خانه / اتوماسیون صنعتی / رباتیک / کاربردهای مختلف ربات های صنعتی

کاربردهای مختلف ربات های صنعتی

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی

کاربردهای مختلف ربات های صنعتی، به طور کلی وقتی یک ربات صنعتی خریداری می‌شود مجموعه دریافتی شامل منیپلیتور ، کنترل کننده ، کابل‌های ارتباطی و یک اینترفیس واسط کاربری جهت برنامه‌نویسی می‌باشد (شکل۱)، اما در عمل با داشتن این مجموعه به تنهایی امکان اجرای فعالیت‌های صنعتی میسر نمی‌باشد و آنچه که ضروری و منجر به بهره‌گیری کامل از ربات می‌گردد، مجموعه‌ای شامل ابزار رباتیک و دیگر المان های کاربردی مورد نظر، تحت عنوان اپلیکیشن نرم افزارهای کاربردی ربات می‌باشد که برای طراحی، تأمین و راه‌اندازی این اجزای سلول رباتیک نیز همانند ربات، باید دقت نظر و توجه کافی اعمال نمود.

این مقاله به اصول کلی و نکات کاربردی می‌پردازد که رعایت آن در تمامی کاربری‌ های ربات‌ های صنعتی ضروری بوده و بهره‌گیری از آنها منجر به تولید محصول با کیفیت و بهینه و همراه با راندمان بالای بهره‌گیری از تجهیزات می‌گردد.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۱-. اجزای اولیه ربات‌ صنعتی بدون اپلیکیشن

مقدمه:

در مقاله «اصول انتخاب ربات‌ های صنعتی » به مبانی و نکات کلیدی در انتخاب ربات پرداختیم، قدم بعدی تهیه سایر اجزای مربوط به سلول رباتیک برای کاربری مورد نظر می‌باشد، در انتخاب دیگر اجزای سیستم‌های سامانه‌ های رباتیک نیز باید مثل انتخاب ربات، مجموعه نکات زیادی را در نظر گرفت تا بتوان از مزایای تولید رباتیک بهره برد و به بهره‌وری مورد نظر دست پیدا کرد

جهت درک اهمیت موضوع باید به این نکته توجه داشت که برای مثال اگر ربات با عنایت به تمامی موارد بحث شده مناسب و همگون با کاربری مدنظر انتخاب شود، اما سایر المان ها مناسب نباشند و یا سازگاری با شرایط تولید اتوماتیک خودکار و رباتیک را نداشته باشند، عملاً کارایی سیستم سامانه تحت‌الشعاع تأثیر قرار می‌گیرد و دقیقاً به همین دلیل است که بسیاری از تولید کنندگان محصولات صنعتی مثل تجهیزات جوشکاری، محصولات رباتیک خود را نیز ارائه می‌دهند تا این تجهیزات هم به لحاظ سخت افزاری و هم به لحاظ نرم‌ افزاری جهت کار با ربات مناسب‌ سازی شوند

حتی در موارد زیادی این تولید کنندگان محصولات تخصصی صنعتی با تولید کننده‌ های ربات قرارداد همکاری امضا می‌کنند و محصولاتی سازگار با یکدیگر و به صورت مجموعه‌ ای کاربردی عرضه می‌ کنند که دارای امکانات نرم‌ فزاری جهت راه‌ اندازی ساده و به صورت آماده به کار را داشته باشند مثل سیستم سامانه ready2_arc (شکل۱) که ماحصل نتیجه همکاری KUKA و FRONIUS برای سیستم سامانه جوشکاری قوس الکتریکی به صورت آماده به کار می‌ باشد و یا سیستم ready2_spray (شکل۲) که حاصل همکاری مشترک شرکت‌ های KUKA و Dürr می‌باشد که یک سیستم سامانه  آماده مناسب برای پاشش‌های رباتیک در ابعاد پروژه‌های کوچک می‌باشد.

