रोबोटिक आर्म डिज़ाइन | महत्वपूर्ण विशेषताओं सहित 5+ प्रकार

रोबोटिक आर्म डिज़ाइन | महत्वपूर्ण विशेषताओं सहित 5+ प्रकार

रोबोट आर्म डिजाइन

छवि स्रोत: Dreamtime

चर्चा का विषय: रोबोटिक आर्म डिज़ाइन और यह कैसे काम करता है

रोबोट आर्म क्या है?

रोबोटिक आर्म एक ऐसा तंत्र है जो लिंकेज से बना होता है, जो उपयुक्त जोड़ों के माध्यम से परस्पर जुड़ा होता है, ताकि वांछित कार्य के लिए स्वतंत्रता और स्थानिक गति की आवश्यक डिग्री प्राप्त की जा सके। रोबोट मैनिपुलेटर को अक्सर विशिष्ट कार्यों के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। मानव हाथ से इसकी कार्यात्मक समानता के कारण, इसे एंथ्रोपोमोर्फिक भी कहा जाता है।

रोबोटिक आर्म डिज़ाइन | महत्वपूर्ण विशेषताओं सहित 5+ प्रकार
रोबोट शाखा डिजाइन: एक विशिष्ट रोबोटिक शाखा

एक विनिर्माण उद्योग पर विचार करें जहां मानव उपकरण का उपयोग करता है लेकिन उत्पाद बनाने के कार्यों को समाप्त करने के लिए स्वयं को पूरा करता है। अब, रोबोट का हाथ मानव कटाव के बिना, धातु की कटिंग, मेटल जॉइनिंग, पिक एंड प्लेस और कंपोनेंट असेंबली से लेकर प्रोडक्ट लेबलिंग, स्प्रे पेंटिंग आदि तक कई ऑपरेशन कर सकता है। मैकेनिकल लिंकेज और जोड़ों को चलाने के लिए माइक्रो-नियंत्रक जैसे विद्युत मोटर्स और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग एक जोड़तोड़ करने वाले को रोबोटिक आर्म डिज़ाइन का आत्मनिर्भर और महत्वपूर्ण हिस्सा बनाता है।

कम से कम त्रुटि के साथ परिणामों को पुन: पेश करने की एक रोबोटिक हाथ की क्षमता इसकी दक्षता और संचालन की गति को बढ़ाती है, इसलिए आदर्श रोबोट हाथ डिजाइन उत्पाद चक्र समय और लागत को कम करता है। मानवीय हस्तक्षेप के बिना, चोट का जोखिम भी बहुत कम हो जाता है, जिससे खतरनाक सामग्रियों को संभालना आसान हो जाता है।

रोबोट आर्म के प्रकार

कार्टेशियन रोबोट / गैन्ट्री रोबोट: स्थानिक आंदोलन और स्थान को कार्टेशियन समन्वय प्रणाली में परिभाषित किया गया है, और इसके हाथ में तीन प्रिज्मीय जोड़ों होते हैं। इस रोबोट रेंज का उपयोग पिक एंड प्लेस के काम, मशीन टूल्स से निपटने, आर्क वेल्डिंग, सीलेंट एप्लिकेशन और असेंबली ऑपरेशंस को अंजाम देने से होता है।

बेलनाकार रोबोट: इस रोबोट की कुल्हाड़ियों को बेलनाकार समन्वय प्रणाली में स्थापित किया गया है। इसका उपयोग डाई कास्ट मशीन, हैंडलिंग मशीन टूल्स, असेंबली ऑपरेशन और स्पॉट वेल्डिंग को संभालने के लिए किया जाता है।

गोलाकार रोबोट / ध्रुवीय रोबोट: इसके अक्ष ध्रुवीय समन्वय प्रणाली का निर्माण करते हैं, और इसका उपयोग गैस, चाप और स्पॉट वेल्डिंग संचालन में किया जाता है, फेटलिंग तंत्र डाई कास्टिंग, और मशीन टूल्स को संभालता है।

