رباتهای جوشکاری را میتوان بر اساس روش محرک آنها طبقهبندی کرد.
رباتهای جوشکاری واحدهای اجرایی اصلی خطوط تولید خودکار مدرن جوشکاری هستند. دقت حرکتی، سرعت پاسخدهی و ظرفیت باربری آنها عمدتاً به عملکرد سیستم محرک بستگی دارد. سیستم محرک وظیفه تبدیل دستورات کنترلی به حرکات مفاصل ربات را بر عهده دارد.
روشهای محرک رباتهای جوشکاری عمدتاً به انواع اصلی زیر تقسیمبندی میشوند:
1.ربات انتقال هیدرولیکی: همانطور که از نام آن پیداست، این نوع ربات از نیروی هیدرولیک برای انجام حرکات مکانیکی استفاده میکند. ویژگیهای آن شامل: ظرفیت گرفتن بیش از ۱۰۰ کیلوگرم، انتقال نرم، ساختار فشرده و حرکت حساس است. با این حال، نیازمندیهای بسیار دقیقی نسبت به اجزای آببندی دارد.
مزایا:
نسبت توان به وزن بالا: نیروی خروجی بسیار بیشتر از درایوهای پنوماتیک و الکتریکی برای حجم یکسان است.
حرکت滑س: روغن هیدرولیک دارای خواص میراکنندگی و مقاومت شدید در برابر ضربه است.
خودروانِسن: روغن هیدرولیک قطعات متحرک را روانکاری میکند و عمر کارکرد طولانیای دارد.
محدودیتها:
مستعد نشتی: سایش آببندها میتواند بهراحتی منجر به نشت روغن و آلودگی قطعه جوششده شود.
حساسیت به افزایش دما: تغییرات دمای روغن، باعث تغییر ویسکوزیته میشود و دقت کنترل را تحت تأثیر قرار میدهد.
نگهداری پیچیده: نیازمند ایستگاه هیدرولیک، سیستم خنککننده و فیلتراسیون بوده و فضای زیادی اشغال میکند.
2.دستکارههای پنوماتیک دستکارههایی هستند که از هوای فشرده برای بهحرکت درآوردن عملگرهايشان استفاده میکنند. مزایای اصلی آنها عبارتند از: دسترسی آسان به منبع هوا، نیروی خروجی پایین، عملکرد سریع پنوماتیک، ساختار نسبتاً ساده و هزینهٔ پایین. با این حال، معایب آنها شامل پایداری ضعیف در سرعت عملیاتی به دلیل قابلیت فشردهشدن هوا، ضربههای قابل توجه و وزن بارگیری محدودی بهطور کلی حدود ۳۰ کیلوگرم است که ناشی از فشار نسبتاً پایین هوا میباشد. در مقایسه با دستکارههای هیدرولیک، دستکارههای پنوماتیک برای محیطهایی با سرعت بالا، بار سبک، دمای بالا و گردوغبار زیاد مناسبتر هستند.
مزایا:
هزینه کم: منبع هوا و عملگرها ارزانقیمت و نگهداری ساده.
بدون ایجاد گرما: پراکندگی حرارت مناسب، مناسب برای اعمال کمکی در محیطهای جوشکاری با دمای بالا.
تمیز: خروجی بدون آلودگی.
محدودیتها:
توانایی ضعیف در موقعیتیابی: دستیابی به موقعیتهای دلخواه در نقاط میانی دشوار است؛ تنها برای موقعیتهای انتهایی مناسب است.
حرکت خزشی در سرعت پایین: حرکت ناپایدار در سرعتهای پایین.
سر و صدای بالا: سر و صدای خروجی معمولاً از ۷۵ دسیبل فراتر میرود.
۳. بازوی رباتیک انتقال مکانیکی: این نوع بازوی رباتیک توسط مکانیزم انتقال مکانیکی به حرکت درمیآید. این بازوی رباتیک تخصصی، به ابزار ماشین اصلی متصل شده و انرژی آن عمدتاً از مکانیزم کاری این ماشین انتقال مییابد. ویژگیهای اصلی آن، حرکت دقیق و قابل اعتماد، فراوانی بالای عملیات و ساختار بزرگتر است؛ اما برنامه حرکتی آن ثابت است. این بازو معمولاً برای بارگیری و تخلیه مواد روی ابزار ماشین اصلی استفاده میشود.
مزایا:
دقت بالا و نسبت انتقال دقیق: انتقال مکانیکی بر پایه تماس یا درگیری سفت و سخت (مانند چرخدندهها یا مهرههای پیشرونده) است و هیچ لغزشی در آن رخ نمیدهد؛ بنابراین نسبت انتقال دقیق و تکرارپذیری بالایی دارد. این روش از مشکلات رایج سیستمهای هیدرولیکی مانند نشتی یا هیسترزیس جلوگیری میکند.
سرعت پاسخدهی سریع: اجزای مکانیکی دارای سفتی بالا هستند و فاقد قابلیت فشردگی روغن هیدرولیک یا گاز میباشند؛ در نتیجه انتقال حرکت بهصورت مستقیم و پاسخدهی سریع در شروع، توقف و معکوسشدن انجام میشود که برای کارکرد با سرعت بالا مناسب است.
ظرفیت باربری قوی: از طریق یک گیربکس یا مکانیزم اتصال بهخوبی طراحیشده، این سیستم میتواند بارهای استاتیکی و دینامیکی بزرگ را تحمل کند و دارای بازده انتقال بالا است (بهویژه انتقال چرخدندهای که بازدهی بیش از ۹۰٪ دارد).
