Published in: التحكم الآلي

الروبوتات الصناعية – كيف تعمل؟ تطبيقاتها وإيجابيات استخدامها

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 29 أغسطس، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

الروبوتات الصناعية (Industrial Robots) هي آلاتٌ قابلةٌ للبرمجة، صُمّمت للقيام بالمهام الصناعية التي يوجد فيها تكرار في عمليات الإنتاج، وللقيام بالمهام التي تشكل خطراً على الإنسان أثناء قيامه بها، وكذلك للقيام بالأعمال التي تتطلب دقةً وسرعةً عاليةً. هذا ما يجعلها أدواتٍ متعددة الاستخدامات قادرةً على أداء مجموعةٍ واسعةٍ من المهام المختلفة في جميع أنواع القطاعات الصناعية.

الروبوت الذي وصفه المؤلف التشيكي كاريل كابيك Karel Capek في مسرحيته R.U.R (Rossum Universal Robots) ليس له علاقة بالروبوتات الموجودة اليوم، ومع الزمن أحدث التطور البرمجي ثورةً في مجال أتمتة الآلات، والروبوتات الصناعية هي الآن جزءٌ من مشهد الإنتاج الجديد.

أول روبوت صناعي

الخطوات الأولى في صناعة الروبوتات الصناعية اتخذها المخترع جورج ديفول George Devol، الذي ابتكر في عام 1948 أول ذراعٍ آليةٍ، والمُسمّاة الآن (Animate)، والتي تعدُّ اليوم أداةً أساسيةً متطورةً في خطوط التجميع ضمن قطاع تصنيع السيارات.

أسس ديفول Devol مع الفيزيائي والمهندس جوزيف Joseph F. Engel Berger شركة (Animation)، وهي شركةٌ رائدةٌ تصنع الروبوتات الصناعية في العالم، وكانت شركة جنرال موتورز (General Motors) أول من ركّبت هذه الأذرع الروبوتية، وبدأت في تحويل خطوط التجميع الخاصة بها نحو عالم الأتمتة.

منذ ذلك الوقت، استمر مجال الروبوتات الصناعية في النمو جنباً إلى جنب مع تطور تقنياتٍ أخرى، مثل: استخدام الكاميرات والحساسات، والتقدم في مجال البرامج والأجهزة الحاسوبية، وتحسين قدرتها على تصنيع وإنتاج أي نوع من المنتجات.

في وقتٍ مبكرٍ من الستينيات من القرن الماضي، حققت الأذرع الروبوتية قفزةً نوعية، ولم تعد تقوم فقط بتجميع السيارات أو نقل الأشياء الثقيلة على خطوط الإنتاج. لقد أصبحت الروبوتات الصناعية الآن أكثر تعقيداً، ويمكنها أداء مهامّ معقدة، ووجدت طريقها إلى عمليات التصنيع في الشركات.

كيف تعمل الروبوتات الصناعية؟

الروبوتات الصناعية آلاتٌ قابلةٌ للبرمجة ومتعددة الوظائف، وأحد أهمّ المكونات فيه هو المُتحكّم، وهو عقل الروبوت والمكان الذي يتمُّ فيه التحكم بحركات الروبوت من خلال البرنامج الذي يعطي المهام للمُتحكّم للقيام بها.

ولزيادة دقة الحركة يتمُّ تركيب سلسلة من حساسات نهاية الشوط التي تسمح للمُتحكّم بتحريك الروبوت ضمن فراغ عمل الحركة، أيضاً حساسات السرعة والمكان للتأكد من تنفيذ العمل بأقصى درجات الدقة، ويتمُّ كلُّ هذا بفضل برمجة الروبوتات، وتطوير لغات الحاسب المستخدمة بهذا التخصص مثل C / C ++، وهذا أدى إلى وجود مجالٍ واسعٍ جداً من البرامج الروبوتية.

الهدف من الروبوتات الصناعية هو أن تكون قادرةً على القيام بجميع أنواع المهام في الصناعة، والتي تتطلب دقةً وسرعةً كبيرتين، وبذلك أصبح بإمكانها اللحام، والصهر، والتعبئة، والتفريغ، ونقل البضائع في المستودعات. ^[1]

ما هي أنواع الروبوتات الموجودة في الصناعة؟

على الرغم من أن أكثر الروبوتات الصناعية شيوعاً هي الأذرع الروبوتية، التي يتمُّ تحريكها بواسطة مُتحكّم، والتي تنفّذ حركةً تناسب نوع المهمة التي ستقوم بأدائها، وذلك بفضل الجزء الذي يُطلق عليه اسم عنصر التأثير النهائي

(End effector)، وهو الأداة النهائية التي تنفذ المهمة. ومن أكثر الروبوتات شيوعاً في الصناعة هي: ^[1]

1- روبوتات المناولة (Manipulator)

مثالٌ عليها الروبوت الصناعي SCARA الذي لديه قدرةٌ كبيرةٌ على الحركة لأداء مهام، مثل: تجميع الأجزاء ولحامها، والطلاء، والتعبئة، والتفريغ.

