کلمات کلیدی:
روباتیک، ربات صنعتی، ربات چیست، Robotics، Industrial Robot، ربات صنعتی چیست، اتوماسیون رباتیک، اتوماسیون صنعتی و رباتیک، ربات کارخانه، ربات هوشمند، رباتیک صنعتی، ربات CNC، ربات جوشکاری، ربات پالتایزر، کارخانه هوشمند، Industry 4.0، هوش مصنوعی و رباتیک
روباتیک چیست؟
روباتیک یا Robotics یکی از مهمترین حوزههای فناوری در دنیای امروز است که از ترکیب مهندسی مکانیک، برق، الکترونیک، کنترل، کامپیوتر، نرمافزار، هوش مصنوعی و سنجش تشکیل شده است.
روباتیک به دانش و فناوری طراحی، ساخت، برنامهریزی و استفاده از رباتها گفته میشود؛ رباتهایی که میتوانند وظایف مشخصی را بهصورت خودکار، نیمهخودکار یا در برخی کاربردها بهصورت هوشمند انجام دهند.
امروزه رباتها دیگر فقط ماشینهایی در کارخانههای بزرگ نیستند. رباتیک در صنایع تولیدی، انبارداری، لجستیک، پزشکی، کشاورزی، ساختمان، خدمات، حملونقل و بسیاری از حوزههای دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
در صنعت، رباتیک یکی از پایههای اصلی اتوماسیون صنعتی و یکی از فناوریهای مهم در مسیر حرکت به سمت کارخانه هوشمند و Industry 4.0 است.
ربات چیست؟
ربات یک سیستم فیزیکی قابل برنامهریزی است که میتواند بر اساس دستورات و شرایط محیط، یک یا چند حرکت یا وظیفه مشخص را انجام دهد.
یک ربات معمولاً از چند بخش اصلی تشکیل میشود:
ساختار مکانیکی
موتورها و محرکها
سنسورها
کنترلر
سیستم ارتباطی
نرمافزار
و در بسیاری از کاربردهای جدید، سیستم پردازش و هوش مصنوعی.
به زبان ساده، ربات باید بتواند محیط یا وضعیت خود را دریافت کند، اطلاعات را پردازش کند و بر اساس برنامه یا الگوریتم مشخص، عملی را انجام دهد.
رباتیک صنعتی چیست؟
روباتیک صنعتی یا Industrial Robotics به استفاده از رباتها برای انجام عملیات صنعتی و تولیدی گفته میشود.
رباتهای صنعتی معمولاً برای کارهایی طراحی میشوند که نیاز به تکرار زیاد، سرعت بالا، دقت، جابهجایی قطعات، کار در محیطهای سخت یا انجام عملیات خطرناک دارند.
برخی کاربردهای رایج رباتهای صنعتی عبارتاند از:
جوشکاری
مونتاژ
جابهجایی قطعات
پالتایزینگ
بستهبندی
رنگآمیزی
برش
بارگذاری و تخلیه ماشینآلات
کنترل کیفیت
Pick and Place
و عملیات ماشینکاری.
چرا از ربات در صنعت استفاده میشود؟
یکی از مهمترین دلایل استفاده از رباتها، افزایش بهرهوری و تکرارپذیری فرآیند است.
یک ربات صنعتی میتواند یک حرکت مشخص را هزاران بار با الگوی مشابه انجام دهد.
همچنین رباتها میتوانند در محیطهایی فعالیت کنند که برای انسان دشوار، خستهکننده یا خطرناک است.
برای مثال، در عملیات جوشکاری، رنگآمیزی صنعتی یا جابهجایی قطعات سنگین، استفاده از ربات میتواند علاوه بر افزایش بهرهوری، ایمنی نیروی انسانی را نیز افزایش دهد.
مزایای رباتیک صنعتی را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:
افزایش سرعت تولید
افزایش تکرارپذیری
افزایش دقت
کاهش خطای انسانی
افزایش ایمنی
کاهش توقفات
امکان کار مداوم
بهبود کیفیت تولید
و امکان ثبت و تحلیل دادههای فرآیند.
