نصائح أساسية لاختيار الأجهزة الروبوتية: قم بتعزيز الكفاءة الآن

I. أهمية اختيار الأجهزة الروبوتية

تقوم الروبوتات حالياً بدور متزايد الأهمية في مجالات مختلفة، من الإنتاج الصناعي إلى قطاع الخدمات، ومن البحث العلمي إلى الحياة اليومية. لتمكين الروبوتات من العمل بكفاءة واستقرار، يعتبر اختيار وتخصيص الأجهزة الخطوة الأولى والأساسية. يمكن للأجهزة المناسبة أن تضمن أن تقوم الروبوتات بأداء المهام بدقة، وتحسين كفاءة العمل، وتقليل احتمالية حدوث الأعطال. على سبيل المثال، في التصنيع الصناعي، قد يواجه الروبوت الذي تم تهيئته بشكل غير صحيح أخطاء تشغيلية متكررة، مما يؤثر على جودة المنتج والتقدم الإنتاجي. في حالة روبوتات الخدمة الطبية، قد تفشل الأجهزة غير المناسبة في أداء مهام المساعدة الجراحية أو الرعاية الصحية بدقة، وقد تشكل حتى خطرًا على سلامة المرضى. لذلك، يعتبر اختيار وتخصيص الأجهزة الروبوتية الصحيحة أساسًا لتحقيق الوظائف المرجوة للروبوتات.

II. المكونات الرئيسية للأجهزة الروبوتية

(أ) الهيكل الميكانيكي

الإطار
يعتبر إطار الروبوت هو البنية الداعمة الأساسية له. المواد الشائعة تشمل سبائك الألومنيوم والفولاذ. تعتبر إطارات سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن، مما يسهل حركة وتشغيل الروبوت، مما يجعلها مناسبة للروبوتات ذات المتطلبات العالية للوزن والحركات المتكررة، مثل روبوتات التعامل اللوجستي. أما إطارات الفولاذ فتحتوي على قوة عالية ويمكنها تحمل الأحمال الكبيرة، وهي شائعة الاستخدام في الروبوتات الصناعية الثقيلة، مثل روبوتات اللحام في ورش تصنيع السيارات، والتي تحتاج إلى تحمل وزن معدات اللحام والقوى المؤثرة أثناء اللحام لفترات طويلة.
عند اختيار الإطار، يجب مراعاة بيئة عمل الروبوت ومتطلبات المهمة. إذا كان يعمل في بيئة محدودة الحجم وحساسة للوزن، فإن إطار سبائك الألومنيوم يكون أكثر ملاءمة؛ أما في السيناريوهات ذات الأحمال العالية والظروف المعقدة للعمل، فإن إطار الفولاذ هو الخيار الأفضل.

مكونات المفاصل
المفاصل هي الأجزاء الرئيسية التي تمكن الروبوت من أداء مختلف الحركات. أنواع المفاصل الشائعة تشمل المفاصل الدوارة والمفاصل الخطية. تسمح المفاصل الدوارة للذراع الروبوتية بالدوران داخل مستوى أو في الفضاء، ويعد دقة القياس وقدرة عزم الدوران مهمة. على سبيل المثال، يحتاج الروبوتات المستخدمة في الأعمال التجميعية إلى السيطرة بدقة على زوايا المفاصل لضمان تركيب المكونات بدقة. توفر المفاصل الخطية حركة في اتجاه مستقيم؛ فمثلاً، المفصل الرافع لروبوت التكدس الصناعي هو مفصل خطي، ويجب أن يقوم بنقل البضائع بشكل مستقر وأداء عمليات الرفع والخفض بدقة.
عند اختيار مكونات المفاصل، يجب التركيز على دقة الحركة وقوة الحمل والمتانة. يمكن للمفاصل عالية الدقة أن تجعل حركات الروبوت أكثر دقة، مما يحسن جودة العمل؛ بينما المفاصل ذات قدرة الحمل العالية يمكن أن تلبي احتياجات حمل الأدوات أو الأشياء الأثقل؛ والمفاصل المتينة يمكن أن تضمن حدوث أعطال أقل أثناء الاستخدام طويل الأمد.

