Published in: التحكم الآلي

روبوتات المناورة الصناعية

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 20 سبتمبر، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

يمكن العثور على الروبوتات المناورة الصناعية (Manipulator Robots) في أي مكان، بدءًا من مصانع السيارات وحتى المستشفيات، وتُستخدم لالتقاط ونقل المواد والأجسام ذات الأحجام المختلفة، وتتكون من أذرع Arms، ومفاصل Joints، وعنصر التأثير النهائي (End effector).

تُستخدم عادةً روبوتات المناورة لنقل الأجسام من مكانٍ إلى آخر، وقد تقوم بنقل جسمٍ ثقيل من منطقة من أرضية المصنع إلى أخرى، أو قد تقوم بنقل أداةٍ صغيرة جداَ في إجراء عملية جراحية دقيقة للعين البشرية، ويعدُّ روبوت المناورة الآلي جهازًا مهمًا في أداء مثل هذه المهام.

تستخدم روبوتات المناورة الصناعية في التعامل مع المواد والأشياء دون لمسةٍ بشريةٍ مباشرة، ويمكن أن تكون أسرع وأكثر دقةً من العمال البشريين، ويمكنها في بعض الأحيان رفع أوزانٍ أثقل بكثير، وبفضل هذه المزايا أصبح لروبوتات المناورة الصناعية مجموعةً واسعةً من الأنواع والتطبيقات.

ما هي روبوتات المناورة الصناعية؟

تُعرف بأنها أجهزةٌ آليةٌ مصممةٌ للتفاعل مع بيئة عملها عن طريق نقل الأشياء من مكانٍ إلى آخر، وتحتوي على أذرعٍ مختلفةٍ تتصل مع بعضها البعض عبر المفاصل، مما يمنح الروبوت درجاتٍ متعددة من الحرية (DoF). يتوضّع عنصر التأثير النهائي مثل القابض في نهاية آخر ذراع، وهو العنصر المسؤول عن التحكم المباشر بالجسم المراد نقله، ويمكن أتمتة روبوتات المناورة الصناعية أو يمكن التحكم فيها من قبل المشغل.

كيف تصنّف روبوتات المناورة؟

تُصنّف عادةً روبوتات المناورة حسب طريقة عملها الحركي، وتمتلك ما يتراوح بين ثلاث وست درجات حرية توفرها سلسلة من المفاصل (مماثلة لمفصل الكتف، أو الكوع، أو الرسغ) التي تربط أذرع الجهاز (المشابهة للذراع العلوي، أو الساعد، أو راحة اليد)، وتكون المفاصل في روبوتات المناورة عادةً إما:

1- مفاصل دائرية Revolute: تؤمن الدوران حول محورٍ واحد.

2- مفاصل انسحابية Translation (خطية): تؤمن حركةً خطيةً باتجاه محورٍ واحد.

3- المفصل الأسطواني Cylindrical: يؤمن حركةً دورانيةً باتجاه، وحركةً انسحابيةً خطيةً بنفس اتجاه محور الدوران.

4- المفصل الكروي Spherical: يؤمن ثلاث درجات حرية دورانية.

يحدد نوع المفاصل المستخدمة شكل فراغ العمل الذي يعمل ضمنه الروبوت، ولذلك تصنّف روبوتات المناورة بحسب عدد درجات حريتها، وشكل فراغ العمل الذي تعمل ضمنه. ^[1]

ما هو تصنيف روبوتات المناورة؟

1- الروبوتات ذات الأذرع Jointed-arm (articulated)

توفر أكبر عددٍ من درجات الحرية، وعادةً ما تحتوي على ثلاثة إلى ستة مفاصل دورانية، وتتميز بفراغ العمل الكبير (نطاق الحركة الكبير)، ولكنها أقل دقةً من الأنواع الأخرى، وأكثر استخداماتها الشائعة اللحام بالقوس الكهربائي، والطلاء بالبخ (بالرش).

2- روبوتات سكارا SCARA

تحتوي على مفصلٍ خطيّ واحد باتجاه المحور Z ، ومفصلين دورانيين متوازيين، وتُستخدم روبوتات SCARA على نطاقٍ واسعٍ في التجميع، ولكنها في كثيرٍ من الأحيان لا تستطيع حمل أجسامٍ ثقيلة بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من الروبوتات حيث إن المفصلين الدوارين لا يتحملان الأثقال الكبيرة.

3- الروبوتات الديكارتية Cartesian (gantry)

يمكن لها التحرك على طول ثلاثة محاور، وهي سهلة البرمجة، ويمكنها رفع الحمولات الثقيلة، وتستخدم في تطبيقات النقل والتموضع في خطوط إنتاج التعبئة.

4- الروبوتات الكروية Spherical (polar)

تحتوي على مفصلين دوارين، أحدهما في القاعدة، مع مفصلٍ انسحابيّ (خطي) ثالث للسماح بتمديد الذراع، وتستخدم لعمليات اللحام، والالتقاط، والتموضع.

