الحفاظ على قيمة شدّ مُحددة في الأحزمة الطويلة، فضلاً عن أن شدّ الحزام غير متماثل ومتغير. هذه المشكلة تجعل الأحزمة الطويلة المُعاد تدويرها خيارًا غير فعّال، وحساسًا، ومكلفًا لتحديد المواقع بدقة.

في المقابل، تحافظ المراحل الخطية ذات المحركات المتحركة على أطوال السيور قصيرة وضيقة ومثبتة داخل العربة، مما يسمح لها بالاستجابة للتحكمات المستندة إلى المشفر. وتُحافظ على الدقة بغض النظر عن طول نظام النقل الكارتيزي، سواء كان 4 أمتار أو 40 مترًا.

مثال تطبيقي في صناعة التغليف

تعمل وحدات نقل الروبوتات الكارتيزية ذات الحركة الطويلة في تطبيقات التغذية والتعبئة في الكراتين وتشكيل الصواني، ويمكنها التعامل مع عمليات وضع المنتجات على المنصات وإزالتها منها.

لنأخذ مثالاً على ذلك تغليف المنتجات الزراعية. في تطبيق حديث لشركة تغليف زراعية في وادي كاليفورنيا الأوسط، قامت إحدى الشركات المصنعة بتوريد روبوتات نقل طويلة المدى لتندمج بسلاسة مع نظام تشكيل الصواني IPAK الحالي. يتولى كل روبوت خدمة ما يصل إلى أربع آلات في وقت واحد، حيث يقوم بتعبئتها بألواح من الورق المقوى المموج. تعتمد هذه الروبوتات ثلاثية المحاور على محركات سيرفو خطية قوية تعمل بالسيور، مما يتيح لها أطوال حركة غير محدودة، وعربات متحركة بشكل مستقل، وإمكانية تركيب المنصة بأي اتجاه. يمتد أطول محور في أحد هذه الروبوتات فوق مجموعة آلات تشكيل الصواني بمدى حركة يتجاوز 15 مترًا.

لتوصيل ألواح الكرتون المموج إلى آلات تشكيل الصواني الأربع، يقوم روبوت أولاً بسحب حمولة من الكرتون من رصيف مصمم خصيصاً يحمل منصات نقالة من ألواح الكرتون المموج. ثم يقوم الروبوت بتوصيل حمولة من الكرتون إلى كل آلة تشكيل صواني. وبفضل سرعته (تصل إلى 4 أمتار/ثانية)، يستطيع الروبوت تشغيل آلات تشكيل الصواني الأربع بسهولة، حتى مع إنتاج يصل إلى 35 صينية في الدقيقة.

تستخدم حواجز الأمان بوابات منزلقة علوية وأجهزة استشعار ترتفع من الآلات التي يتم تشغيلها لتسييج الروبوت حسب الحاجة، وهو حل أقل تكلفة من حل الروبوتات ذات المحاور الستة المثبتة على الأرض.

يشتمل هذا النظام أيضًا على جميع أدوات التحكم ووحدات نهاية الذراع المصممة خصيصًا للعمل مع أكوام من صفائح الكرتون المموجة ذات الارتفاع والوزن المتفاوتين بشكل غير متوقع. يمكن لهذه الأدوات التعامل مع حمولات تصل إلى 50 كجم بسلاسة. يُريح هذا الحل المشغلين الذين كانوا يضطرون سابقًا إلى رفع حزم الكرتون من المنصات والانحناء لوضعها في آلات التشكيل. وقد أتاح أتمتة هذه المهام للموظفين التركيز على أعمال أقل إرهاقًا. تُعد روبوتات النقل الكبيرة مثالًا واحدًا فقط على ما يمكن تحقيقه باستخدام أنظمة الروبوتات الكارتيزية في بيئات التعبئة والتغليف. كما طوّر بعض الموردين أنظمة رصّ وتفريغ المنصات بناءً على مناهج كارتيزية مماثلة. تستخدم جميع هذه الروبوتات ثلاث مراحل خطية مزودة بأجهزة استشعار وأدوات تحكم ووحدات نهاية الذراع لتحقيق أقصى قدر من الفعالية والكفاءة في أتمتة التعبئة والتغليف.