ربات صنعتی چگونه کار میکند؟
عملکرد یک ربات صنعتی را میتوان به شکل ساده در چند مرحله مشاهده کرد:
دریافت اطلاعات
↓
پردازش
↓
تصمیم یا اجرای برنامه
↓
حرکت
↓
دریافت بازخورد
↓
اصلاح حرکت
در یک سیستم ساده، ربات میتواند بر اساس یک برنامه ثابت حرکت کند.
در یک سیستم پیشرفتهتر، ربات میتواند از سنسورها اطلاعات دریافت کند و حرکت خود را بر اساس شرایط واقعی محیط تنظیم کند.
اجزای اصلی ربات صنعتی
یک ربات صنعتی معمولاً از بخشهای مختلفی تشکیل شده است.
بازوی رباتیک
بازوی ربات بخش مکانیکی اصلی ربات است که وظیفه حرکت دادن ابزار یا قطعه را بر عهده دارد.
بازوی ربات میتواند دارای چند محور یا Degree of Freedom باشد.
محورها و مفاصل
هر مفصل یا Joint امکان ایجاد یک نوع حرکت را فراهم میکند.
رباتهای صنعتی میتوانند دارای تعداد مختلفی محور باشند.
رباتهای ششمحوره یکی از رایجترین انواع رباتهای صنعتی هستند.
موتورها
حرکت مفاصل ربات توسط موتورهای الکتریکی یا سایر محرکها ایجاد میشود.
در بسیاری از رباتهای صنعتی از سرووموتورها استفاده میشود؛ زیرا سروو امکان کنترل دقیق موقعیت، سرعت و گشتاور را فراهم میکند.
Servo Drive
Servo Drive وظیفه کنترل موتور سروو را بر عهده دارد.
کنترلر ربات فرمان حرکت را ایجاد میکند و Servo Drive توان و جریان مناسب موتور را کنترل میکند.
Encoder
Encoder اطلاعات مربوط به موقعیت یا سرعت موتور را در اختیار سیستم کنترل قرار میدهد.
این اطلاعات برای ایجاد Feedback و کنترل دقیق حرکت ربات بسیار مهم است.
Robot Controller
Robot Controller مغز کنترلی ربات است.
کنترلر ربات وظایفی مانند محاسبه مسیر حرکت، کنترل محورها، اجرای برنامه، پردازش اطلاعات سنسورها و ارتباط با تجهیزات دیگر را انجام میدهد.
در یک سیستم رباتیک صنعتی میتوان ساختار را به شکل زیر دید:
Robot Program
↓
Robot Controller
↓
Servo Drive
↓
Servo Motor
↓
Robot Arm
↓
End Effector
End Effector چیست؟
End Effector یا ابزار انتهایی، بخشی از ربات است که مستقیماً با قطعه یا فرآیند کار میکند.
بسته به کاربرد، End Effector میتواند یک گیره، ابزار جوشکاری، ابزار برش، مکنده، پیچگوشتی، ابزار ماشینکاری یا تجهیز دیگری باشد.
برای مثال، در یک ربات Pick and Place ممکن است End Effector یک گیره مکانیکی باشد.
در یک ربات جوشکار، End Effector میتواند مشعل جوشکاری باشد.
بنابراین یک ربات میتواند با تغییر End Effector برای کاربردهای مختلف آماده شود.
Degree of Freedom چیست؟
Degree of Freedom یا درجه آزادی مشخص میکند یک ربات چند حرکت مستقل قابل کنترل دارد.
برای مثال یک ربات ششمحوره میتواند شش حرکت یا محور مستقل داشته باشد.
تعداد و نوع محورهای ربات تأثیر زیادی بر قابلیت حرکت، فضای کاری و نوع کاربرد آن دارد.
رباتهای ششمحوره
رباتهای ششمحوره یکی از رایجترین انواع رباتهای صنعتی هستند.
این رباتها به دلیل آزادی حرکت بالا میتوانند ابزار را در موقعیتها و جهتهای مختلف قرار دهند.
به همین دلیل در کاربردهایی مانند:
جوشکاری
مونتاژ
رنگآمیزی
ماشینکاری
Pick and Place
و جابهجایی قطعات
بسیار مورد استفاده قرار میگیرند.
ربات Cartesian چیست؟
ربات Cartesian نوعی ربات است که حرکت آن بر اساس محورهای خطی انجام میشود.