SCARA रोबोट: इसका अर्थ है चयनात्मक अनुपालन विधानसभा रोबोट शाखा, जो विशेष रूप से छोटे रोबोट विधानसभा संचालन के लिए उपयोगी है। जैसा कि नाम से पता चलता है, यह दो समांतर रोटरी जोड़ों के साथ एक विमान में अनुपालन प्रदान करता है और यह तीसरी दिशा में कठोर है। इसका उपयोग मशीन टूल्स, सीलेंट एप्लिकेशन, असेंबली ऑपरेशंस और पिक एंड प्लेस के काम को संभालने के लिए किया जाता है।

व्यक्त रोबोट: इस रोबोट के हाथ में कम से कम तीन रोटरी जोड़ होते हैं। रोबोट आर्म डिजाइन में गैस और आर्क वेल्डिंग, स्प्रे पेंटिंग, फेटलिंग मशीन, डाई कास्टिंग और असेंबली ऑपरेशन शामिल हैं।

समानांतर रोबोट: समवर्ती प्रिज्मीय या रोटरी जोड़ों वाला एक रोबोट। प्रसिद्ध उदाहरण स्टीवर्ट प्लेटफार्म और डेल्टा रोबोट हैं। इस प्रकार के रोबोट का उपयोग कॉकपिट फ्लाइट सिमुलेटर और ऑप्टिकल फाइबर संरेखण में किया जाता है।

एन्थ्रोपोमोर्फिक रोबोट: एक रोबोट डिजाइन जो स्वतंत्र उंगलियों के साथ एक मानव हाथ जैसा दिखता है।

रोबोट आर्म डिजाइन का क्या मतलब है ?

यांत्रिक रूपरेखा रोबोट शाखा का

एक मानव हाथ से प्रेरित, रोबोटिक आर्म डिज़ाइन का यांत्रिक पहलू कई लिंकेज का गठन करता है जिसे किनेमेटिक चेन बनाने के बारे में सोचा जा सकता है। लिंक जोड़ों से जुड़े होते हैं, जो तंत्र को आवश्यक घूर्णी और अनुवाद क्षमता प्रदान करते हैं। रोबोटिक आर्म डिज़ाइन का वह हिस्सा जो पर्यावरण के साथ इंटरैक्ट करता है, आमतौर पर अंतिम लिंक होता है और इसे एंड इफ़ेक्टर, या एंड ऑफ़ आर्म टूलिंग (ईओएटी) कहा जाता है। यह वह जगह है जहाँ हाथ मानव हाथ में होगा।

स्वतंत्रता का दर्जा

रोबोट आर्म डिजाइन में, रोबोट की स्वतंत्रता (DoF) की डिग्री का निर्धारण कठोर शरीर की स्वतंत्रता की कुल संख्या का उपयोग करके किया जाता है, यह गति पर बाधा की संख्या को घटाता है। गति की ये बाधाएं अक्सर जोड़ों से आती हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिवर्ती और प्रिज्मीय जोड़ों में प्रत्येक दो निकायों के बीच स्वतंत्रता की एक एकल डिग्री प्रदान करता है जो वे कनेक्ट करते हैं। एक सार्वभौमिक संयुक्त दो रिश्तेदार DoFs प्रदान करता है, और एक गोलाकार संयुक्त तीन सापेक्ष DoF प्रदान करता है।

रोबोट आर्म डिजाइन
रोबोट आर्म डिजाइन: स्वतंत्रता की डिग्री छवि क्रेडिट: https://www.convict.lu/Jeunes/5%20DOF%20Robot-arm-Dateien/5_DOF.gif