(ب) النظام الكهربائي

المحركات
تعتبر المحركات المصدر الرئيسي للطاقة للروبوتات. الأنواع الشائعة تشمل المحركات الكهربائية المباشرة (DC)، والمحركات الكهربائية البديلة (AC)، والمحركات الخطوية. المحركات الكهربائية المباشرة لها هيكل بسيط وسهل التحكم، وهي شائعة الاستخدام في الروبوتات الصغيرة ذات متطلبات السرعة والعزم المتوسطة، مثل الروبوتات التعليمية. المحركات الكهربائية البديلة لها قوة وكفاءة أعلى، ومناسبة للروبوتات الكبيرة في الإنتاج الصناعي، حيث توفر طاقة مستمرة ومستقرة. المحركات الخطوية معروفة بدقتها العالية في السيطرة على الموضع، وتستخدم غالبًا في التطبيقات التي تتطلب السيطرة الدقيقة على الحركة، مثل روبوتات الطباعة ثلاثية الأبعاد، التي يمكنها السيطرة بدقة على موقع رأس الطباعة لضمان نماذج مطبوعة عالية الجودة.
عند اختيار المحركات، يجب تحديد النوع بناءً على سرعة الروبوت ومتطلبات العزم والدقة في التحكم. قد تحتاج الروبوتات التي تتطلب حركة سريعة إلى محركات ذات قوة أعلى؛ أما المهام التي تتطلب دقة مكانية عالية جدًا، فإن المحركات الخطوية أو المحركات الخادمة عالية الدقة هي الخيارات الأفضل.

البطارية أو مصدر الطاقة
للروبوتات المتنقلة أو التي تتطلب التشغيل المستقل، تعد البطاريات مصدر طاقة مهم. أنواع البطاريات الشائعة تشمل بطاريات الليثيوم وبطاريات الرصاص الحمضية. بطاريات الليثيوم لها كثافة طاقة عالية وخفة وزن ونسبة تفريغ ذاتية منخفضة، وتستخدم بشكل متزايد في مجموعة متنوعة من الروبوتات القابلة للحمل والأداء العالي، مثل الطائرات بدون طيار ونظافات الأرض الروبوتية. بطاريات الرصاص الحمضية لها تكلفة أقل وأمان أفضل، ولكن كثافة طاقة منخفضة نسبيًا، وتستخدم بشكل شائع في الحالات الحساسة للوزن والتكلفة، مثل العربات الصناعية البسيطة.
إذا كان الروبوت يعمل في موقع ثابت، فيمكنه الحصول على الطاقة عبر مأخذ الطاقة. عند اختيار البطاريات أو مصادر الطاقة، يجب النظر في مدة تشغيل الروبوت ووقت الشحن وسهولة استبدال البطارية. للروبوتات التي تتطلب تشغيلًا مستمرًا لفترات طويلة، يجب اختيار بطاريات ذات سعة عالية ومتانة طويلة أو نظام طاقة مستقر.