این رباتها معمولاً در امتداد محورهای X، Y و Z حرکت میکنند.
ساختار ساده و دقت مناسب باعث شده است رباتهای Cartesian در کاربردهایی مانند:
Pick and Place
ماشینکاری
پرینت سهبعدی
جابهجایی
و سیستمهای اتوماسیون خطی
مورد استفاده قرار گیرند.
ربات SCARA چیست؟
SCARA یکی از انواع رباتهای صنعتی است که برای عملیات سریع و دقیق در صفحه افقی بسیار مناسب است.
این رباتها در کاربردهایی مانند:
مونتاژ
جابهجایی قطعات کوچک
بستهبندی
و Pick and Place
کاربرد زیادی دارند.
سرعت بالا و ساختار نسبتاً ساده از ویژگیهای مهم رباتهای SCARA است.
ربات Delta چیست؟
ربات Delta نوعی ربات موازی است که معمولاً برای عملیات بسیار سریع Pick and Place استفاده میشود.
این رباتها در صنایع غذایی، بستهبندی و خطوط تولید با سرعت بالا کاربرد زیادی دارند.
ویژگی اصلی آنها سرعت بسیار زیاد در جابهجایی قطعات سبک است.
ربات Collaborative یا Cobot چیست؟
Cobot یا Collaborative Robot به رباتی گفته میشود که برای همکاری نزدیکتر با انسان طراحی شده است.
رباتهای Collaborative معمولاً دارای قابلیتهای ایمنی و سنجش مناسب برای کاربردهایی هستند که انسان و ربات در یک فضای کاری مشترک فعالیت میکنند.
البته استفاده ایمن از Cobot نیز نیازمند طراحی درست سلول کاری، ارزیابی ریسک و رعایت استانداردهای مربوط به همان کاربرد است.
تفاوت ربات صنعتی و Cobot
رباتهای صنعتی سنتی معمولاً برای کار در سلولهای جداشده و محیطهای کنترلشده طراحی میشوند.
Cobotها برای برخی کاربردهایی طراحی شدهاند که تعامل نزدیکتری با اپراتور وجود دارد.
این به معنی آن نیست که Cobot در همه شرایط جایگزین ربات صنعتی معمولی است.
انتخاب نوع ربات باید بر اساس سرعت، ظرفیت بار، دقت، فضای کاری، فرآیند و الزامات ایمنی انجام شود.
ربات و PLC چه ارتباطی دارند؟
PLC و Robot Controller دو سیستم متفاوت هستند، اما در یک خط تولید میتوانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند.
PLC معمولاً منطق کلی ماشین و فرآیند را کنترل میکند.
Robot Controller حرکت و عملکرد خود ربات را کنترل میکند.
برای مثال:
Sensor
↓
PLC
↓
Robot Controller
↓
Robot
PLC میتواند تشخیص دهد که قطعه آماده است.
سپس به کنترلر ربات فرمان شروع عملیات بدهد.
کنترلر ربات نیز برنامه حرکتی خود را اجرا کند و عملیات Pick and Place را انجام دهد.
پس از پایان عملیات، ربات میتواند وضعیت خود را به PLC اعلام کند و فرآیند ادامه پیدا کند.
ربات و CNC
یکی از کاربردهای مهم رباتیک، ارتباط ربات با ماشینهای CNC است.
ربات میتواند قطعات را به ماشین CNC منتقل کند و پس از پایان عملیات، قطعه را خارج کند.
این فرآیند را میتوان به شکل زیر تصور کرد:
Raw Material
↓
Robot
↓
CNC Machine
↓
Machining
↓
Robot
↓
Finished Part
در این معماری، ربات میتواند عملیات Loading و Unloading ماشین را انجام دهد.
این روش یکی از کاربردهای رایج اتوماسیون رباتیک در کارخانهها است.
ربات پالتایزر چیست؟
پالتایزر رباتیک سیستمی است که برای قرار دادن محصولات یا قطعات روی پالت استفاده میشود.
ربات پالتایزر میتواند محصولات را از روی نوار نقاله دریافت کرده و طبق الگوی مشخص روی پالت قرار دهد.