2- الروبوتات الديكارتية (Cartesian)

تتحرك وفق المحاور الإحداثية X، Y ،Z.

3- الروبوتات المتحركة (Movable)

فيها عجلات للتحرك في اتجاهاتٍ مختلفة، تفيد في نقل المواد أو المنتجات في كل من قطاع الإنتاج وقطاع الخدمات.

4- الروبوتات الصناعية التعاونية

مصممةٌ للعمل بالتعاون مع البشر والقيام بمهام العمال، وهذه الروبوتات متطورةٌ للغاية لأنها مزودةٌ بأجهزةٍ، وحساساتٍ، وكاميرات تسمح لها باكتشاف وجود العمال من أجل التعاون مع تحركاتهم، وتجنُّب أي نوع من الحوادث.

5- الروبوتات المُستقلّة

هي أيضاً متقدمةٌ جداً، ومجهزةٌ بكاميراتٍ، وحساسات، وأنظمة معرفة موقع تسمح لها بالتحرك، وأداء المهام بشكلٍ مستقل، ولا تحتاج إلى إشرافٍ بشري.

ما مكونات الروبوتات الصناعية؟

الأذرع، والمفاصل، والمُتحكّم، والمحركات، وعنصر التأثير النهائي. ^[2]

تطبيقات الروبوتات الصناعية

تُستخدم الروبوتات بشكلٍ واسعٍ في عمليات الالتقاط والإفلات البسيطة، ومع وجود الحساسات، وتقنيات التحكم الحديثة، يمكن جعلها تؤدي وظائف أكثر تنوعاً، وفيما يلي بعض تطبيقات الروبوتات الصناعية.

1- تجميع المنتجات

يمكن أن تكون المهام المتكررة مثل تجميع المنتجات مملة للبشر، وبالتالي تُعتبر الروبوتات الصناعية أكثر ملاءمةً لهذه المهام حيث تتمُّ برمجتها للقيام بالأعمال المتكررة، وهذا هو سبب استخدام عددٍ كبيرٍ من الروبوتات الصناعية كآلات تجميع. لأداء هذه المهام يتمُّ وضع قابضٍ ميكانيكي كعنصر تأثيرٍ نهائي يقوم بانتقاء والتقاط، ووضع المواد الكبيرة أو الصغيرة في تتابعٍ دقيقٍ وعالي السرعة.

2- اللحام

تظهر روبوتات اللحام بشكلٍ واضحٍ في معامل صناعة السيارات، وتستخدم أيضاً بشكلٍ كبيرٍ في عمليات تصنيع المعادن، وتؤمن اللحام بدقةٍ وجودةٍ عاليتين بفضل التحكم الدقيق في بارامترات اللحام، مثل: طول القوس الكهربائي، والتيار، والجهد، وسرعة اللحام.

3- الطلاء

لا جدال في أن الطلاء يتطلب مستوى عالٍ من الدقة لتحقيق طبقةٍ ذات سماكةٍ موحدة، وتتضمن هذه العملية أيضاً التعرُّض لبعض المواد الكيميائية الخطرة التي يمكن أن تكون مؤذيةً لصحة البشر، وبعض الأصباغ السامّة، ولها خصائص متفجرة أيضاً، ويمكن تقليل كل هذه المخاطر باستخدام الروبوتات للقيام بمهمّة الطلاء. ^[2]

ما هي إيجابيات استخدام الروبوتات الصناعية؟

في البداية، يمكن وضع مبلغ كبير في الاستثمار من أجل استخدام هذه الروبوتات في الصناعة، ولكن استخدام هذه الروبوتات سيساعد على استعادة مبلغ الاستثمار في غضون عام إلى عامين فقط لذا يجب معرفة ما هي فوائد الروبوتات الصناعية.

1- زيادة معدل الإنتاج.

2- قدرة تحميل عالية (حمل أوزان كبيرة).

3- انخفاض تكلفة العمليات الإنتاجية بفضل تقليل استخدام العمال، وتقليل هدر المواد الخام، وزيادة دقة المنتجات. ^[2]

لا شكَّ في أن الروبوتات الصناعية ستكون أدواتٍ مهمةً في مستقبل التصنيع، بفضل الفوائد الكثيرة التي تقدمها. كما أن استخدامها جعل من السهل أداء العديد من المهام الصناعية، وزاد كفاءة جميع العمليات في خط التصنيع والإنتاج، وهي تأخذ مكان البشر في الصناعات، وتساعد في تحقيق أرباحٍ كبيرةٍ للصناعات.