(ج) المستشعرات

مستشعرات الرؤية
تعمل مستشعرات الرؤية كـ "عيون" الروبوت، مما يمكّنه من "رؤية" محيطه. المستشعرات الشائعة تشمل الكاميرات وليدار (LiDAR). يمكن للكاميرات التقاط معلومات الصورة والفيديو، مما يتيح للروبوت التعرف على أشكال وألوان وأماكن الأشياء من خلال تقنية معالجة الصور. على سبيل المثال، في روبوتات الأمن الذكية، يمكن للكاميرات مراقبة الأشخاص والأشياء في المناطق المراقبة في الوقت الحقيقي، والتعرف على السلوك غير الطبيعي وإصدار إنذارات في الوقت المناسب. يقيس ليدار وقت انعكاس الضوء بعد إصدار أشعة ليزر للحصول على معلومات بيئية ثلاثية الأبعاد، مما يساعد على رسم خريطة دقيقة لمحيط الروبوت لمساعدته في التخطيط المثالي للمسار وتتجنب العقبات. في نظافات الأرض الروبوتية، يمكن لليدار إنشاء خرائط الغرفة، مما يسمح بتنظيف أكثر فعالية.
عند اختيار مستشعرات الرؤية، يجب النظر في الدقة وحقل الرؤية ومعدل الإطارات ومقاومة التداخل. المستشعرات عالية الدقة توفر معلومات صور أوضح، وحقل رؤية كبير يسمح للروبوت بمراقبة منطقة أكبر، ومعدل إطارات عال يضمن الأداء الفعلي للصورة، ومقاومة التداخل القوية تضمن التشغيل الدقيق في البيئات المعقدة.

مستشعرات القوة
تشعر مستشعرات القوة بحجم واتجاه القوة بين الروبوت والبيئة الخارجية. وهي ضرورية في المهام الروبوتية التي تتطلب التفاعل البدني مع الأشياء. على سبيل المثال، أثناء التجميع الدقيق، يمكن لمستشعرات القوة اكتشاف التغيرات الطفيفة في القوة أثناء عملية التجميع، مما يسمح للروبوت بتعديل حركاته لضمان تركيب المكونات بشكل صحيح وتتجنب الأضرار الناجمة عن القوة الزائدة أو القليلة.

في روبوتات التلميع الصناعية، يمكن لمستشعرات القوة مراقبة قوة التلميع في الوقت الحقيقي، مما يضمن جودة التلميع الثابتة. عند اختيار مستشعرات القوة، يجب التركيز على دقة القياس ونطاق الاستشعار وسرعة الاستجابة. يمكن لمستشعرات القوة عالية الدقة اكتشاف التغيرات في القوة بدقة أكبر، ويجب تحديد النطاق المناسب بناءً على مهمة الروبوت، وسرعة الاستجابة السريعة تمكن الروبوت من الرد بسرعة على التغيرات في القوة.

مستشعرات المسافة
تقوم مستشعرات المسافة بقياس المسافة بين الروبوت والأشياء المحيطة. الأنواع الشائعة تشمل المستشعرات فوق الصوتية والمستشعرات تحت الحمراء. تصدر المستشعرات فوق الصوتية موجات فوق صوتية وتفحص الموجات المنعكسة لتحديد المسافة، وهي مناسبة لقياس المسافات القصيرة بدقة عادة ما تكون على مستوى السنتيمتر، وتستخدم بشكل شائع في تجنب العقبات في الروبوتات الصغيرة، مثل نظافات الأرض الروبوتية المنزلية التي تستخدم المستشعرات فوق الصوتية للكشف عن المسافات إلى الجدران والأثاث لتجنب التصادم.

تستخدم المستشعرات تحت الحمراء الضوء تحت الأحمر لكشف المسافة، ولديها نطاق كشف أضيق ولكن سرعة استجابة سريعة، وتستخدم بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب سرعة كشف عالية، مثل وظائف تجنب العقبات البسيطة في روبوتات الألعاب. عند اختيار مستشعرات المسافة، يجب النظر في نطاق القياس والدقة والتكيف مع بيئات مختلفة. قد تختلف أنواع مختلفة من مستشعرات المسافة في الأداء تحت ظروف مختلفة؛ على سبيل المثال، قد تتعرض المستشعرات تحت الحمراء للتداخل في بيئات الإضاءة المعقدة، بينما تكون المستشعرات فوق الصوتية أكثر استقراراً نسبياً.