در این مقاله در ابتدا به پیش شرط ها و اصول کلی انتخاب اجزای سلول رباتیک پرداخته می‌شود و در ادامه برای تفهیم بهتر، این اصول را برای کاربرد جوشکاری نقطه‌ای رباتیک به بحث می‌گذاریم.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۲-۲. سلول آماده جوشکاری قوسی ( (Ready2-arc ماحصل نتیجه همکاری KUKA و FRONIUS

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۳-. سلول آماده پاشش رنگ (ready2_spray) ماحصل نتیجه همکاری KUKA و Dürr

1. پیش شرط های مربوط به تجهیزات رباتیک

اصولاً تجهیزات مربوط به هر کاربردی دارای ملزومات و حساسیت‌هایی خاص خود می‌باشند که در مقالات آتی به جزئیات کاربرد‌های مهم رباتیک به طور مجزا پرداخته می‌شود، اما در این مقاله قصد داریم موارد کلی را مطرح کنیم که از آنها می‌توان به عنوان شروط عمومی تجهیزات برای کارکرد مؤوثر با ربات‌ های صنعتی یاد کرد و در واقع هر تجهیزی که با ربات کار می‌کند باید این شرایط را داشته باشد تا خللی در عملکرد و کارایی سیستم سامانه ایجاد نکند.

۱.۱. دقت و تکرارپذیری

دقت و تکرارپذیری ابزار رباتیک اولین و مهم ترین شرطی می‌باشد که باید مورد توجه قرار گیرد و به طور کلی هر تجهیزی که مستقیماً با ربات کار می‌کند باید این شرایط را به درستی دارا باشد.

نکته ای که در مورد تکرارپذیری ابزار رباتیک باید مورد توجه قرار گیرد با یک مثال تشریح می کنیم. این است که برای مثال در شکل ۳ مشخصات یک ربات Stäubli با تکرارپذیری ۰.۰۴ را ملاحظه می‌کنید، حال فرض کنید دقت و تکرارپذیری ابزار رباتیکی که برای این ربات انتخاب شده است کمتر از ربات باشد، دقت و تکرارپذیری ربات کمتر از این مقدار باشد در این صورت ابزار رباتیک منجر به بدتر شدن دقت کلی سیستم سامانه می‌گردد.

از این نکته می‌توان در فرآیند انتخاب ربات نیز بهره برد به این صورت که پیش از انتخاب ربات باید در نظر داشت که پروسه فرآیند بر پایه چه سطحی از دقت طرح‌ ریزی شده است و ابزار رباتیک با چه دقتی عملیات را اجرا خواهد کرد، بدیهی است که دقت‌ های بالاتر ربات عملاً غیر قابل بهره‌ برداری بوده و در مواردی رعایت اصل انتخاب ربات مبتنی بر نیاز پروژه می‌ تواند منجر به کاهش هزینه تمام شده گردد.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۴. -مشخصات فنی ربات Stäubli سری RX

قابلیت کنترل پذیری و شبکه

یکی دیگر از فاکتور های مهم تجهیزات رباتیک در هر کاربردی، قابلیت کنترل‌ پذیری تجهیزات و توانایی ارتباط الکتریکی و سیگنالینگ آنها با سایر اجزای سیستم سامانه می‌باشد. به طور کلی تجهیزاتی که با ربات کار می‌کنند باید قابلیت فرمان‌پذیری از ربات یا کنترل‌ کننده خارجی مانند PLC و همچنین ارسال بازخورد عملکرد را داشته باشند.

و به عنوان یک مزیت قابل توجه، تجهیزاتی که مجهز به شبکه‌ های صنعتی باشند می‌ توانند منجر به کاهش چشمگیر حجم سیم‌ بندی و سهولت راه‌اندازی و تعمیرات سیستم سامانه شوند، اما به عنوان یک نکته کلیدی باید تا آن جا که مقدور می‌ باشد از تنوع شبکه پرهیز گردد و سعی شود تجهیزات انتخابی همگی دارای یک نوع شبکه صنعتی (مثل پروفینت) باشند، البته بسیاری از ربات‌ ها می‌توانند همزمان در چند نوع شبکه کار کنند، به اضافه اینکه تجهیزاتی برای تبدیل شبکه‌ ها وجود دارد، اما در کل این نوع معماری شبکه، منجر به پیچیدگی سیستم سامانه و ایجاد مشکلاتی در تعمیر و نگهداری می‌گردد، لذا بنابراین پسندیده است که در فاز طراحی، معماری شبکه‌ های صنعتی به عنوان یکی از بخش‌های اساسی مورد توجه قرار گیرد.

