مقدمة في معرفة الروبوتات الصناعية

الروبوت الصناعيs تُستخدم هذه الآلات على نطاق واسع في الصناعات التحويلية، مثل صناعة السيارات والأجهزة الكهربائية والأغذية وغيرها. فهي قادرة على استبدال العمليات الميكانيكية المتكررة، وتعتمد على طاقتها الذاتية وقدراتها على التحكم لإنجاز وظائف متنوعة. كما أنها لا تستجيب للأوامر البشرية، ويمكنها أيضًا العمل وفقًا لبرامج مبرمجة مسبقًا. والآن، سنتحدث عن المكونات الرئيسية الأساسية لهذه الآلات.الروبوت الصناعيs.

1. الموضوع

تتكون الآلية الرئيسية من قاعدة الآلة وآلية التشغيل، بما في ذلك الذراع الكبيرة والساعد والمعصم واليد، والتي تشكل نظامًا ميكانيكيًا متعدد درجات الحرية. كما تحتوي بعض الروبوتات على آليات للمشي.الروبوت الصناعيsتتمتع المفاصل بست درجات من الحرية أو أكثر. أما المعصم، فلديه عموماً من درجة إلى ثلاث درجات من حرية الحركة.

2. نظام القيادة

نظام القيادة لـالروبوت الصناعيsينقسم نظام الدفع إلى ثلاث فئات حسب مصدر الطاقة: هيدروليكي، وهوائي، وكهربائي. ويمكن دمج هذه الأنواع الثلاثة في نظام دفع مركب حسب المتطلبات. كما يمكن تشغيله بشكل غير مباشر عبر آليات نقل ميكانيكية مثل الأحزمة المتزامنة، وسلاسل التروس، والتروس. يتكون نظام الدفع من جهاز طاقة وآلية نقل، تُستخدمان لتنفيذ وظائف الآلية. ولكل نوع من هذه الأنواع الثلاثة خصائصه المميزة. ويُعد نظام الدفع الكهربائي هو الأكثر شيوعًا حاليًا. نظرًا لانخفاض قصورها الذاتي، تُستخدم محركات السيرفو ذات التيار المتردد والتيار المستمر ذات عزم الدوران العالي، بالإضافة إلى وحدات التحكم الخاصة بها (محولات تردد التيار المتردد، ومعدلات عرض النبضة للتيار المستمر)، على نطاق واسع. لا يتطلب هذا النوع من الأنظمة تحويل الطاقة، وهو سهل الاستخدام، ويتميز بتحكم دقيق. تتطلب معظم المحركات آلية نقل دقيقة: مُخفِّض السرعة. تستخدم أسنانه محول سرعة تروس لتقليل عدد دورات المحرك العكسية إلى العدد المطلوب، والحصول على عزم دوران أكبر، مما يقلل السرعة ويزيد عزم الدوران. عند زيادة الحمل، تزداد قدرة محرك السيرفو تلقائيًا، مما يجعله فعالًا من حيث التكلفة، ويمكن زيادة عزم الدوران الناتج من خلال مُخفِّض السرعة ضمن نطاق سرعة مناسب. تكون محركات السيرفو عرضة للحرارة والاهتزازات منخفضة التردد عند التشغيل بترددات منخفضة. لا يُساعد العمل طويل الأمد والمتكرر على ضمان التشغيل الدقيق والموثوق. يسمح وجود مُخفِّض السرعة الدقيق لمحرك السيرفو بالعمل بسرعة مناسبة، مما يُعزز صلابة هيكل الآلة ويُنتج عزم دوران أكبر. يوجد نوعان رئيسيان من أجهزة التخفيض اليوم: جهاز التخفيض التوافقي وجهاز التخفيض RV.

