عندما تفكر في الروبوت الصناعي، ما الذي يتبادر إلى ذهنك؟

تحظى الروبوتات المفصلية، مثل هذه، بشهرة واسعة بفضل إعلانات شركات السيارات وعروض رقص الروبوتات. كما تحظى روبوتات SCARA (ذراع الروبوت المفصلي ذو المرونة الانتقائية) بشهرة كبيرة أيضاً نظراً لانتشارها الواسع في المصانع منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي. يجمع كلا النوعين - الروبوتات المفصلية وروبوتات SCARA - بين الحركة الخطية والدورانية، مما يمنحها قدرة فائقة على المناورة لأداء المهام المعقدة. تُشبه الروبوتات المفصلية ذراع الإنسان، إذ تمتلك ستة محاور للحركة: ثلاثة محاور انتقالية (خطية) وثلاثة محاور دورانية (مثل الكتف والمرفق والمعصم). أما روبوتات SCARA فلها أربعة محاور للحركة: X وY وZ وθ (تشبه إلى حد ما ذراع الإنسان في حالة تثبيت الكتف).

على الرغم من أنها أقل شيوعًا في الثقافة الشعبية، إلا أنها منتشرة على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية، بدءًا من التعبئة والتغليف وصولًا إلى تصنيع أشباه الموصلات. تعمل هذه الروبوتات، كما يوحي اسمها، على المحاور الكارتيزية الثلاثة - X وY وZ - مع إمكانية إضافة محور ثيتا لأدوات نهاية الذراع. ورغم أنها أقل جاذبية من الروبوتات المفصلية وروبوتات SCARA، إلا أن الروبوتات الكارتيزية أكثر تنوعًا، إذ تتمتع بقدرات تحميل أعلى بالنسبة لحجمها، وفي كثير من الحالات، بدقة أفضل. كما أنها قابلة للتكيف بدرجة عالية، حيث يمكن ترقية محاورها أو تغييرها مع إعادة تكوين بسيطة نسبيًا لتناسب متطلبات المنتج أو التطبيق المتغيرة.

مع ذلك، تُقيّد الروبوتات الكارتيزية بتصميمها الكابولي المتأصل، مما يحدّ من قدرتها على تحمل الأحمال. ويتجلى هذا الأمر بوضوح عندما يكون للمحور الخارجي (Y أو Z) شوط طويل، مما يُسبب عزم دوران كبير على المحاور الداعمة. في الحالات التي تتطلب أشواطًا طويلة وأحمالًا عالية، يُعدّ الروبوت الجسري الحل الأمثل.

من الإحداثيات الديكارتية إلى الجسور المتحركة:

الروبوت الجسري هو نوع مُعدّل من الروبوتات الكارتيزية، يستخدم محورين X (أو محورين أساسيين) بدلاً من المحور الأساسي الواحد الموجود في الروبوتات الكارتيزية. يُمكّن المحور X الإضافي (وأحيانًا المحورين Y وZ الإضافيين) الروبوت من التعامل مع أحمال وقوى أكبر، مما يجعله مثاليًا لعمليات التقاط ووضع الأحمال الثقيلة أو تحميل وتفريغ الأجزاء. يعتمد كل محور على مُشغّل خطي، سواء كان مُشغّلًا مُصنّعًا محليًا من قِبل الشركة المُصنّعة الأصلية أو المُكاملة، أو مُشغّلًا مُجمّعًا مُسبقًا من شركة متخصصة في الحركة الخطية. هذا يعني وجود خيارات لا حصر لها تقريبًا لتحقيق أي مزيج من السرعات العالية، والأشواط الطويلة، والأحمال الثقيلة، ودقة تحديد المواقع العالية. يُمكن بسهولة دمج المتطلبات الخاصة بالبيئات القاسية أو الضوضاء المنخفضة، وإذا كان التطبيق يتطلب عمليات متزامنة ولكن مستقلة، يُمكن بناء المحاور الأفقية باستخدام محركات خطية متعددة العربات.

تُركّب الروبوتات الجسرية عادةً فوق منطقة العمل (ومن هنا جاء المصطلح الشائع "الجسر العلوي")، ولكن إذا لم يكن الجزء مناسبًا للتعامل معه من الأعلى، كما هو الحال مع الخلايا والوحدات الشمسية، فيمكن تهيئة الجسر للعمل من أسفل الجزء. وعلى الرغم من أن الروبوتات الجسرية تُعتبر عادةً أنظمة ضخمة، إلا أنها مناسبة أيضًا للأجهزة الأصغر حجمًا، حتى تلك التي تُوضع على سطح المكتب. ولأن الروبوت الجسري يحتوي على محورين X، أو محورين أساسيين، فإن عزم الحمل الناتج عن المحورين Y وZ، بالإضافة إلى حمولة العمل، يُحسب كقوى على المحور X. وهذا يزيد بشكل كبير من صلابة النظام، وفي معظم الحالات يسمح للمحورين بأطوال شوط أطول وسرعات أعلى من الروبوتات الكارتيزية المماثلة.

عند وجود محورين متوازيين، يُشغَّل عادةً أحدهما فقط بواسطة المحرك لتجنب أي تداخل قد ينتج عن عدم تزامن الحركة بينهما. وبدلاً من تشغيل كلا المحورين، يُستخدم عمود توصيل أو أنبوب عزم لنقل طاقة المحرك إلى المحور الثاني. وفي بعض الحالات، قد يكون المحور الثاني "محورًا وسيطًا" أو تابعًا، يتكون من دليل خطي لدعم الحمل، دون آلية تشغيل. ويعتمد قرار تشغيل المحور الثاني وكيفية تشغيله على المسافة بين المحورين، ومعدل التسارع، وصلابة الوصلة بينهما. كما أن تشغيل محور واحد فقط من بين محورين يقلل من تكلفة النظام وتعقيده.

يُعدّ تحديد حجم الروبوتات الكارتيزية أو الجسرية أكثر تعقيدًا من تحديد حجم روبوتات SCARA أو الروبوتات المفصلية (التي تُحدد عادةً بثلاثة معايير: المدى، والسرعة، والدقة)، إلا أن الشركات المصنعة سهّلت هذه العملية خلال السنوات القليلة الماضية من خلال طرح أنظمة مُعدة مسبقًا وأدوات عبر الإنترنت، مثل أداة التكوين EasySelect من Rexroth أو أداة بناء الوحدات الخطية ثلاثية الأبعاد من Adept. تُمكّن هذه الأدوات المستخدم من تحديد اتجاه وحجم المحاور، بالإضافة إلى معايير أساسية للشوط والحمل والسرعة. تُعدّ ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) القابلة للتنزيل من الميزات القياسية التي توفرها شركات تصنيع الروبوتات الكارتيزية والبوابية، مما يُسهّل دمجها في التصميم أو تخطيط سير العمل، تمامًا مثل روبوتات SCARA والروبوتات المفصلية. ورغم سهولة التعرّف على الروبوتات المفصلية وروبوتات SCARA، وانتشار استخدام الروبوتات الكارتيزية، إلا أن تصميم البوابات يتغلب على قيودها المتأصلة في الحمولة والسرعة والمدى والتكرارية، مع مستوى لا يُضاهى من التخصيص والمرونة. باختصار، تُقدّم الروبوتات البوابية أفضل مزيج من الحمولة والمدى.