۱.۲. ایمنی

ایمنی در سیستم‌های سامانه‌های تولیدی بسیار مهم و حافظ جان انسان ها، عدم آسیب به تجهیزات و ضامن تولید پایدار می‌باشد. تمامی عناصر مربوط به ربات باید به شبکه ایمنی خط تولید (شکل۵) متصل باشند، برای مثال در سیستم پاشش رباتیک در صورت توقف ربات به علت مسائل ایمنی باید تجهیزات پاشش نیز متوقف گردنند و بالعکس برعکس در صورت وجود مشکل در سیستم سامانه پاشش مانند نشتی سیستم سامانه تأمین رنگ یا تینر باید بلافاصله ربات و خط تولید نیز متوقف شده و با آژیر نفرات تعمیرات برای رفع مشکل مطلع گردند، علاوه بر این در هر کاربردی سیستم سامانه باید مجهز به تدابیر ایمنی خاص آن کاربرد باشد، برای مثالا در سیستم سامانه پاشش رنگ باید ربات و دیگر تجهیزات، ضد انفجار و مجهز به سیستم سامانه اطفاء و اعلام حریق باشند.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۵.- شبکه کنترلی profibus همراه با سیستم سامانه ایمنی به صورت Hard wire

به عنوان نکته دیگری در تشریح اهمیت پاس انطباق باکردن استانداردهای ایمنی برای تجهیزات جانبی رباتیک، خصوصا به ویژه ابزار رباتیک می‌توان به ربات‌ های همکار (شکل ۶ ) اشاره کرد، این ربات‌ها طوری طراحی و ساخته شده‌اند که نیازی به تجهیزات ایمنی نداشته و قادرند باشند به طور مستقیم با اپراتور عملیات مشترک انجام دهند و تماس و یا هر گونه برخورد را به دقت تشخیص، و بلافاصله متوقف ‌شوند، اما نکته‌ای که وجود دارد این است که سازنده ی ربات این سطح از ایمنی را تنها در رابطه با ربات تضمین نموده و شامل تجهیزات جانبی ربات مثل ابزار رباتیک نمی‌باشد و بهره‌بردار سیستم سامانه در طراحی و انتخاب ابزار در ربات‌های همکار یا همان کوبات‌ها‌ باید به مراتب حساسیت بیشتری به خرج دهد.

جهت اطلاعات بیشتر استانداردهای ایمنی زیر مربوط به ربات‌ های صنعتی و تجهیزات جانبی آن می‌باشند معرفی می‌گردد:

• ISO 10218-1

• ISO/TS 15066

• ISO 13849-1 PLd Cat 3

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۶. – ربات همکار Universal Robot با ایمنی بالا و امکان انجام عملیات مشترک با اپراتور بدون نیاز به فنس ایمنی

۱.۳. اتوماتیک خودکار بودن

جهت بهره‌ بری حداکثری از مزایای رباتیک، طراحی اجزای سیستم سامانه رباتیک باید به نحوی باشد که حتی‌المکان تا حد امکان تمامی پروسه فرآیند به صورت خودکار انجام گیرد و حداقل عملیات اپراتوری را داشته باشد، حتی در مورد عملیاتی که مستقیماً در پروسه فرآیند تولید جای نمی‌گیرد نیز، ترجیح بر تمام خودکار بودن پروسه فرآیند می‌باشد. برای مثال می‌توان به استفاده از سره تراش اتوماتیک خودکار در گان‌های جوشکاری نقطه‌ ای و یا تمیز کننده نازل در جوشکاری قوسی اشاره کرد که در آنها عملیات تمیز نمودن ابزار رباتیک به صورت خودکار و در بازه‌ های مشخص جهت حفظ کیفی جوش بدون دخالت اپراتور انجام می‌ گردد که در نتیجه آن ضریب اطمینان و کارایی سیستم سامانه به طور چشم‌گیری بهبود می‌یابد.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , ایران خودرو , ربات صنعتی , ربات های صنعتی , رباتیک

