تُعدّ الهندسة الإحداثية الديكارتية طريقةً ممتازةً لرسم خريطة الفضاء ثلاثي الأبعاد في نظام عددي بسيط وسهل الفهم. في النظام الديكارتي للفضاء ثلاثي الأبعاد، توجد ثلاثة محاور إحداثية متعامدة (محاور متعامدة) تلتقي عند نقطة الأصل.

تُعرف المحاور الثلاثة عمومًا بالمحور السيني (x) والمحور الصادي (y) والمحور العيني (z). يُمثل أي نقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد بثلاثة أرقام (x, y, z). يُمثل x بُعد النقطة عن نقطة الأصل على طول المحور السيني، وy بُعدها عن نقطة الأصل على طول المحور الصادي، وz بُعدها عن نقطة الأصل على طول المحور العيني.

الروبوتات الكارتيزية (الجسرية)

تُسمى الروبوتات الميكاترونية التي تستخدم محاور خطية للحركة بالروبوتات الكارتيزية، أو الروبوتات الخطية، أو روبوتات الرافعات الجسرية. تشبه روبوتات الرافعات الجسرية الرافعات الجسرية في الشكل والوظيفة، إلا أن وظائفها لا تقتصر على الرفع والنقل، بل يمكن تخصيصها وفقًا للاحتياجات.

تتكون الروبوتات الكارتيزية من هيكل علوي يتحكم في الحركة الأفقية، وذراع روبوتية تُحركها عموديًا. ويمكن تصميمها للحركة على محاور xy أو xyz. تُثبّت الذراع الروبوتية على السقالة، ويمكن تحريكها أفقيًا. وتحتوي الذراع الروبوتية على أداة أو آلة ملحقة بنهايتها، وذلك حسب الوظيفة المُستخدمة فيها.

على الرغم من استخدام مصطلحي الروبوتات الكارتيزية والروبوتات الجسرية بشكل متبادل، إلا أن الروبوتات الجسرية تحتوي عمومًا على محورين x بينما تحتوي الروبوتات الكارتيزية على محور واحد فقط من كل من المحورين/الثلاثة (وفقًا للتكوين).

 

كيف تعمل؟

تتحرك الروبوتات الكارتيزية حركةً خطيةً فقط، عادةً بواسطة محركات مؤازرة. وتتنوع أشكال المحركات الخطية المستخدمة تبعًا للتطبيق المحدد. ويمكن أن يكون نظام الحركة مُدارًا بواسطة سير، أو كابل، أو برغي، أو هوائي، أو تروس، أو محرك خطي. يوفر بعض المصنّعين روبوتات كارتيزية جاهزة تمامًا للاستخدام دون أي تعديلات. بينما يقدم مصنّعون آخرون مكونات مختلفة كوحدات نمطية، مما يسمح للمستخدم بتجميع هذه الوحدات وفقًا لحالة استخدامه الخاصة.

يمكن تزويد الأذرع الروبوتية بتقنيات رؤية، أو يمكن تشغيلها دون رؤية. ويمكن ربطها بمستشعرات ضوئية أو كاميرات لتحديد الأجسام قبل تنفيذ أي حركة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الروبوتات الكارتيزية في المختبرات لالتقاط العينات ونقلها. ويمكن استخدام الرؤية بمساعدة الحاسوب للتعرف على أنابيب الاختبار، والماصات، والشرائح، حيث يمكن للذراع التقاط الجسم بناءً على بيانات الموقع الواردة من الكاميرا.

تتميز الروبوتات الكارتيزية عن غيرها من الأنظمة الروبوتية، مثل الروبوتات سداسية المحاور، بسهولة برمجتها. إذ يكفي مُتحكم حركة واحد لإدارة منطق الحركة. وتقتصر حركة هذه الروبوتات على الحركة الخطية، مما يُسهّل التحكم بها. فلا حاجة إلى مجموعة معقدة من وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) والرقائق الإلكترونية للتحكم في حركتها. وتُسهّل هذه الميزة نفسها برمجة حركة الروبوت.