قابلیت اطمینان بالا و عمر طولانی: در شرایط روانکاری مناسب و کارکرد عادی، اجزای مکانیکی دارای عمر خستگی طولانی، الگوهای شکست مشخص و قابل پیشبینی و نگهداری آسان هستند.
مزایا: سازگاری قوی با محیط: برخلاف محرکهای الکتریکی که در برابر تداخلات الکترومغناطیسی حساس هستند و برخلاف محرکهای هیدرولیکی که در برابر آلودگی روغن آسیبپذیرند، انتقالدهندههای صرفاً مکانیکی تحمل معینی نسبت به محیطهای سختتر مانند دماهای بالا، گرد و غبار و تابش دارند.
محدودیتها:
ساختار پیچیده و ابعاد/وزن زیاد: دستیابی به حرکات چنددرجهای آزادی نیازمند ترکیبات پیچیدهای از اتصالات، مفاصل و چرخدندهها است که منجر به ایجاد رباتی بزرگجثه با گشتاور اینرسی بالا میشود و عملکرد دینامیکی سرعتبالا را محدود میکند.
انعطافپذیری ضعیف: پس از تکمیل طراحی و ساخت انتقالدهندههای صرفاً مکانیکی (مانند کامها و مکانیزمهای اتصالی)، مسیر حرکت و طول حرکت ثابت میشوند و تنظیم آنها برای نیازهای تولید انعطافپذیر با تنوع زیاد و حجم کم بسیار دشوار میگردد. تغییر مسیر حرکت معمولاً مستلزم جایگزینی کام یا تنظیم مجدد مکانیزم اتصالی است که زمانبر و پرهزینه است.
وجود بازخورد (بکلش): همپوشانی چرخدندهها و اتصالات مفصلی بهطور اجتنابناپذیری باعث ایجاد بازخورد میشود. سایش بلندمدت این بازخورد را تشدید کرده و منجر به کاهش دقت حرکت انتقالی و موقعیتیابی میشود و در نتیجه کیفیت مسیرهای جوشکاری را تحت تأثیر قرار میدهد.
هزینههای ساخت بالا و نیازهای نگهداری شدید: چرخدندههای دقیق، مهرههای پیشرونده با دقت بالا و سایر قطعات، تولید آنها دشوار و پرهزینه است. همزمان، اتصالات مکانیکی نیازمند روانکاری منظم، جلوگیری از ورود گرد و غبار و نظارت بر سایش هستند که منجر به بار کاری سنگین نگهداری میشود.
مزایا: صدا و ارتعاش: در حین کار در سرعتهای بالا، ضربهی تماس چرخدندهها و اینرسی اتصالات، صدای قابل توجهی و ارتعاش مکانیکی ایجاد میکنند که ممکن است بر پایداری قوس جوشکاری تأثیر بگذارد.
۴. بازوی رباتیک محرک الکتریکی: این نوع بازوی رباتیک از یک موتور القایی با ساختار ویژه، سیستم الکترومکانیکی خطی یا موتور گامی تواندار برای بهطور مستقیم بهحرکت درآوردن عملگر استفاده میکند. از آنجا که نیازی به مکانیزم تبدیل میانی نیست، ساختار مکانیکی نسبتاً ساده است. بهویژه بازوهای رباتیک موتور خطی، سرعت بالا و طول حرکت بلندی دارند و نگهداری و استفاده از آنها بسیار آسان است.
مزایا:
بالاترین دقت: توانایی جوشکاری منحنیهای فضایی پیچیده (مانند قوسهای دایرهای و منحنیهای اسپلاین).
کنترل انعطافپذیر: آسان برای دیجیتالسازی، شبکهسازی و اجرای برنامهریزی آموزشی.
کارایی انرژی بالا: بازده تبدیل انرژی میتواند بیش از ۹۰ درصد باشد و مصرف توان در حالت آمادهبهکار بسیار پایین است.
نگهداری کم: نیازی به روغن هیدرولیک یا لولههای هوا ندارد که این امر خلوص سیستم را تضمین میکند.
محدودیتها:
هزینه بالا: موتورهای سروو و کاهندههای دقیق گرانقیمت هستند.
محافظت در برابر گرمای بیش از حد: نیاز به پایش سیستم خنککننده موتور در طول جوشکاری با سرعت بالا و بار کامل و برای مدت طولانی وجود دارد.
حساس به تداخل الکترومغناطیسی: نیازمند محافظت مناسب (شیلدینگ) و اتصال به زمین (گراندینگ) است.
بهطور کلی، رباتهای جوشکاری مدرن در حال پیشرفت به سمت الکتریکیشدن کامل، دقت بالا، شبکهبندی و همکاری هستند. ادغام عمیق سیستمهای حرکتی و انتقال قدرت (مانند حذف کاهندهها در موتورهای گشتاور با اندازهگیری مستقیم و ادغام ماژولهای حرکتی درون مفاصل) بهطور بیشتری قابلیت اطمینان و عملکرد ردیابی مسیر را بهبود میبخشد. در آینده، با ترکیب الگوریتمهای کنترل سروو (مانند کنترل نیرو و سروویسدهی بصری) و فناوری هوش مصنوعی، رباتهای جوشکاری به سمت هوشمندی و انعطافپذیری بیشتری تکامل خواهند یافت تا بتوانند با فرآیندهای جوشکاری پیچیدهتر و نیازهای محیط تولیدی متغیرتر سازگار شوند.