در یک سیستم پالتایزینگ:
Conveyor
↓
Product Detection
↓
Robot
↓
Pallet
ربات میتواند الگوی چیدمان مشخصی را اجرا کند.
پالتایزرهای رباتیک در صنایع غذایی، دارویی، بستهبندی، کارتن، مواد اولیه و بسیاری از خطوط تولید استفاده میشوند.
ربات Pick and Place چیست؟
Pick and Place یکی از سادهترین و در عین حال پرکاربردترین عملیات رباتیک است.
در این فرآیند، ربات یک قطعه را از یک موقعیت دریافت کرده و در موقعیت دیگری قرار میدهد.
برای مثال:
Detect
↓
Pick
↓
Move
↓
Place
این کاربرد در خطوط مونتاژ، بستهبندی، مرتبسازی و انتقال قطعات بسیار رایج است.
ربات و Machine Vision
ترکیب رباتیک و Machine Vision یکی از مهمترین مسیرهای توسعه اتوماسیون هوشمند است.
دوربین میتواند تصویر قطعه را دریافت کند.
سیستم بینایی ماشین میتواند تصویر را پردازش کند.
موقعیت، شکل، رنگ یا کیفیت قطعه تشخیص داده شود.
سپس اطلاعات برای ربات ارسال شود.
ربات بر اساس اطلاعات دریافتشده، عملیات مناسب را انجام دهد.
برای مثال:
Camera
↓
Image Processing / AI
↓
Object Detection
↓
Robot Controller
↓
Robot Motion
این معماری اجازه میدهد ربات فقط یک حرکت ثابت را تکرار نکند، بلکه بتواند بر اساس شرایط واقعی قطعه تصمیم بگیرد.
هوش مصنوعی و رباتیک
هوش مصنوعی میتواند قابلیتهای رباتیک را افزایش دهد.
یک ربات سنتی ممکن است بر اساس یک برنامه ثابت حرکت کند.
اما در سیستمهای پیشرفتهتر، AI میتواند برای:
تشخیص اشیا
تشخیص موقعیت
تشخیص نقص
برنامهریزی مسیر
تشخیص شرایط غیرعادی
پیشبینی
و تصمیمگیری
مورد استفاده قرار گیرد.
برای مثال، یک دوربین میتواند چند قطعه متفاوت را تشخیص دهد و سیستم هوش مصنوعی تعیین کند هر قطعه باید به کدام مسیر منتقل شود.
سپس ربات بر اساس نتیجه تحلیل، عملیات مناسب را انجام دهد.
رباتیک و Machine Vision
ترکیب Robot + Vision یکی از مهمترین معماریهای اتوماسیون مدرن است.
در یک سیستم ساده، ربات حرکت از پیش تعیینشدهای دارد.
اما در سیستم Vision-Guided Robotics، دوربین و سیستم بینایی اطلاعات محیط را در اختیار ربات قرار میدهند.
این موضوع در کاربردهایی مانند:
Sort
Pick
Inspection
Assembly
Packaging
و Quality Control
کاربرد زیادی دارد.
رباتیک و کنترل کیفیت
یکی دیگر از کاربردهای مهم رباتیک، کنترل کیفیت است.
ربات میتواند قطعه را در موقعیت مناسب قرار دهد تا دوربین یا سنسور آن را بررسی کند.
سیستم Vision میتواند کیفیت قطعه را ارزیابی کند.
در صورت تأیید، قطعه وارد مسیر تولید شود.
در صورت وجود نقص، ربات میتواند قطعه را جدا کند.
برای مثال:
Robot
↓
Camera
↓
AI / Vision
↓
OK / NG
↓
Robot Sorting
این معماری میتواند سرعت و تکرارپذیری کنترل کیفیت را افزایش دهد.
رباتیک در کارخانه هوشمند
در کارخانه هوشمند، رباتها فقط تجهیزات مستقل نیستند.
ربات میتواند بخشی از شبکه صنعتی و اکوسیستم داده کارخانه باشد.
برای مثال:
Robot
↓
Robot Controller
↓
Industrial Network
↓
SCADA / IIoT
↓
Dashboard
↓
Data Analytics
در این معماری میتوان اطلاعاتی مانند:
تعداد سیکل
زمان کارکرد
تعداد قطعات
خطاها
زمان توقف
و وضعیت ربات
را ثبت و تحلیل کرد.