 

الخصائص والمزايا

تتمتع الروبوتات الكارتيزية بقدرة حمل حمولة أعلى مقارنةً بنظيراتها من الروبوتات سداسية المحاور. هذا، بالإضافة إلى انخفاض تكلفة الروبوتات الخطية وسهولة برمجتها، يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. أما روبوتات البوابات، وهي في الأساس روبوتات كارتيزية مزودة بهياكل داعمة، فتستطيع حمل حمولات أكبر. ويمكن توسيع نطاق حركة الروبوتات الخطية بإضافة وحدات متوافقة إلى الآلية الحالية. هذه المرونة في الروبوتات الكارتيزية تجعلها أكثر تنوعًا وتتمتع بعمر أطول في البيئات الصناعية.

تتميز الروبوتات الكارتيزية بدقة عالية مقارنةً بنظيراتها الدورانية، وذلك لأنها تقتصر على الحركة الخطية فقط ولا تحتاج إلى الحركة الدورانية. تصل دقة الروبوتات الكارتيزية إلى نطاق الميكرومترات (ميكرومتر)، بينما تصل دقة الروبوتات سداسية المحاور عمومًا إلى نطاق المليمترات (ملم).

 

تطبيقات الروبوتات الكارتيزية

بفضل تنوع استخداماتها، وانخفاض تكلفتها، وسهولة برمجتها، تُعدّ الروبوتات الكارتيزية خيارًا مناسبًا للعديد من التطبيقات في البيئات الصناعية. دعونا نلقي نظرة على بعضها.

• التقط وضع:تم تجهيز الذراع الروبوتية بجهاز رؤية متطور لتحديد المكونات المختلفة على سير ناقل أو حامل دوار. تستطيع الذراع التقاط هذه المكونات وفرزها في صناديق مختلفة. ويمكن لذراع روبوتية واحدة القيام بعمليتي الالتقاط والفرز.
• نقل البيانات بين العمليات:في خط الإنتاج، قد تتطلب بعض الحالات نقل البضائع من موقع لآخر. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام روبوتات خطية ثنائية المحرك، والتي يمكن استخدامها مع أنظمة الرؤية أو أنظمة مزامنة الوقت، وذلك حسب متطلبات العملية.
• نظام التجميع:عندما يتعين تكرار نفس الخطوات مرارًا وتكرارًا لتجميع أجزاء المنتج، يمكن استخدام الروبوتات الخطية لأتمتة المهام.
• تطبيق المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب:تتضمن العديد من عمليات الإنتاج استخدام مواد لاصقة أو مانعة للتسرب بين الأجزاء. ويُستخدم هذا في صناعة السيارات الكبيرة وصولاً إلى إنتاج الأجهزة الإلكترونية الصغيرة. يجب وضع المواد اللاصقة والمانعة للتسرب بكميات دقيقة للغاية وفي الموقع الصحيح. يمكن ربط الذراع الروبوتية للروبوت الخطي بموزع سوائل عالي الدقة، مما يتيح وضع المواد اللاصقة والمانعة للتسرب بدقة عالية.
• التعبئة والتفريغ على المنصات:تستخدم عمليات التعبئة منصات نقالة لنقل البضائع بسهولة. ويمكن استخدام الروبوتات الكارتيزية لأتمتة كل من وضع المنتجات على المنصات النقالة وإخراجها منها.
• أدوات ماكينات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC):تُستخدم الآلات التي تعتمد على التحكم الرقمي بالحاسوب لإنتاج المنتجات وفقًا للتصاميم المُعدّة في برامج التصميم الهندسي. وتستخدم هذه الآلات على نطاق واسع الروبوتات الخطية المزودة بأدوات مختلفة مثبتة على أذرعها.
• لحام دقيق بالنقاط:تتطلب بعض عمليات التصنيع لحامًا متخصصًا. تستطيع الروبوتات الخطية المزودة بأذرع لحام تحقيق لحامات دقيقة في مواقع محددة على سطح العمل. ويُعدّ مستوى التفاوت العالي في نطاق الميكرومتر (ميكرومتر) مفيدًا في مثل هذه التطبيقات.

هناك العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى للروبوتات الخطية. وتشمل هذه التطبيقات توزيع المواد، وآلات التجميع والاختبار الأساسية، ووحدات الإدخال، وأجهزة التكديس، وأتمتة الختم، ومناولة المواد، والتخزين والاسترجاع، والقطع، والتحديد، والفرز.