انتخاب کوبات (ربات مبتنی بر همکاری)

در میان جدیدترین پیشرفت‌ها در صنعت روباتیک، کوبات‌ها (ربات‌های همکار) به چشم می‌خورند که دنیای صنعت را متحول کرده‌اند.

کوبات‌ها ماشین‌های پیچیده‌ای هستند که در کنار انسان‌ها کار می‌کنند. آن ها به اپراتور انسانی در یک فرآیند همکاری، کمک می‌کنند.

کوبات‌ها، روبات‌هایی هستند که می‌توانند با محیط خود ارتباط برقرار کنند. کوبات‌ها می‌توانند در یک محیط به عنوان اپراتور، بدون رعایت موارد ایمنی کار کنند. این همکاری مشترک به خاطر مجهز بودن آن ها به مکانیزم‌های پیچیده‌ی امنیتی بر اساس کنترل قدرت و نظارت پیوسته‌ی محیط اطراف امکان‌پذیر شده است. آن ها می‌توانند به لطف تکنولوژی تاچ خود، دوربین‌های مخصوص و سیستم‌های جلوگیری از برخورد، حرکت خود را با کارگران هماهنگ کنند و از حوادث جلوگیری کنند.

مزایای کوبات‌ها شامل هزینه‌ی پایین به کارگیری و استارت‌آپ می‌باشد. امکان یادگیری کوبات‌ها، استفاده و برنامه‌ریزی آن ها را آسان‌تر می‌کند. کوبات‌ها از سایر ربات‌ها انعطاف‌پذیرتر هستند، به این معنا که می‌توان آن ها را به راحتی از یک جا به جای دیگر منتقل نمود و دوباره برنامه‌ریزی کرد.

عیب اصلی آن ها ظرفیت ترابری و سرعت عمل آن هاست که از سایر روبات‌ها کمتر است.

امروزه، کوبات‌ها به صورت گسترده در تولید صنعتی استفاده می‌شوند، به خصوص در صنایع خودروسازی، بررسی محصولات در هنگام حمل، در حوزه‌ی پزشکی و به ویژه در جراحی.

کوبات چیست؟

منشا کلمه‌ی کوبات:

کوبات FANUC

مایکل پشکین، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه نورث ‌وسترن ایلینوی و همکار او، اد کولگیت، ایده‌ی کلی کوبات‌ها را ۲۰ سال پیش مطرح کردند. در آن زمان، بخش روباتیک بر روی خودمختاری ربات‌ها متمرکز بود، نه بر همکاری آن ها با انسان. این دو استاد معتقد بودند که نباید افراد را به صورت سیستماتیک از فرآیندها خارج کرد زیرا انجام برخی از کارها به دست انسان بهتر است. از طرف دیگر، کارهایی که انجام آن ها برای انسان‌ها سخت‌تر است، باید به ربات‌ها سپرده شود و به این شکل، ایده‌ی همکاری انسان با ماشین شکل گرفت.

تعریف:

ربات‌های مبتنی بر همکاری یا کوبات‌ها، نسل جدیدی از ربات‌های بند بند (مفصلی) با حداقل ۶ محور هستند که برای کار کردن به صورت امن در کنار انسان‌ها در محیط‌های صنعتی طراحی شده‌اند.

• آن ها با یک بازوی کوچک و سبک چند محوری و یا دو بازو تولید می‌شوند.
• برای سوار کردن قطعات و بلند کردن و جا به جایی اشیا استفاده می‌شوند. کوبات‌ها همین طور برای بسته‌بندی در پایان خط تولید مناسب هستند.
• کوبات‌ها همیشه زیر نظر یک اپراتور کار می‌کنند.
• کوبات‌ها قطعاتی با وزن بین ۵ تا ۱۰۰ کیلوگرم را جا به جا می‌کنند. کوبات‌ها در حوزه‌ی مکانیک پرواز، می‌توانند قطعاتی با وزن ۳۰۰ کیلوگرم را بلند کنند.
• به یک سری سنسور و دوربین مجهز هستند تا از محیط پیرامون خود مطلع باشند، اپراتور انسانی را تشخیص بدهند و با چیزی برخورد نکنند.
• از آن جایی که نزدیک انسان‌ها کار می‌کنند، آهسته‌تر از ربات‌های صنعتی حرکت می‌کنند و به گونه‌ای برنامه‌ریزی شده‌اند که اگر در بازوی خود احساس مقاومت کنند، متوقف شوند.
• برای تضمین ایمنی، برای اکثر کوبات‌ها یک ضربه بر روی بازو کافی است تا آن ها را متوقف کند و یا به کار اندازد.

چرا از کوبات صنعتی استفاده کنیم؟

کوبات‌ها مزایای قابل توجهی نسبت به ربات‌های صنعتی مرسوم دارند:

کوبات Universal Robot

• پتانسیل آن ها در بهره‌وری و کارآمدی آن ها است: آن ها به انسان‌ها در انجام کارهای تکراری، سخت، دردناک و خطرناک کمک می‌کنند. یعنی اپراتور انسانی می‌تواند بر روی کارهای ارزشمندتر تمرکز کند که این مساله، کیفیت نهایی را افزایش می‌دهد.
• می‌توان کوبات‌ها را به سرعت نصب و برنامه‌ریزی کرد.
• بر خلاف ربات‌های صنعتی بدون انعطاف و سنگین که قابل جا به جایی نیستند، کوبات‌ها را می‌توان توسط اپراتور از یک کار به کاری دیگر، بدون نیاز به برنامه‌ریزی مجدد، منتقل کرد.
• کوبات‌ها بدون حصار امنیتی کار می‌کنند. قفس و حصارهای ایمنی عموما گران هستند، پس عدم نیاز به آن ها، از هزینه‌ها می‌کاهد.
• کوبات‌ها از ربات‌های صنعتی مرسوم ارزان‌تر هستند (ارزان‌ترین مدل‌ها از ۱۰ هزار یورو شروع می‌شود) و برای شرکت‌هایی مناسب هستند که با بودجه‌ای کم قصد دارند برخی فعالیت‌ها و کارها را به صورت خودکار عملی کنند.
• استفاده از آن ها به حفظ اورگونومی که در محل کار وجود دارد کمک می‌کند.
• برای کار در کنار انسان‌ها امن‌تر هستند.
• کوبات‌ها مزایایی در برابر سیستم‌های تمام اتوماتیک دارند: چندکاره و تطبیق‌پذیرتر هستند و در نتیجه می‌توانند با تغییرات در تولید سازگار شوند.

بیشتر بخوانید: انتخاب کمپرسور خنک‌کننده مناسب

بیشتر بخوانید: راهنمای انتخاب سنسور موقعیت سنج (نقد و بررسی کامل)

بیشتر بخوانید: انتخاب فیلتر هوای فشرده مناسب

چطور یک کوبات انتخاب کنیم؟

کوبات‌ها تنوع کمتری نسبت به سایر روبات‌های صنعتی دارند. عموما ربات‌های مفصلی در ابعاد کوچک و متوسط هستند.

با این حال باید آن ها را بر اساس معیارهایی مشخص انتخاب کنید:

• حداکثر ظرفیت بار مفید.
• بُرد.
• تعداد محورها (معمولا ۶ یا ۷، هرچند برخی از آن ها مانند مدل Yumi تلفیقی از چند بازوی چند مفصلی هستند و می‌توانند تا ۱۴ محور داشته باشند).

در جدول زیر خلاصه‌ای از انواع اصلی تکنولوژی کوبات‌ها که هم‌اکنون در بازارها  موجود است و همین طور کاربردهای اصلی آن ها ذکر شده است.

کوبات‌ها برای چه کارهایی استفاده می‌شوند؟

کوبات‌ها برای انجام کارهای تکراری، کاربردهای سبک و حمل بارهای کمتر از ۱۰۰ کیلوگرم (به جز در حوزه‌ی مکانیک پرواز که بارها ممکن است به ۳۰۰ کیلوگرم برسد) مناسب هستند.

کاربردهای مرسوم عبارتند از:

• در خط مونتاژ: پیچ کردن، چسب زدن، جوشکاری.
• در خط تولید: کارهای پولیش کردن، علامت زدن با لیزر (مارکینگ لیزری)، تست طول عمر قطعه، بسته‌بندی، پالت کردن.
• بر روی دستگاه: قرار دادن یک قطعه درون یک دستگاه، مثلا برای فرزکاری.
• برداشتن و قرار دادن: برداشتن قطعات از درون یک جعبه و قرار دادن آن ها بر روی یک سینی.
• کاربردهای سبک: جا به جایی یک قطعه توسط ربات و در پایان فرآیند، توسط یک فرد.

کوبات‌ها در بسیاری از حوزه‌ها استفاده می‌شوند، از صنعت خودروسازی تا لوازم الکترونیک خانگی، و همچنین لجستیک، کشاورزی و داروسازی.

صنعت خودروسازی اولین صنعتی بود که همکاری بین انسان و دستگاه را به کار گرفتند:

• در سال ۲۰۱۳، شرکت BMW در خط مونتاژ درب خودرو، از کوبات‌ها استفاده کرد.
• در سال ۲۰۱۳، شرکت فولکس‌واگن (Volkswagen) برای نصب شمع گرمکن در موتور خودروهایش، استفاده از کوبات‌ها را شروع کرد.
• در سال ۲۰۱۵، شرکت آئودی (Audi) از کوبات‌هایی به طول ۴ متر با دو بازو در خط مونتاژ خود در آلمان استفاده کرد.

در صنعت مکانیک پرواز:

• شرکت بویینگ از کوبات‌ها در خط مونتاژ ۷۷۷ در سیاتل استفاده می‌کند.
• Nextage، یک کوبات نیمه انسان‌نمای دو بازویی که توسط شرکت Kawada طراحی شده، برای سر هم کردن و مونتاژ اجزای A380 استفاده می‌شود.

در حوزه‌ی الکترونیک:

• کوبات‌ها برای انجام وظایف مونتاژ و یا تست‌های طول عمر استفاده می‌شوند.

کوبات‌ها چگونه برنامه‌ریزی می‌شوند؟

کوبات KUKA

 بر خلاف روبات‌های صنعتی مرسوم، برنامه‌نویسی و برنامه‌ریزی کوبات‌ها بسیار آسان است.

• نیازی به کد نویسی نیست.نرم افزار موجود دارای درک درونی و ذاتی است، اما به این معنا نیست که نیازی به یادگیری این برنامه ندارید.
• گزینه‌ی موجود دیگر برای کوبات‌ها، برنامه‌ریزی از طریق یادگیری است: کافی است به کوبات نشان دهید که چه کاری باید انجام دهد تا انجام آن را یاد بگیرد.

برنامه‌ریزی از طریق یادگیری به طور مستقیم در محل کار و با استفاده از یک برنامه انجام می‌شود.

مراحل برنامه‌ریزی یک کوبات:

• دانلود کردن برنامه‌ی کوبات و ایجاد وظایف در آن.
• یاد دادن حرکات مورد نظرتان با گرفتن بازوهای کوبات و ضبط و ثبت کردن حرکات در برنامه.
• حال بگذارید کوبات کار خود را انجام بدهد.
• اگر لازم بود، در حین تولید، کوبات را دوباره برنامه‌ریزی کنید.

آیا برای نصب کوبات‌ها استانداردی وجود دارد؟

هرچند کوبات‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به شکلی ایمن با انسان‌ها همکاری کنند، ولی همچنان روبات‌های صنعتی به حساب می‌آیند. به همین دلیل باید مانند هر دستگاهی که در محیط‌های صنعتی فعالیت دارد، با استانداردهای ایمنی مطابقت داشته باشند.

از سال ۲۰۱۶، استاندارد ISO/TS 15066 مقررات و توصیه‌هایی قطعی برای تولیدکنندگان و کاربران کوبات‌ها ارائه کرده است.

این استاندارد شامل چه مواردی است؟

• از آن جایی که کوبات‌ها برای ارتباط فیزیکی با انسان‌ها طراحی شده‌اند، این استاندارد مانع از ارتباط فیزیکی نمی‌شود.
• این استاندارد آستانه‌ی فشار و نیروی کوبات را تعریف می‌کند.
• ایمنی به جای تمرکز بر جلوگیری از برخورد، روی نیرو و فشاری متمرکز است که اپراتور می‌تواند بدون مجروح شدن در ارتباط با کوبات تحمل کند.

آستانه‌ها چه هستند؟

• این استاندارد برای ۲۹ قسمت بدن، آستانه تعیین می‌کند.
• آستانه‌ی نیرو روی سینه ۱۴۰ نیوتن است.
• آستانه‌ی فشار بر روی جناغ سینه و عضلات سینه‌ای ۱۲۰ نیوتن بر سانتیمتر مربع و ۱۷۰ نیوتن بر سانتیمتر مربع است.

آینده‌ی کوبات‌ها

روباتیک سیار رویکردی جدید در روباتیک صنعتی است:

کوبات سیار KUKA

• خودمختار یا بر روی یک سکو، کوبات‌های سیار، نماینده‌ی نسل سوم روباتیک هستند.
• آن ها انعطاف‌پذیری بالاتری دارند و می‌توانند به لطف یک سیستم هدایت لیزری، بدون علائم یا آهنربا، روی زمین و در محیط کارخانه، مسیر خود را پیدا کنند.
• به اندازه‌ی ربات‌های ثابت، ایمن هستند و می‌توانند در کنار انسان‌ها کار کنند.
• کوبات‌های سیاری که در حال حاضر در بازار موجود هستند عبارتند از: OmniRob (KUKA)، روبات APAS (Bosch).

کوبات‌هایی که از هوش مصنوعی بهره می‌گیرند، روند و گرایشی قابل توجه در آینده‌ی این صنعت هستند. امروزه برای این که کوبات‌ها بتوانند فعالیت یا وظیفه‌ای را انجام بدهند، ابتدا لازم است با آموزش دادن، آن را برنامه‌ریزی کنید. در آینده، با هوش مصنوعی، تنها کافی است به کوبات عملکردی ساده را نشان دهید و کوبات خود می‌تواند آن فعالیت را تکرار کند و در طی زمان با تجربه‌ی بیشتر، آن را بهبود ببخشد.

تولیدکنندگان همچنین در حال کار بر روی قابلیت زبانی هستند تا کوبات‌ها و انسان‌ها بتوانند با یکدیگر صحبت کنند. برای مثال، مدل KUKA در حال توسعه‌ی این تکنولوژی با استفاده از NLP، برنامه‌ریزی عصبی-زبانی، هستند.

بیشتر بخوانید: انتخاب AGV مناسب

بیشتر بخوانید: انتخاب میز بالابر مناسب