3. نظام التحكم

النظام التحكم في الروبوتيُعدّ نظام التحكم بمثابة عقل الروبوت والعامل الرئيسي الذي يُحدد وظائفه وأدائه. يُرسل هذا النظام إشارات الأوامر إلى نظام القيادة وآلية التنفيذ وفقًا لبرنامج الإدخال، ويتحكم بهما. وتتمثل المهمة الرئيسية لـالروبوت الصناعي تتمثل تقنية التحكم في التحكم في نطاق الأنشطة والوضعية والمسار ووقت العملالروبوت الصناعييتميز هذا النظام بسهولة استخدامه في بيئة العمل، حيث يتميز ببرمجة بسيطة، وتشغيل قوائم البرامج، وواجهة تفاعل سهلة الاستخدام بين الإنسان والكمبيوتر، وتوجيهات التشغيل عبر الإنترنت، وسهولة الاستخدام. يُعد نظام التحكم جوهر الروبوت، وتُجري الشركات الأجنبية المعنية تجاربها عن كثب. في السنوات الأخيرة، ومع تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، ارتفع أداء المعالجات الدقيقة بشكل ملحوظ، وانخفضت أسعارها بشكل كبير. والآن، ظهرت في السوق معالجات دقيقة 32 بت بأسعار تتراوح بين دولار أمريكي واحد ودولارين. وقد أتاحت هذه المعالجات منخفضة التكلفة فرصًا جديدة لتطوير أنظمة التحكم في الروبوتات، مما مكّن من تطوير أنظمة تحكم منخفضة التكلفة وعالية الأداء. ولضمان امتلاك النظام قدرات حوسبة وتخزين كافية، تتكون أنظمة التحكم في الروبوتات حاليًا في الغالب من رقائق قوية من سلسلة ARM، وسلسلة DSP، وسلسلة POWERPC، وسلسلة Intel، وغيرها.   نظراً لأن وظائف ومهام الرقاقات العامة الحالية لا تفي تماماً بمتطلبات بعض أنظمة الروبوت من حيث السعر والوظائف والتكامل والواجهات، فقد أدى ذلك إلى زيادة الطلب على تقنية النظام على رقاقة (SoC) في أنظمة الروبوت. يتم دمج المعالج مع الواجهات المطلوبة، مما يُبسط تصميم الدوائر الطرفية للنظام، ويُقلل حجم النظام، ويُخفض التكاليف. على سبيل المثال، تُدمج شركة Actel أنوية معالجات NEOS أو ARM7 في منتجاتها من مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA) لتشكيل نظام SoC متكامل. أما فيما يتعلق بوحدات التحكم في تقنية الروبوت، فيتركز البحث فيها بشكل أساسي في الولايات المتحدة واليابان، وهناك منتجات ناضجة، مثل منتجات شركة DELTATAU الأمريكية وشركة Pengli اليابانية، وغيرها. تعتمد وحدة التحكم في الحركة الخاصة بها على تقنية معالجة الإشارات الرقمية (DSP) وتعتمد بنية مفتوحة قائمة على الحاسوب الشخصي. 4. أداة النهاية أداة النهاية هي مكون متصل بالمفصل الأخير للذراع الآلية. تُستخدم عادةً لالتقاط الأشياء، والربط مع الآليات الأخرى، وأداء المهام المطلوبة. لا تُصمم شركات تصنيع الروبوتات أدوات النهاية أو تبيعها في الغالب؛ ففي معظم الحالات، تُوفر فقط ماسكًا بسيطًا. عادةً ما تُركّب أداة النهاية على شفة المحور السداسي للروبوت لإنجاز مهام في بيئة معينة، مثل اللحام، والطلاء، واللصق، وتحميل وتفريغ الأجزاء، وهي مهام تتطلب استخدام الروبوتات.

نظرة عامة على محركات السيرفو مُشغّل المؤازرة، المعروف أيضاً باسم "وحدة تحكم المؤازرة" أو "مُضخّم المؤازرة"، هو وحدة تحكم تُستخدم للتحكم في محركات المؤازرة. وظيفته مشابهة لوظيفة مُحوّل التردد في محركات التيار المتردد العادية، وهو جزء من نظام المؤازرة. عموماً، يتم التحكم في محرك المؤازرة بثلاث طرق: الموضع، والسرعة، وعزم الدوران، وذلك لتحقيق دقة عالية في تحديد موضع نظام النقل.

1. تصنيف محركات المؤازرة وهي تنقسم إلى فئتين: محركات سيرفو DC ومحركات سيرفو AC.

تنقسم محركات المؤازرة للتيار المتردد إلى نوعين رئيسيين: محركات مؤازرة غير متزامنة ومحركات مؤازرة متزامنة. في الوقت الحاضر، تحل أنظمة التيار المتردد تدريجيًا محل أنظمة التيار المستمر. تتميز محركات المؤازرة للتيار المتردد، مقارنةً بأنظمة التيار المستمر، بموثوقية عالية، وتبديد حراري جيد، وعزم قصور ذاتي منخفض، وقدرة على العمل تحت ضغط عالٍ. نظرًا لعدم احتوائها على فرش أو تروس توجيه، يُطلق على نظام المؤازرة للتيار المتردد اسم نظام مؤازرة بدون فرش، وتُستخدم فيه محركات غير متزامنة من نوع القفص ومحركات متزامنة ذات مغناطيس دائم بدون فرش. 1) تنقسم محركات التيار المستمر المؤازرة إلى محركات ذات فرش ومحركات بدون فرش.