सीरियल और समानांतर मैनिप्युलेटर सिस्टम के रोबोटिक आर्म डिज़ाइन में, अंतिम प्रभावकार को पांच डिग्री की स्वतंत्रता के साथ तैनात किया जाता है, जिसमें तीन ट्रांसफ़ेशनल DoF और दो ओरिएंटेशन शामिल होते हैं। इस प्रकार एक सीधा संबंध एक्ट्यूएटर स्थिति और मैनिपुलेटर कॉन्फ़िगरेशन के बीच प्राप्त किया जा सकता है।

ग्रुबलर के फार्मूले का उपयोग बार-बार एक रोबोटिक भुजा के DoF को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, जो इस बात पर विचार करता है कि इस शर्त पर कि जोड़ों द्वारा स्व-शासन किया जाता है।

स्वतंत्रता की डिग्री एक रोबोट हाथ की वर्णनात्मक है। उदाहरण के लिए, एक धारावाहिक रोबोट के उदाहरण में, संख्या वर्णात्मक रूप से हाथ में एकल-अक्ष घूर्णी संयुक्त की संख्या को दर्शाती है, जहां एक बड़ी संख्या एक उपकरण को संरेखित करने में बेहतर लचीलेपन को निर्दिष्ट करती है, इसलिए यह रोबोट आर्म डिजाइन के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

रोबोट कार्यक्षेत्र

रोबोट कार्यक्षेत्र (जिसे रीचेबल स्पेस के रूप में भी जाना जाता है) को सभी बिंदुओं के संग्रह द्वारा परिभाषित किया गया है जिसे अंतिम प्रभावकार द्वारा पहुँचा जा सकता है। ऐसे कई चर हैं जिन पर कार्यक्षेत्र निर्भर करता है: लिंक की लंबाई, घूर्णी और अनुवाद संबंधी सीमाएं, तंत्र के समग्र कॉन्फ़िगरेशन, आदि। सीरियल रोबोटिक आर्म डिज़ाइन का कार्यक्षेत्र नीचे दिए गए आंकड़े में वर्णित है। यह 4 DoF रोबोट बांह का एक विशिष्ट कार्यक्षेत्र है। कलाई की रोटेशन द्वारा दी गई स्वतंत्रता (डीओएफ) की डिग्री शामिल नहीं है क्योंकि रोबोट का कार्यक्षेत्र उसके अभिविन्यास पर निर्भर नहीं करता है।

इस तरह से बनाई गई कार्य मात्रा रोबोट के लिए व्यावहारिक स्थान को परिभाषित करती है, जिसे तंत्र की लिंक लंबाई और स्वतंत्रता की स्वीकार्य डिग्री को बदलकर बदला जा सकता है।

यांत्रिक डिजाइन 6 DoF तक सीमित हो सकता है क्योंकि यह सभी आवश्यक आंदोलनों की अनुमति देता है। यह रोबोट की लागत और जटिलता पर जांच रखने में मदद कर सकता है।

विभिन्न प्रकार के रोबोटिक हथियारों के लिए विशिष्ट कार्यक्षेत्र प्रतिनिधित्व नीचे दिया गया है:

इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइन रोबोट शाखा का

सर्वो मोटर नियंत्रण

इनपुट शक्ति स्रोत के आधार पर, सर्वो या तो AD या DC (बैटरी संचालित) मोटर्स हैं। सामान्य तौर पर, सर्वो मोटर्स जड़ता अनुपात में उच्च टोक़ प्रदान करते हैं, जो एक इनबिल्ट गियर सिस्टम के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। प्रतिक्रिया नियंत्रण लूप बहुत उच्च परिशुद्धता को सक्षम करता है। छोटे और कॉम्पैक्ट डीसी सर्वो मोटर्स खिलौने, शैक्षिक रोबोट अनुप्रयोगों और आरसी विमानों के साथ अत्यधिक लोकप्रिय हैं। अधिकांश सर्वो मोटर्स में लगभग 90 से 180 डिग्री की घूर्णी सीमा होती है।

