تاریخچه توسعه ربات های صنعتی: تکامل از بازوهای رباتیک به تولید هوشمند

1. خاستگاه روبات های صنعتی اختراع ربات های صنعتی را می توان به سال 1954 ردیابی کرد، زمانی که جورج دیول برای ثبت اختراع در مورد تبدیل قطعات قابل برنامه ریزی درخواست داد. پس از همکاری با جوزف انگلبرگر، اولین شرکت روباتی Unimation در جهان تأسیس شد و اولین ربات در خط تولید جنرال موتورز در سال 1961 مورد استفاده قرار گرفت، عمدتاً برای بیرون کشیدن قطعات از یک ماشین ریخته گری. اکثر دستکاری‌های جهانی با نیروی هیدرولیکی (Unimates) در سال‌های بعد فروخته شدند که برای دستکاری اعضای بدن و جوشکاری نقطه‌ای استفاده می‌شدند. هر دو برنامه موفقیت آمیز بودند، که نشان می دهد ربات ها می توانند قابل اعتماد کار کنند و کیفیت استاندارد را تضمین کنند. به زودی، بسیاری از شرکت های دیگر شروع به توسعه و ساخت ربات های صنعتی کردند. صنعتی با نوآوری متولد شد. با این حال، سال ها طول کشید تا این صنعت واقعاً سودآور شود.
2. بازوی استنفورد: یک پیشرفت بزرگ در رباتیک پیشگامانه "بازوی استنفورد" توسط ویکتور شاینمن در سال 1969 به عنوان نمونه اولیه یک پروژه تحقیقاتی طراحی شد. او دانشجوی رشته مهندسی در گروه مهندسی مکانیک بود و در آزمایشگاه هوش مصنوعی استانفورد کار می کرد. "Stanford Arm" دارای 6 درجه آزادی است و دستکاری کننده کاملاً برقی شده توسط یک رایانه استاندارد کنترل می شود، یک دستگاه دیجیتال به نام PDP-6. این ساختار سینماتیکی غیر انسانی دارای یک منشور و پنج مفصل چرخشی است که حل معادلات سینماتیکی ربات را آسان می کند و در نتیجه قدرت محاسباتی را تسریع می کند. ماژول درایو از یک موتور DC، یک محرک هارمونیک و یک کاهنده دنده خار، یک پتانسیومتر و یک سرعت سنج برای بازخورد موقعیت و سرعت تشکیل شده است. طراحی بعدی ربات عمیقاً تحت تأثیر ایده های شاینمن قرار گرفت.

3. تولد ربات صنعتی کاملا برق دار در سال 1973، ASEA (اکنون ABB) اولین ربات صنعتی IRB-6 را که با میکرو کامپیوتر کنترل می شود، راه اندازی کرد. می تواند حرکت مسیر پیوسته را انجام دهد که پیش نیاز جوشکاری و پردازش قوس الکتریکی است. گزارش شده است که این طراحی ثابت کرده است که بسیار قوی است و عمر ربات تا 20 سال است. در دهه 1970، روبات ها به سرعت در صنعت خودروسازی، عمدتاً برای جوشکاری و بارگیری و تخلیه، گسترش یافتند.

4. طراحی انقلابی ربات‌های SCARA در سال 1978، یک ربات مونتاژ انتخابی سازگار (SCARA) توسط هیروشی ماکینو در دانشگاه یاماناشی، ژاپن توسعه یافت. این طراحی کم‌هزینه چهار محوره کاملاً با نیازهای مونتاژ قطعات کوچک تطبیق داده شد، زیرا ساختار سینماتیک امکان حرکات سریع و سازگار بازو را فراهم می‌کرد. سیستم‌های مونتاژ انعطاف‌پذیر مبتنی بر ربات‌های SCARA با سازگاری خوب با طراحی محصول، توسعه محصولات الکترونیکی و مصرفی با حجم بالا را در سراسر جهان ارتقاء داده‌اند.
5. توسعه ربات های سبک وزن و موازی الزامات سرعت و جرم ربات منجر به طراحی های حرکتی و انتقال جدید شده است. از همان روزهای اولیه، کاهش جرم و اینرسی ساختار ربات یک هدف اصلی تحقیقاتی بود. نسبت وزن 1:1 به دست انسان معیار نهایی در نظر گرفته شد. در سال 2006، این هدف توسط یک ربات سبک وزن از KUKA محقق شد. این یک بازوی رباتی جمع و جور با هفت درجه آزادی با قابلیت های پیشرفته کنترل نیرو است. راه دیگری برای دستیابی به هدف سبک وزن و ساختار سفت و سخت از دهه 1980 کشف و دنبال شده است، یعنی توسعه ماشین ابزارهای موازی. این ماشین ها افکتورهای انتهایی خود را از طریق 3 تا 6 براکت موازی به ماژول پایه ماشین متصل می کنند. این ربات‌های موازی برای سرعت بالا (مانند گرفتن)، دقت بالا (مانند پردازش) یا حمل بارهای بالا بسیار مناسب هستند. با این حال، فضای کاری آنها کوچکتر از ربات های مشابه سریال یا حلقه باز است.

