المكونات الآلية المخصصة هي ما يجعل الروبوتات الحديثة ناجحة في ما تقوم به. يشمل ذلك كل شيء بدءًا من الروبوتات الجراحية التي يمكنها ربط عقدة في ساق الكرز، وصولاً إلى الروبوتات البشرية بالحجم الطبيعي التي تحتوي على مفصل ورك ينقل عزم الدوران مع كل خطوة يتم اتخاذها.
عند تصميم خدمة جديدة أو إنسان آلي (أو طائرة بدون طيار متخصصة، أو ذراع أتمتة صناعية، أو حتى أجزاء مخصصة للروبوتات الخدمية)، كل جرام وكل ميكرون من المادة يؤثر على كيفية ظهور مشروعك. يمكن أن يؤدي عدم محاذاة بسيط بمقدار ميكرونين في مفصل جزء مُجمَّع إلى حركة غير مقصودة وغير سلسة، أو تآكل مبكر للأجزاء، أو فشل كامل للنظام.
يقدم لك هذا الدليل نظرة عامة حول كيفية إنشاء أجزاء روبوت مخصصة عالية الأداء من البداية إلى النهاية، بما في ذلك الخطوات المتضمنة في إنشاء أو شراء أجزاء الروبوت المخصصة، ومبادئ تصميم المفاصل، واعتبارات المواد، وتقنيات التصنيع المتقدمة، وأخيراً مراقبة الجودة. بحلول نهاية هذا الكتاب، سيكون لديك معلومات كافية لتجهيز المعلومات وطرح الأسئلة المناسبة عند شراء أجزاء روبوت مخصصة (أو الشراكة مع خبير لتصنيع أجزاء الروبوت المخصصة).
إذا كان الروبوت جسداً، فإن مفاصله هي نقاط الحركة التي تحدد خفة الحركة والدقة والعمر الافتراضي. ضعف تصميم المفصل هو السبب الأكبر لفشل الروبوتات الواعدة في التطبيقات الميدانية.
عند تصميم مفاصل الروبوتات البشرية أو الصناعية، ركز على ثلاثة مجالات مترابطة:
1. متطلبات التمركز والتوافق:
يجب تصميم التجويف الداخلي للمكون الحامل للحمولة في المفصل بتمركز مثالي، بحيث يكون الغلاف الخارجي متحد المركز معه تماماً، وذلك لتوفير دوران سلس للعنصر الحامل للحمولة بداخله. بالنسبة للمفاصل المعرضة لأحمال عالية (الوركين/الركبتين)، يوصى بتفاوت ±0.01 مم واستدارة أقل من أو تساوي 0.008 مم.
2. توزيع الحمولة ونصف قطر الشرائح:
كل زاوية داخلية حادة لديها احتمالية لبدء التشقق بسبب التحميل الدوري المتكرر. من الأفضل تضمين أنصاف أقطار شرائح كافية (≥1 مم) في ملف CAD لاستيعاب توزيع الحمولة ومنع الفشل المبكر للمفصل بسبب أعطال الإجهاد.
3. تشطيب سطح الاحتكاك:
سطح التشطيب على أي مكون يتلامس مع مكونات أخرى سيؤثر على أداء المفصل. إن تشغيل تشطيب المكونات إلى تشطيب سطحي أقل من أو يساوي Ra=0.4 ميكرومتر يقلل بشكل كبير من كمية الحرارة المتولدة من الاحتكاك، ويطيل عمر المفصل ويحافظ على دقة حركة مكونات المفصل على مدى ملايين الدورات.
اختيار المواد له تأثير كبير على الأداء، وقابلية التصنيع، والتكلفة. إليك مقارنة بين المجموعات الأربع الأكثر شيوعاً من المواد لأجزاء الروبوت المعدنية المخصصة وأجزاء الروبوت البلاستيكية المخصصة.