हालांकि, कुछ मोटर्स उच्च कोणीय आंदोलनों प्रदान कर सकते हैं। स्थानिक अभिविन्यास के लिए बेहद उच्च स्तर की सटीकता की पेशकश करने की क्षमता सर्वो मोटर्स को रोबोट हथियार और पैर, रैक और पिनियन स्टीयरिंग और सेंसर स्कैनर में उपयोग के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है। वेग और कोण नियंत्रण छोरों को लागू करना आसान है क्योंकि ये सर्व पूरी तरह से आत्म-निहित हैं।

सर्वो तारों: आमतौर पर, सर्वो मोटर्स में तीन तार होते हैं: ग्राउंड की पहचान ब्लैक या ब्राउन के माध्यम से की जाती है। पावर की पहचान रेड के माध्यम से की जाती है। सिग्नल वायर को येलो, ऑरेंज या व्हाइट (3-5V) के माध्यम से पहचाना जाता है।

सर्वो वोल्टेज (लाल और काले / भूरे रंग के तार): सर्वो मोटर ऑपरेटिंग वोल्टेज आमतौर पर 4.8V से 6V तक भिन्न होता है। कुछ सूक्ष्म आकार के सर्वो मोटर्स कम वोल्टेज पर काम करते हैं, और कुछ हिटेक सर्वो मोटर्स भी उपलब्ध हैं, जो उच्च रेटेड वोल्टेज पर काम करते हैं।

सिग्नल वायर (पीला / नारंगी / सफेद तार): जबकि ब्लैक और लाल तारों के माध्यम से सर्वो मोटर को शक्ति प्रदान की जाती है, सर्वो को संचालित करने के आदेश सिग्नल वायर के माध्यम से प्रदान किए जाते हैं। आम तौर पर, एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य (~ 50 हर्ट्ज) का एक लॉजिक स्क्वायर वेव, सर्वो को भेजा जाता है, जो इसे किसी विशेष कोण पर ले जाता है क्योंकि तरंगदैर्घ्य सीधे इमो कोण पर मैप करता है। उदाहरण के लिए, Arduino Mega के मामले में, यह स्क्वायर वेव जेनरेट करने के लिए पीसी से i / ps रिसीव करता है, जो तब सर्विमोटर के कोणीय ओरिएंटेशन को नियंत्रित करता है।

माइक्रोकंट्रोलर (अरुडिनो की मूल अवधारणा)

सर्वो मोटर्स अपने सटीक और कोणीय स्थान को नियंत्रित करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर्स का उपयोग करते हैं। Arduinos (एक एकल-बोर्ड माइक्रोकंट्रोलर) एक ऐसा उदाहरण है जिसे एप्लिकेशन के अनुसार प्रोग्राम किया जा सकता है। यह एक Atmel AVR प्रोसेसर के लिए है, जिसमें USB कनेक्शन के साथ ऑन-बोर्ड I / O स्ट्रक्चर्स पावर है।

रोबोट आर्म कंट्रोल

रोबोटिक हथियारों में मैन्युअल नियंत्रण या एक स्वायत्त क्षमता हो सकती है। मैनुअल मोड में, एक रोबोट को एक प्रशिक्षित ऑपरेटर (प्रोग्रामर) द्वारा अपना कार्य करने के लिए सिखाया जाता है जो उद्देश्य को पूरा करने के लिए एक पोर्टेबल कंट्रोल डिवाइस (एक शिक्षण लटकन) का उपयोग करता है। यह अपेक्षाकृत धीमी प्रक्रिया है।

एक विशिष्ट रोबोटिक आर्म में एक बहु-स्तरीय नियंत्रण सेटअप होता है, जिसमें एक माइक्रोकंट्रोलर, ड्राइवर और कंप्यूटर आधारित उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस शामिल होता है। व्युत्क्रम कीनेमेटीक्स की अवधारणाओं का उपयोग प्रोग्रामिंग और नियंत्रण विधियों में लचीलापन प्रदान करने के लिए किया जाता है। यह कार्यान्वयन मैनुअल मोड के माध्यम से भी संभव है। एक विशिष्ट माइक्रोकंट्रोलर में एक संबद्ध विकास / प्रोग्रामिंग बोर्ड होता है।