III. العوامل التي يجب مراعاتها في اختيار الأجهزة الروبوتية

(أ) متطلبات المهمة

متطلبات الدقة
إذا كانت مهمة الروبوت تتطلب دقة عالية للغاية، مثل روبوتات الطباعة الضوئية في تصنيع الشرائح، فيجب أن تكون دقة المكونات المختلفة هي التركيز الرئيسي في اختيار الأجهزة. يجب أن تحتوي المحركات على مرمقات عالية الدقة للتأكد من دقة الحركة، ويجب أن يكون للمركبات المفصلية أدنى خطأ حركي، ويجب أن تكون المستشعرات أيضًا من النماذج عالية الدقة والدقة.

على سبيل المثال، قد تحتاج دقة مستشعر الرؤية لتصل إلى مستوى الميكرومتر لتنفيذ مهام الطباعة الضوئية للشرائح بدقة. بالنسبة للمهام التجميعية العامة ذات متطلبات دقة أقل نسبيًا، يمكن اختيار مكونات أجهزة ذات كفاءة تكلفة أعلى ودقة معتدلة. ومع ذلك، يجب التأكد من أنها تلبي المعايير الأساسية للدقة لضمان جودة التجميع.

قدرة الحمل
عندما يحتاج الروبوت إلى حمل أشياء ثقيلة، تعتبر قدرة الحمل عاملاً رئيسيًا. على سبيل المثال، يجب أن يتمكن روبوت التعامل مع الحاويات في الميناء من حمل حاويات تزن عدة أطنان، مما يتطلب أن يكون الإطار والمفاصل والنظام الكهربائي لديهم قدرة حمل كافية.

يجب أن توفر المحركات عزم دوران كافيًا لتحريك الروبوت لحمل الأحمال الثقيلة، ويجب أن تتحمل المفاصل الوزن والضغط المقابل، ويجب أن يكون الإطار قويًا ومتينًا. إذا كان الروبوت يقوم فقط بعمليات خفيفة، مثل اختيار ووضع مكونات صغيرة في خط إنتاج الإلكترونيات، فإن متطلبات قدرة الحمل تكون أقل، مما يسمح باستخدام تكوينات أجهزة أخف وزناً وذات قدرة حمل أقل.

متطلبات السرعة
بالنسبة للروبوتات التي تحتاج إلى إكمال المهام بسرعة، مثل روبوتات ترتيب الطرود، تعد السرعة مؤشرًا مهمًا. هذا يتطلب اختيار محركات ذات سرعة دوران عالية واستجابة سريعة، وكذلك مفاصل ذات حركة سريعة ومرنة. في الوقت نفسه، يجب أن تعالج نظام التحكم في الروبوت البيانات بكفاءة لضمان تشغيل الروبوت بسرعة محددة.
بالنسبة للمهام الروبوتية ذات متطلبات سرعة أقل، مثل روبوتات الحصاد الزراعي التي تعمل في بيئات أكثر استرخاء، يمكن اختيار تكوينات أجهزة ذات سرعة معتدلة ولكن بتكلفة أقل لموازنة الأداء والتكلفة.

(ب) عوامل البيئة العمل

درجة الحرارة والرطوبة
يتطلب الروبوتات التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة عالية، مثل روبوتات فحص الأفران ذات الحرارة العالية في الصناعات المعدنية، أجهزة مقاومة للحرارة. يجب أن تتحمل مواد العزل الكهربائي للمحرك درجات الحرارة العالية، وأن تعمل المكونات الإلكترونية بشكل مستقر تحت درجات الحرارة العالية، وقد تحتاج مواد الإطار أيضًا إلى أن تكون سبائك عالية القوة ومقاومة للحرارة.
بالنسبة للروبوتات التي تعمل في بيئات رطبة، مثل روبوتات استكشاف المياه، يجب النظر في أداء مقاومة الماء والرطوبة للأجهزة. يجب معالجة اللوحات الدوائر الإلكترونية بطريقة خاصة لمقاومة الرطوبة، ويجب أن تكون المحركات والمستشعرات مغلقة بشكل جيد لمنع تلفها بالماء.

الغبار والمواد ăn tục