| مجموعة المواد | المزايا الرئيسية | أفضل التطبيقات | صعوبة التصنيع | التكلفة النسبية |
| الألمنيوم (6061-T6، 7075-T6) | خفيف الوزن (أخف بنسبة 40% من الفولاذ)، قابلية تصنيع ممتازة، موصلية حرارية جيدة | هياكل الطائرات بدون طيار، شاسيه الروبوت، المشتتات الحرارية، الأقواس الهيكلية متوسطة الحجم | سهل – قطع عالي السرعة | منخفض إلى متوسط |
| التيتانيوم (الدرجة 5 / Ti-6Al-4V) | نسبة قوة إلى وزن استثنائية (880 ميجا باسكال)، متوافق حيوياً، مقاوم للتآكل | مفاصل عالية التحميل (وركي/ركبي الإنسان الآلي)، أجزاء الروبوتات الجراحية، الهياكل الإنشائية من الدرجة الفضائية | صعب – موصلية حرارية منخفضة، تآكل عالي للأدوات | مرتفع |
| الفولاذ المقاوم للصدأ (304، 316، 17-4 PH) | قوة عالية، مقاوم للتآكل، قابل للتعقيم | أعمدة نقل الحركة، الأدوات الجراحية، الأسطح عالية التآكل | متوسط | متوسط |
| البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) | صلب للغاية، خفيف الوزن للغاية، تمدد حراري ضئيل | أجزاء الذراع عالية السرعة، أغلفة مفاصل خفيفة الوزن، مراوح الطائرات بدون طيار | صعب – يتطلب قطعاً طبقيًا بسرعة منخفضة لمنع التصفيح | مرتفع |
| PEEK / Delrin (اللدائن الهندسية) | ذاتي التزييت، خفيف الوزن (كثافة 50% من الألمنيوم)، مقاوم للمواد الكيميائية | التروس، الجلب، المكونات العازلة، أكمام التآكل | سهل – يتطلب تحكماً دقيقاً بالحرارة | متوسط |
ألمنيوم 7075 هو الخيار الأمثل لمعظم هياكل وأذرع الروبوتات المخصصة. إنه قوي بما يكفي للأحمال الديناميكية، وسهل التصنيع، وفعال من حيث التكلفة للإنتاج بكميات كبيرة.
أجزاء الروبوت المخصصة المصنعة بتقنية CNC من التيتانيوم يجب أن تُخصص للمكونات عالية التحميل الحرجة حيث تبرر توفير الوزن ومقاومة التآكل تعقيد التصنيع والتكلفة الإضافية.
أجزاء الروبوت المخصصة من PEEK تتفوق في التطبيقات التي تتطلب احتكاكاً منخفضاً، وعزلاً كهربائياً، ومقاومة للتآكل - مثل الجلب، والتروس، وأغلفة أجهزة الاستشعار.
هناك طرق عديدة لبناء أجزاء مخصصة. إليك مقارنة سريعة لأكثر الطرق صلة بالروبوتات:
| العملية | كيف تعمل | الأفضل لـ | القيود |
| التصنيع باستخدام الحاسب الآلي CNC | عملية طرح باستخدام أدوات دوارة لقطع كتل صلبة. تدعم المعادن واللدائن بدقة تصل إلى ±0.003–0.01 مم. | الأجزاء الوظيفية الحاملة للحمولة (التروس، المفاصل، الهياكل الإنشائية)؛ كل من النماذج الأولية والإنتاج | أكثر تكلفة للأحجام العالية جداً (50,000 قطعة) |
| الطباعة ثلاثية الأبعاد (الإضافة) | تبني الأجزاء طبقة تلو الأخرى من بيانات CAD. لا حاجة للأدوات. | نماذج مفاهيمية سريعة، هياكل شبكية داخلية معقدة، نمذجة أولية لأجزاء الروبوت المخصصة في المراحل المبكرة | دقة وتشطيب سطحي أقل؛ قوة مادية محدودة |
| القولبة بالحقن | حقن البلاستيك المنصهر في قوالب معدنية. تكلفة إعداد عالية، تكلفة وحدة منخفضة جداً. | الإنتاج على نطاق واسع (50,000+ وحدة) من الأغلفة البلاستيكية والموصلات والأغطية | تكلفة أدوات أولية عالية؛ غير مناسب للمعادن أو الدفعات الصغيرة |
| القطع بالليزر | يستخدم شعاع ليزر مركّز لقطع المواد الصفائحية. | الألواح المعدنية أو البلاستيكية الرقيقة، الأقواس المسطحة، وألواح شاسيه الروبوت | يقتصر على الأشكال ثنائية الأبعاد؛ لا يوجد أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد معقدة |
بالنسبة لمعظم مطوري الروبوتات، فإن سير العمل الأمثل يجمع بين التصنيع باستخدام الحاسب الآلي للأجزاء الهيكلية والوظيفية بالإضافة إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد للتكرار السريع للأغطية غير الحاملة للحمولة، مما يؤدي إلى أجزاء الروبوت المقولبة بالحقن فقط بعد تجميد التصميم النهائي.
تعلم المزيد حول قدرات التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي من فالكون CNC سويس لأجزاء الروبوت المخصصة.
الجزء الذي يبدو مثالياً للعين المجردة قد لا يزال خارج نطاق التسامح ويسبب فشل التجميع.
التفاوتات القياسية لمكونات الروبوت
| نوع المكون | التفاوت البعدي | تشطيب السطح | ملاحظات |
| الهياكل الإنشائية والأقواس العامة | ±0.02 مم – ±0.05 مم | Ra 1.6 ميكرومتر | دقة قياسية لشاسيه الروبوت والأجزاء غير المتحركة |
| المفاصل الحرجة للحركة ومقاعد المحامل |
خدمة التصنيع الدقيق ذات الصلة
المزيد من الأخبار عن التصنيع الدقيق
|
الإنجليزية 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
русский 
العربية 