5- الروبوتات الأسطوانية Cylindrical

تحتوي على مفصلٍ دورانيّ في القاعدة، ومفصلين انسحابيين (خطيين) أحدهما لحركة المحورZ ، والآخر للحركة على طول المستوى الأفقي، ويتميز هذا النظام الآلي بالمتانة، والدقة العالية.

6- روبوتات دلتا التفرعية Delta (parallel)

يتمُّ ربط أذرع روبوتات دلتا بسقف منطقة العمل، ولها ثلاثة أو ستة أذرع لكلٍّ منها مفصلٌ دورانيٌّ أو خطيٌّ خاصٌّ بها، ويتمُّ استخدامها في تطبيقات الالتقاط والتموضع، وهي عالية السرعة في خطوط الإنتاج، والتعبئة، والتجميع، وتتميز بإمكانية استخدام سرعاتٍ عالية، ولكنها تحمل أوزاناً خفيفة. ^[1]

ما هي تطبيقات روبوتات المناورة الصناعية؟

1- في الصناعة

تستخدم روبوتات المناورة الصناعية على نطاقٍ واسعٍ في البيئات الصناعية نظرًا لدقتها ومقدرتها على تكرار العمل، ومقدرتها على رفع الحمولات الثقيلة، وتعدُّد استخداماتها بفضل استخدام أنواعٍ مختلفةٍ من عناصر التأثير النهائي End effector، وتُسمّى هذه الروبوتات أحيانًا بالروبوتات التسلسلية. وتستخدم في:

– التجميع Assembly: تستخدم روبوتات المناورة لإضافة مكوناتٍ مختلفة إلى جزءٍ معقد عن طريق تثبيت كل مكونٍ في موقعه الصحيح.

– الانتقاء والتموضع Pick and place: تستخدم روبوتات المناورة لتحريك جسمٍ من منطقةٍ إلى أخرى، مثلاً: انتقاء قطعةٍ، ونقلها من سير الإنتاج إلى مكانٍ ما داخل الصندوق أو إلى مكان التغليف.

2- الرعاية الصحية

يمكن مساعدة العديد من أنواع العمليات الجراحية عن طريق التحكم الآلي، فيمكن أن تكون الجراحة الروبوتية أكثر دقةً، وبالتالي تؤدي إلى نتائج أفضل للمرضى من الجراحة اليدوية، وتتضمن معظم العمليات الجراحية الروبوتية استخدام روبوتات المناورة عن بعد، والتي تسمح للجراح البشري بالتحكم في الذراع، وعنصر التأثير النهائي للروبوت باستخدام حركات يده.

يتمُّ التحكم في بعض العمليات الجراحية بمساعدة الروبوت بشكلٍ كامل عن طريق الحاسوب، دون استخدام نظام التحكم عن بعد بواسطة جراحٍ بشري، وأحد أبرز الأمثلة على استخدامات روبوتات المناورة في مجال الرعاية الصحية هو نظام دافنشي (Da Vinci) الجراحي، والذي يستخدم في العمليات الجراحية.

مثل: استئصال البروستات، واستئصال الرحم، وإصلاح صمامات القلب، ويتمُّ التحكم في النظام باستخدام وحدة التحكم، ويحتوي على عناصر فعل يمكن أن تعمل كمقص، أو كأجهزةٍ جراحيةٍ كهربائية، أو كمقابض.

3- الفضاء

يمكن العثور على أبرز تطبيقات روبوتات المناورة (والعالية التكلفة) في الفضاء، حيث يوجد عددٌ محدودٌ فقط من العمال البشريين المكلفين بإجراء الصيانة والمهام الأخرى التي يمكن أن تكون خطيرة، وأحد الأمثلة على نظام روبوت مناورة فضائي هو Canadarm حيث تمَّ تطوير روبوت مناورة Canadarm الضخم، الذي يبلغ وزنه 450 كيلو جرامًا، للتعامل مع الحمولات على متن مكوك الفضاء التابع لناسا. ^[1]

الخلاصة

تعدُّ روبوتات المناورة (Mmanipulators) من أهمّ الأجهزة في التصنيع الحديث، وتستخدم في الصناعة في خطوط التجميع الآلية، وفي العديد من المجالات، مثل: السيارات، وبناء السفن، والسلع الاستهلاكية. كما يتمُّ استخدامها أيضًا في مجالات أخرى، مثل: الرعاية الصحية، والفضاء، وسيزداد استخدامها في المستقبل نظرًا لدقتها وكفاءتها وقدرتها على الوصول إلى الأماكن التي يتعذر الوصول إليها.

يُحدّد نوع الذراع والمفاصل ملاءمة الروبوت لمهمّةٍ معينة (خصوصاً أن عناصر التأثير النهائية متنوعةٌ وقابلةٌ للتبديل)، حيث يتمُّ استخدام الروبوت SCARA على نطاقٍ واسعٍ لتطبيقات الالتقاط والتموضع (Pick and place) في حين تتفوق الروبوتات الإحداثية العملاقة في رفع الأحمال الثقيلة.