رباتیک و Industry 4.0
Industry 4.0 یا انقلاب صنعتی چهارم بر اتصال تجهیزات، داده، اتوماسیون، تحلیل و هوشمندی تأکید دارد.
رباتیک یکی از فناوریهای مهم این تحول است.
یک ربات مدرن میتواند:
به شبکه متصل شود.
داده تولید کند.
با PLC ارتباط داشته باشد.
با سیستم Vision کار کند.
با سیستم مدیریت تولید ارتباط برقرار کند.
و اطلاعات خود را در اختیار سامانههای تحلیل داده قرار دهد.
بنابراین رباتیک میتواند یکی از اجزای اصلی Smart Manufacturing باشد.
رباتیک و IoT
در معماری IoT و IIoT، ربات نیز میتواند یک تجهیز متصل باشد.
اطلاعات ربات میتواند شامل:
Position
Speed
Cycle Time
Alarm
Temperature
Motor Status
Production Count
و سایر پارامترها باشد.
این اطلاعات میتوانند برای مانیتورینگ، تحلیل عملکرد و نگهداری پیشگیرانه مورد استفاده قرار گیرند.
رباتیک و نگهداری پیشبینانه
یکی از کاربردهای مهم دادههای ربات، Predictive Maintenance یا نگهداری پیشبینانه است.
اگر اطلاعاتی مانند لرزش، دما، جریان موتور، تعداد سیکل و خطاهای ربات ثبت شوند، میتوان الگوهای غیرعادی را شناسایی کرد.
در سیستمهای پیشرفتهتر، هوش مصنوعی میتواند احتمال خرابی برخی اجزا را پیشبینی کند.
به این ترتیب، تعمیر و نگهداری میتواند از حالت واکنشی به سمت نگهداری مبتنی بر وضعیت و پیشبینی حرکت کند.
آیا ربات جایگزین انسان میشود؟
یکی از پرسشهای مهم درباره رباتیک این است که آیا رباتها جایگزین انسان خواهند شد؟
پاسخ سادهای برای همه صنایع وجود ندارد.
در بسیاری از کاربردها، هدف اصلی رباتیک حذف انسان نیست؛ بلکه حذف کارهای تکراری، خطرناک، سنگین یا بسیار دقیق از وظایف انسانی است.
در یک کارخانه مدرن، انسان میتواند وظایفی مانند:
طراحی
برنامهریزی
نظارت
تحلیل
نگهداری
تصمیمگیری
و مدیریت
را بر عهده داشته باشد و ربات عملیات تکراری یا فیزیکی را انجام دهد.
به همین دلیل، در بسیاری از کاربردهای جدید، آینده اتوماسیون بر همکاری انسان و ماشین استوار است.
رباتیک و ایمنی
ایمنی یکی از مهمترین موضوعات در طراحی سیستمهای رباتیک است.
ربات صنعتی میتواند سرعت و نیروی زیادی داشته باشد و در صورت طراحی نادرست سلول کاری خطر ایجاد کند.
به همین دلیل باید مواردی مانند:
Emergency Stop
Safety Door
Light Curtain
Safety Scanner
Safety PLC
محدودیت سرعت
محدودیت فضای کاری
و ارزیابی ریسک
در طراحی سیستم رباتیک در نظر گرفته شوند.
سیستم ایمنی باید متناسب با نوع ربات، کاربرد، محیط و استانداردهای مربوط به همان ماشین طراحی شود.
آینده رباتیک
آینده رباتیک به سمت ترکیب چند فناوری مهم حرکت میکند.
رباتیک
IoT
Machine Vision
Artificial Intelligence
Edge Computing
Digital Twin
Smart Manufacturing
در این معماری، ربات فقط یک بازوی مکانیکی نیست.
ربات میتواند یک تجهیز هوشمند، متصل و دادهمحور باشد که با سایر ماشینها و سامانههای کارخانه ارتباط برقرار میکند.
رباتهای آینده میتوانند محیط را بهتر درک کنند، از دوربین و سنسورها استفاده کنند، شرایط کاری را تحلیل کنند و در برخی کاربردها مسیر یا عملکرد خود را بر اساس اطلاعات واقعی محیط تغییر دهند.