شکل ۷.- سره تراش اتوماتیک خودکار (Tip Dresser) در کاربرد جوشکاری نقطه‌ای رباتیک و یا تمیز کننده نازل (Torch Cleaner) در کاربرد جوشکاری قوسی رباتیک

۱.۴. سازگاری با مشخصه‌های ربات انتخابی

تجهیزات رباتیک خصوصا به ویژه ابزار رباتیک باید با مشخصات ربات هماهنگی داشته باشند، معمولاً هنگام خریداری ربات مشخصات تجهیزات جانبی ربات را در پروسه فرآیند انتخاب ربات لحاظ می‌کنند و عواملی مثل بیشینه توان جابجایی ربات را مورد توجه قرار می‌دهند، در این شرایط در واقع در فاز طراحی سیستم سامانه ربات، ابزار رباتیک و دیگر تجهیزات مرتبط و اثر متقابل آنها را در نظر می‌گیرند، اما در شرایطی که ربات موجود بوده و باید تجهیزات جانبی متناسب با آن انتخاب شود باید ابزار طوری انتخاب شود که از حداکثر توان جابجایی ربات سنگین‌تر نباشد و همچنین در طراحی جیگ‌ های نگهدارنده و محل نصب ربات و دیگر تجهیزات باید سطح دسترسی ربات را در نظر گرفت.

۱.۵. همگونی با محصول خروجی

شرایط قطعه کار و فاکتورهای کیفی محصول خروجی یکی از عوامل مهم در انتخاب تجهیزات می‌باشد که باید مد نظر قرار گیرد. برای مثال در کاربرد جوشکاری نقطه‌ ای ضخامت ورقی که باید عملیات جوشکاری روی آن انجام شود و موقعیت نقاط دو عامل مهمی می‌باشند که اولی در انتخاب سیستم سامانه کنترلی جوش و دومی در طراحی و انتخاب گان جوشکاری تأثیر می‌گذارند.

۲. بررسی پیش‌شرط ها در اجزای سیستم سامانه ی جوشکاری نقطه‌ ای رباتیک

جهت روشن شدن مطلب فاکتورهای یاد شده را در اجزای سیستم سامانه جوشکاری نقطه‌ ای (شکل۸) مورد بحث قرار می‌دهیم.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , رباتیک , ربات صنعتی , رباتیک صنعتی

شکل ۸-. اجزای سلول رباتیک جوشکاری نقطه‌ای

اولین عامل مورد بحث «دقت و تکرارپذیری» اجزا می‌باشد، گان جوشکاری باید طوری طراحی و ساخته شود که با دقت و تکرار پذیریش محصول با کیفیت و یکسانی را تولید کند، همچنین جیگ‌ های نگهداره قطعه نیز باید طوری ساخته شوند که صحت قرار گیری و تکرار پذیری قطعه را تضمین کنند.

عامل دیگر بحث «ارتباط با ربات و کنترل‌پذیری» اجزای سیستم سامانه می‌باشد که برای مثال در این کاربرد با توجه به امکان تغییر ضخامت ورق در طول مسیر در هر نقطه ربات همزمان با ارسال فرمان بستن گان، شماره برنامه متناسب با نقطه جوش را به سیستم سامانه کنترل جوش ارسال می‌کند و سیستم سامانه جوش پارامترهای جوش متناسب با ضخامت ورق در آن نقطه مثل جریان و زمان مربوط به سایکل تایم چرخه زمانی (cycle time) نموار جریان را برای داشتن جوش با کیفیت تنظیم و به گان ارسال می‌کند و به عنوان نمونه‌ ای از ارتباطات مبتنی بر بازخوردها می‌توان به این اشاره کرد که ربات برای ادامه فرآیند در هر نقطه جوش، نیازمند به دریافت تمامی بازخوردهای عملکرد، شامل صحت باز و بسته شدن گان و صحت عملیات جوشکاری می‌باشد.