6. روبات‌های دکارتی و ربات‌های دو دستی در حال حاضر، ربات‌های دکارتی هنوز برای کاربردهایی که به محیط کاری گسترده نیاز دارند، مناسب هستند. علاوه بر طراحی سنتی با استفاده از محورهای ترجمه متعامد سه بعدی، گودل در سال 1998 یک ساختار قاب بشکه ای بریدگی را پیشنهاد کرد. این مفهوم به یک یا چند بازوی ربات اجازه می دهد تا در یک سیستم انتقال بسته ردیابی و گردش کنند. به این ترتیب می توان فضای کاری ربات را با سرعت و دقت بالا بهبود بخشید. این ممکن است به ویژه در لجستیک و تولید ماشین ارزشمند باشد. عملکرد ظریف دو دست برای کارهای پیچیده مونتاژ، پردازش عملیات همزمان و بارگذاری اشیاء بزرگ بسیار مهم است. اولین ربات دو دستی همزمان که به صورت تجاری در دسترس است توسط موتومان در سال 2005 معرفی شد. به عنوان یک ربات دو دستی که دستیابی و مهارت بازوی انسان را تقلید می کند، می تواند در فضایی قرار گیرد که قبلاً کارگران در آن کار می کردند. بنابراین می توان هزینه های سرمایه ای را کاهش داد. دارای 13 محور حرکت: 6 محور در هر دست، به اضافه یک محور برای چرخش اولیه.
7. روبات‌های متحرک (AGV) و سیستم‌های تولید انعطاف‌پذیر در همان زمان، وسایل نقلیه هدایت‌شونده خودکار رباتیک صنعتی (AGVs) ظهور کردند. این ربات‌های متحرک می‌توانند در یک فضای کاری حرکت کنند یا برای بارگیری تجهیزات نقطه به نقطه مورد استفاده قرار گیرند. در مفهوم سیستم‌های تولید انعطاف‌پذیر خودکار (FMS)، AGV‌ها به بخش مهمی از انعطاف‌پذیری مسیر تبدیل شده‌اند. در اصل، AGVها برای ناوبری حرکتی به پلتفرم‌های از پیش آماده‌شده مانند سیم‌ها یا آهن‌رباهای تعبیه‌شده متکی بودند. در همین حال، AGV های ناوبری آزاد در تولید و تدارکات در مقیاس بزرگ استفاده می شود. معمولاً ناوبری آنها بر اساس اسکنرهای لیزری است که نقشه دو بعدی دقیقی از محیط واقعی فعلی برای موقعیت یابی مستقل و اجتناب از موانع ارائه می دهد. از ابتدا ترکیبی از AGV ها و بازوهای ربات قادر به بارگیری و تخلیه خودکار ماشین ابزارها در نظر گرفته شد. اما در واقع، این بازوهای رباتیک تنها در موارد خاص، مانند بارگیری و تخلیه دستگاه ها در صنعت نیمه هادی، دارای مزایای اقتصادی و هزینه ای هستند.

8. هفت روند اصلی توسعه روبات‌های صنعتی تا سال 2007، تکامل ربات‌های صنعتی را می‌توان با روندهای اصلی زیر مشخص کرد: 1. کاهش هزینه و بهبود عملکرد - میانگین قیمت واحد ربات‌ها به 1/3 قیمت اولیه ربات‌های معادل در سال 1990 کاهش یافته است، که به این معنی است که اتوماسیون در حال ارزان‌تر شدن است. سرعت، ظرفیت بار، میانگین زمان بین خرابی MTBF) به طور قابل توجهی بهبود یافته است. 2. ادغام فناوری رایانه شخصی و اجزای فناوری اطلاعات - فناوری رایانه شخصی (PC)، نرم افزار درجه یک مصرف کننده و اجزای آماده ارائه شده توسط صنعت فناوری اطلاعات به طور مؤثری مقرون به صرفه بودن روبات ها را بهبود بخشیده است. - اکنون، اکثر تولیدکنندگان پردازنده های مبتنی بر رایانه شخصی و همچنین برنامه نویسی، ارتباطات و شبیه سازی را در کنترلر ادغام می کنند و از بازار برای حفظ فناوری اطلاعات با بازده بالا استفاده می کنند. 3. کنترل مشارکتی چند ربات - چندین ربات را می توان برنامه ریزی و هماهنگ کرد و در زمان واقعی از طریق یک کنترلر همگام سازی کرد که به ربات ها اجازه می دهد دقیقاً با هم در یک فضای کاری واحد کار کنند. 4. استفاده گسترده از سیستم های بینایی - سیستم های بینایی برای تشخیص اشیا، موقعیت یابی و کنترل کیفیت به طور فزاینده ای به بخشی از کنترل کننده های ربات تبدیل می شوند. شبکه و کنترل از راه دور – ربات ها برای کنترل، پیکربندی و نگهداری بهتر از طریق فیلدباس یا اترنت به شبکه متصل می شوند. مدل‌های کسب‌وکار جدید – طرح‌های مالی جدید به کاربران نهایی امکان می‌دهد ربات‌ها را اجاره کنند یا یک شرکت حرفه‌ای یا حتی یک ارائه‌دهنده ربات یک واحد ربات را اداره کنند، که می‌تواند ریسک‌های سرمایه‌گذاری را کاهش داده و در هزینه‌ها صرفه‌جویی کند. رواج آموزش و آموزش - آموزش و یادگیری به خدمات مهمی برای شناسایی رباتیک توسط کاربران نهایی تبدیل شده است. - مواد و دوره‌های چند رسانه‌ای حرفه‌ای برای آموزش مهندسان و کارگران طراحی شده‌اند تا آنها را قادر به برنامه‌ریزی، برنامه‌ریزی، بهره‌برداری و نگهداری از واحدهای روباتی به‌طور مؤثری کنند.

،