روباتیک و سیستمهای سایبر-فیزیکی
رباتیک ارتباط بسیار نزدیکی با مفهوم Cyber-Physical Systems یا CPS دارد.
در یک سیستم سایبر-فیزیکی، دنیای فیزیکی و دنیای دیجیتال با یکدیگر در ارتباط هستند.
ربات نیز دقیقاً چنین ساختاری دارد.
سنسورها اطلاعات وضعیت ربات و محیط را دریافت میکنند.
کنترلر این اطلاعات را پردازش میکند.
برنامه یا الگوریتم تصمیم لازم را ایجاد میکند.
موتورها حرکت را انجام میدهند.
سنسورها دوباره وضعیت واقعی را اندازهگیری میکنند.
این چرخه بهصورت مداوم تکرار میشود.
به همین دلیل، رباتیک را میتوان یکی از نمونههای مهم سیستمهای سایبر-فیزیکی در صنعت دانست.
مانا افزار سپهر و اتوماسیون رباتیک
مانا افزار سپهر در حوزه اتوماسیون صنعتی، تجهیزات هوشمند، کنترل، ارتباطات صنعتی، IoT، پردازش تصویر و هوش مصنوعی فعالیت میکند.
ترکیب این فناوریها میتواند امکان توسعه راهکارهای رباتیک و اتوماسیون هوشمند را فراهم کند.
در یک سیستم رباتیک مدرن، ربات میتواند با PLC، سنسورها، دوربین، سیستم بینایی ماشین، داشبورد، شبکه صنعتی و سامانههای مدیریت تولید ارتباط داشته باشد.
این همان مسیری است که اتوماسیون صنعتی را از یک سیستم صرفاً مکانیکی و کنترلی به سمت کارخانه هوشمند و سیستمهای سایبر-فیزیکی هدایت میکند.
جمعبندی
روباتیک یا Robotics دانش و فناوری طراحی، ساخت، کنترل و استفاده از رباتهاست.
رباتهای صنعتی امروزه در بسیاری از فرآیندهای تولیدی مانند جوشکاری، مونتاژ، جابهجایی، بستهبندی، پالتایزینگ، کنترل کیفیت و ماشینکاری مورد استفاده قرار میگیرند.
یک سیستم رباتیک معمولاً از بازوی مکانیکی، موتورها، Servo Drive، Encoder، کنترلر، سنسورها و ابزار انتهایی تشکیل شده است.
در نسل جدید، رباتیک با PLC، Machine Vision، IoT، هوش مصنوعی، Edge Computing و سیستمهای مدیریت تولید ترکیب میشود.
به همین دلیل، رباتیک دیگر فقط به معنی حرکت دادن یک بازوی مکانیکی نیست.
روباتیک بخشی از مسیر حرکت صنعت به سمت اتوماسیون هوشمند، Smart Manufacturing و Industry 4.0 است.
در نهایت میتوان مسیر یک سیستم رباتیک هوشمند را اینگونه خلاصه کرد:
Sense
↓
Connect
↓
Understand
↓
Decide
↓
Act
↓
Feedback
یعنی:
اندازهگیری
↓
اتصال
↓
درک
↓
تصمیم
↓
اقدام
↓
بازخورد
مطالب مرتبط
اتوماسیون صنعتی چیست؟
PLC چیست؟
CNC Controller چیست؟
سرووموتور چیست؟
Servo Drive چیست؟
Machine Vision چیست؟
هوش مصنوعی چیست؟
کارخانه هوشمند چیست؟
Industry 4.0 چیست؟
اینترنت اشیاء صنعتی چیست؟
سیستم سایبر-فیزیکی چیست؟
کنترل کیفیت با پردازش تصویر چیست؟
پالتایزر رباتیک چیست؟
مانا افزار سپهر
برای آشنایی با راهکارهای مانا افزار سپهر در حوزه اتوماسیون صنعتی، رباتیک، تجهیزات هوشمند، IoT، پردازش تصویر و هوش مصنوعی میتوانید به وبسایت مانا افزار سپهر مراجعه کنید.
manaafzar.com