①تتميز المحركات ذات الفرش بانخفاض تكلفتها، وبنيتها البسيطة، وعزم دوران بدء التشغيل الكبير، ونطاق السرعة الواسع، وسهولة التحكم، وتتطلب صيانة، ولكنها سهلة الصيانة (استبدال فرش الكربون)، وتنتج تداخلًا كهرومغناطيسيًا، ولها متطلبات خاصة ببيئة الاستخدام، وعادة ما تستخدم للتحكم في التكاليف في المواقف الصناعية والمدنية العامة الحساسة؛

٢تتميز المحركات عديمة الفرش بصغر حجمها وخفة وزنها، مع قدرة خرج عالية واستجابة سريعة. كما تتميز بسرعة عالية وقصور ذاتي منخفض، وعزم دوران ثابت، ودوران سلس. نظام التحكم فيها معقد وذكي، وطريقة التبديل الإلكتروني فيها مرنة، حيث يمكنها التبديل مع الموجة المربعة أو الجيبية. المحرك لا يحتاج إلى صيانة، وفعال للغاية. يتميز بتوفير الطاقة، وانخفاض الإشعاع الكهرومغناطيسي، وانخفاض ارتفاع درجة الحرارة، وعمر طويل، مما يجعله مناسبًا لمختلف البيئات.

2. خصائص أنواع مختلفة من محركات المؤازرة

1) مزايا وعيوب محرك سيرفو التيار المستمر المزايا: تحكم دقيق في السرعة، عزم دوران وخصائص سرعة عالية جداً، مبدأ تحكم بسيط، سهل الاستخدام، وسعر رخيص. العيوب: تبديل الفرش، حد السرعة، مقاومة إضافية، توليد جزيئات التآكل (غير مناسب للبيئات الخالية من الغبار والبيئات القابلة للانفجار).

2) مزايا وعيوب محرك السيرفو AC المزايا: خصائص تحكم جيدة في السرعة، تحكم سلس في نطاق السرعة بأكمله، شبه انعدام التذبذب، كفاءة عالية تزيد عن 90%، توليد حرارة أقل، تحكم عالي السرعة، تحكم عالي الدقة في الموضع (يعتمد على دقة جهاز التشفير)، منطقة التشغيل المقدرة، ضمنها يمكن تحقيق عزم دوران ثابت، قصور ذاتي منخفض، ضوضاء منخفضة، لا تآكل للفرشاة، ولا يحتاج إلى صيانة (مناسب للبيئات الخالية من الغبار والبيئات القابلة للانفجار). العيوب: التحكم أكثر تعقيدًا، ويجب تعديل معلمات السائق في الموقع، ويتم تحديد معلمات PID، ويتطلب الأمر المزيد من الاتصالات. تستخدم محركات المؤازرة الشائعة حاليًا معالجات الإشارات الرقمية (DSP) كمركز تحكم، مما يُمكّنها من تنفيذ خوارزميات تحكم معقدة نسبيًا وتحقيق الرقمنة والربط الشبكي والذكاء. تستخدم أجهزة الطاقة عمومًا دوائر قيادة مصممة بوحدات طاقة ذكية (IPM) كمركز تحكم. تدمج وحدة الطاقة الذكية دائرة القيادة، وتحتوي على دوائر كشف الأعطال والحماية منها، مثل الحماية من الجهد الزائد والتيار الزائد وارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الجهد. كما يُضاف برنامج إلى دائرة بدء التشغيل الرئيسية لتقليل تأثير عملية بدء التشغيل على المحرك. تقوم وحدة قيادة الطاقة أولًا بتقويم التيار الكهربائي ثلاثي الأطوار أو تيار الشبكة الرئيسي من خلال دائرة تقويم جسرية كاملة ثلاثية الأطوار للحصول على التيار المستمر المقابل. ثم يُحوّل التيار المُقوّم ثلاثي الأطوار أو تيار الشبكة الرئيسي إلى تردد بواسطة عاكس جهد جيبي ثلاثي الأطوار بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM) لتشغيل محرك مؤازر متزامن ثلاثي الأطوار يعمل بمغناطيس دائم. يمكن وصف العملية الكاملة لوحدة قيادة الطاقة ببساطة بأنها عملية تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم إلى تيار متردد. الدائرة الطوبولوجية الرئيسية لوحدة التقويم (AC-DC) هي دائرة تقويم غير متحكم بها ثلاثية الأطوار ذات جسر كامل.

رسم توضيحي مُفصّل لمُخفّض التوافقيات استغرقت شركة نابتيسكو اليابانية من 6 إلى 7 سنوات منذ اقتراحها تصميم مخفض السرعة RV في أوائل الثمانينيات وحتى تحقيقها إنجازًا كبيرًا في أبحاث مخفضات السرعة RV عام 1986؛ كما استغرقت شركتا نانتونغ تشنكانغ وهينغفنغتاي، اللتان كانتا أول من حقق نتائج في الصين، من 6 إلى 8 سنوات. هل يعني هذا أن شركاتنا المحلية لا تملك فرصًا؟ الخبر السار هو أنه بعد سنوات من العمل، حققت الشركات الصينية أخيرًا بعض الإنجازات.

*تمت إعادة إنتاج هذه المقالة من الإنترنت، يرجى الاتصال بنا لحذفها في حالة انتهاك حقوق الملكية الفكرية.