«ایمنی» در این کاربرد شامل قرارگیری سیستم سامانه کنترل جوش و دیگر تجهیزات مانند سره تراش اتوماتیک خودکار در حلقه ایمنی خط (شکل۵) می‌باشد به طوری که بتوانند اثر متقابل در هم داشته باشند و خطای ایمنی در هر تجهیز باعث توقف سایر المان های مرتبط گردد.

همچنین تجهیزات باید درجه حفاظت فیزیکی مناسبی داشته باشند و تعابیر لازم جهت جلوگیری از برق گرفتگی اپراتور در نظر گرفته شود.

در ضمنا با توجه به اینکه عموماً از آب برای خنک کاری سیستم سامانه جوش استفاده می‌شود، این سیستم‌ها سامانه‌ ها مجهز به مجموعه‌ ای به نام مدیاپنل می‌باشند که به وسیله آن جریان آب ورودی و خروجی چک نظارت شده تا علاوه بر اطمینان از برقراری جریان ورودی با از طریق چک کرد نظارت جریان خروجی از عدم نشتی یا پارگی مسیر اطمینان یافته حاصل شده و در صورت وقوع نشتی مثل هنگام جدا شدن نا‌خواسته سره گان، آب ورودی بلافاصله قطع شود.

اصول انتخاب تجهیزات مربوط به کاربردهای مختلف ربات های صنعتی , رباتیک , ربات صنعتی , رباتیک صنعتی

شکل ۹.- مجموعه مدیاپنل کنترل کننده جریان آب و باد

در مورد «خودکار بودن» اتوماتیک بودن، در این پروسه فرآیند تقریباً تمامی عملیات به صورت اتوماتیک خودکار انجام می‌گیرد و علاوه بر آن همان طور که قبلا پیش از این تشریح شد ربات در بازه‌های مشخص، برای مثلا بعد از ۱۰۰ بار نقطه جوش از سره تراش اتوماتیک خودکار استفاده می‌کند و به این ترتیب به طور خودکار از صحت انجام این عملیات اطمینان خاطر یافته حاصل شده و کیفیت جوش به این دلیل تحت تاأثیر قرار نخواهد گرفت.

در مورد «سازگاری با مشخصه‌ های ربات» نیز گان نباید از بیشینه توان جابجایی ربات سنگین‌ تر باشد، همچنین موقعیت مکانی ربات، جیگ نگهدارنده و دیگر تجهیزات که ربات با آنها کار می‌کند مثل سره تراش همه باید در محدوده سطح دسترسی ربات قرار گیرند.

در مورد همگونی با محصول خروجی نیز همان طور که تشریح شد مناسبات قطعه کار و پروسه فرآیند جوش منجر به انتخاب گان و سیستم سامانه کنترلی جوش می‌ گردند.

۳. نتیجه‌گیری

در مقاله اصول انتخاب ربات‌ های صنعتی به عنوان قدم نخست به تشریح اصول انتخاب ربات و در ادامه، در این مقاله به عنوان گام بعدی به تشریح مجموعه اصول کلی که در طراحی اپلیکیشن ربات حائز اهمیت می‌باشد، پرداختیم. این اصول ضمن تشریح مبانی اولیه و ایجاد درک بهتر از سیستم های سامانه های رباتیک به صنعتگران در انتخاب و مقایسه ربات‌ ها و سیستم‌های سامانه ‌های جانبی و خدمات مربوطه کمک شایانی خواهد نمود.

۴. منابع

https://www.automationmag .com

https://www.geschmidt.com/tipchangers/

درباره امير علمی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *