این مقاله به بررسی جامع ربات اسکارا (SCARA)، به معنای “بازوی ربات مونتاژ انطباقپذیر انتخابی” میپردازد. این ربات که برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ در ژاپن توسعه یافت، به دلیل سرعت، دقت و پیکربندی منحصر به فردش جایگاه ویژهای در اتوماسیون صنعتی پیدا کردهاست. مقاله حاضر به شرح ساختار مکانیکی، اصول کاری، مزایا، محدودیتها و کاربردهای گسترده این ربات در صنایعی مانند الکترونیک، خودروسازی و داروسازی میپردازد. همچنین، مروری بر تاریخچه توسعه و نمونههای معروف این ربات داشته و با ارائه جداول کاربردی، درک بهتری از مشخصات فنی آن ارائه میدهد.
ربات اسکارا (SCARA) مخفف “Selective Compliance Assembly Robot Arm” به معنای “بازوی ربات مونتاژ انطباقپذیر انتخابی” است. این نام به توانایی خاص این ربات اشاره دارد که میتواند در برخی محورها (معمولاً افقی) انعطافپذیر بوده و در عین حال در محورهای دیگر (معمولاً عمودی) کاملاً صلب و سخت باشد؛ این ویژگی آن را برای کارهایی مانند مونتاژ دقیق ایدئال میکند .
تاریخچه توسعه این ربات به سال ۱۹۷۸ بازمیگردد، زمانی که پروفسور هیروشی ماکینو از دانشگاه یاماناشی ژاپن، با الهام از ربات مونتاژ SIGMA، کنسرسیومی متشکل از ۱۳ شرکت ژاپنی را تشکیل داد . اولین نمونه از این ربات در همان سال ساخته شد و پس از آزمایش و بهبودهای بیشتر، نخستین ربات اسکارای تجاری در سال ۱۹۸۱ به بازار عرضه گردید و به دلیل نسبت قیمت به عملکرد بسیار مطلوبش، به سرعت تحول عظیمی در فرآیندهای تولید صنعتی در سراسر جهان ایجاد کرد.
ساختار مکانیکی رباتهای اسکارا معمولاً به صورت RRP (دو مفصل دورانی و یک مفصل صفحهای) یا PRR توصیف میشود که نشاندهنده ترکیب حرکات دورانی و خطی است .
این پیکربندی به ربات اجازه میدهد تا در یک فضای کاری استوانهای شکل عمل کند و به دلیل طراحی موازی بازوها، در صفحه افقی از مانور و سرعت بسیار بالا برخوردار باشد .
ویژگیهای مهندسی ربات اسکارا باعث تمایز آن از دیگر رباتهای صنعتی شدهاست. جدول زیر مهمترین این ویژگیها را خلاصه میکند:
| ویژگی | توضیح | منبع |
|---|---|---|
| دقت و قابلیت تکرار | قابلیت تکرار کمتر از ۱۰ میکرون (بهتر از رباتهای ۶ محوره) | |
| سرعت | زمان چرخه بسیار کوتاه (حدود ۰.۳ ثانیه در برخی مدلها) | |
| ظرفیت بار | معمولاً سبک (۲ تا ۵۰ کیلوگرم بسته به مدل)، اما معمولاً حداکثر ۲۰ کیلوگرم رایج است | |
| دامنه حرکت | فضای کاری استوانهای شکل با بردی از ۱۸۰ میلیمتر تا ۱۲۰۰ میلیمتر | |
| سختی انتخابی | انعطافپذیر در صفحه XY و سخت در راستای محور Z |
ربات اسکارا برای انجام حرکات پیچیده به یک سیستم کنترل مجهز است که از سینماتیک معکوس برای تبدیل دستورات حرکتی خطی به زوایای مفصلی استفاده میکند . برنامهنویسی این رباتها امروزه با نرمافزارهایی مانند RoboDK بسیار ساده شدهاست.
ربات اسکارا به دلیل سرعت و دقت بالا، کاربردهای گستردهای در صنایع مختلف پیدا کردهاست. برخی از اصلیترین این کاربردها عبارتند از:
جدول زیر صنایع اصلی استفادهکننده از این ربات را نشان میدهد:
| صنعت | نمونه کاربردها |
|---|---|
| برق و الکترونیک | مونتاژ بردهای الکترونیکی، تست قطعات |
| خودروسازی | مونتاژ قطعات کوچک، جوشکاری |
| داروسازی و پزشکی | بستهبندی، تزریق سلولی |
| غذا و نوشیدنی | بستهبندی، برچسبزنی |
| پلاستیک و شیمیایی | تغذیه قالبهای تزریقی، آببندی |
از تولیدکنندگان معروف ربات اسکارا میتوان به فانوک (FANUC) اشاره کرد که مدل SR-3iA را تولید میکند همچنین، توسعههای جدیدی در حال رخ دادن است، از جمله ربات سری SR20 که ظرفیت بار را تا ۲۰ کیلوگرم افزایش داده و محدودیت بارهای کوچک را میشکند .
تحقیقات آکادمیک نیز بر روی این ربات متمرکز است. پژوهشهای جدید به بهینهسازی ساختار، طراحی کنترلکنندههای پیشرفته (مانند PID فازی، کنترلکننده مد لغزشی) و کاربردهای نوین مانند ساخت افزایشی (چاپ سهبعدی) و استفاده در تزریق سلولی میپردازند .
ربات اسکارا با تاریخچه غنی و طراحی هوشمندانه خود، به عنوان یک ستون اصلی در اتوماسیون صنایع مدرن، به ویژه در حوزههای requiring سرعت و دقت فوق العاده تبدیل شدهاست. با وجود محدودیتها در ظرفیت بار و فضای کاری، مزایای آن از جمله سرعت، دقت، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه بودن، جایگاه آن را در خطوط تولید تثبیت کردهاست. با ادامه پیشرفتها در کنترل و طراحی، به نظر میرسد کاربردهای این ربات در صنایع بیشتری گسترش خواهد یافت.
امیدواریم این مقاله اطلاعات مفیدی را در اختیار شما قرار داده باشد. برای مطالعه بیشتر میتوانید به منابع معتبر علمی و مقالات کنفرانسهای ذکر شده مراجعه فرمایید.