उलटे कीनेमेटीक्स

फॉरवर्ड किनेमैटिक्स की मूल अवधारणा अंत प्रभाव के अभिविन्यास और स्थिति को निर्धारित करना है जब रोबोट हाथ के संयुक्त कोण और लिंक की लंबाई ज्ञात होती है। रिवर्स इननेमेटिक्स में रिवर्स तब होता है जब अंतिम प्रभावकारिता की वांछित स्थिति ज्ञात हो, और उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए संयुक्त कोणों का पता लगाना है।

उदाहरण के लिए, एक प्लैनर 2 DoF रोबोटिक आर्म के प्रतिनिधित्व पर विचार करें, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है। कार्टेसियन स्पेस में एक ज्ञात स्थिति में अंतिम प्रभावकारक का पता लगाने के लिए, अंतिम प्रभावकार के निर्देशांक आधार के संबंध में इनपुट चर x और y बन जाएंगे, जिसे मूल के रूप में लिया जाता है।

अंतिम-चयनकर्ता चयन

रोबोट का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। उक्त उद्देश्य की पूर्ति के लिए अंतिम प्रभावक को चुना जाना चाहिए। यह या तो हाथ की तरह हो सकता है जैसे कि निर्दिष्ट स्थान के लिए पिक और जगह के संचालन के लिए इच्छित, जैसा कि नीचे दिखाया गया है, या इलेक्ट्रोड को रखने के लिए एक वेल्डिंग इंटरफ़ेस। मैनिपुलेटर में पेंटिंग प्रयोजनों या सिमुलेटर के लिए एक मंच के लिए एक स्प्रे पेंट बंदूक का एक इंटरफ़ेस हो सकता है, जिससे यह एक जटिल तंत्र और रोबोट बांह का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा बन जाता है। अंतिम प्रभाव वायवीय, विद्युत या हाइड्रोलिक आधारित हो सकता है। एक इमदादी मोटर आमतौर पर अंत प्रभावकों को नियंत्रित करती है।

रोबोटिक आर्म के फायदे और नुकसान

रोबोटिक आर्म के फायदे

  • बढ़ती हुई उत्पादक्ता।
  • यह संसाधनों और कच्चे माल के प्रभावी उपयोग में सक्षम हैं।
  • यह काम में लचीलापन प्रदान करता है।
  • उत्पाद निर्माण के चक्र समय को कम करता है।
  • कम उत्पाद अस्वीकृति दोषों के कारण गिना जाता है।
  • अत्यधिक उच्च पुनरावृत्ति और परिशुद्धता, जिससे त्रुटियां कम हो जाती हैं और प्रदर्शन में वृद्धि होती है।
  • खतरनाक सामग्री को संभालने के लिए सुरक्षित है क्योंकि जीवन का जोखिम कम हो गया है।

रोबोट आर्म का नुकसान

  • श्रम बेरोजगारी के लिए जिम्मेदार।
  • उच्च सुविधा और उपकरण सेटअप की लागत।
  • लचीलेपन और कार्यक्षमता मानव हाथ की तुलना में डिजाइन द्वारा सीमित है, जो बहु-कार्य कर सकता है।
  • उच्च सटीकता कार्यों के लिए प्रोग्रामिंग एक चुनौती है।
  • सटीक कार्य करने के लिए प्रतिक्रिया के लिए सेंसर की स्थापना की व्यापक आवश्यकता।
  • आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस और मशीन विजन से जुड़ी आगामी चुनौतियां।
  • पोस्ट ब्रेकडाउन रखरखाव और उत्पादन लाइन देरी।

रोबोट शाखा के उल्लेखनीय अनुप्रयोग

रोबोटिक हथियार हमारे जीवन को बड़े पैमाने पर प्रभावित करते हैं क्योंकि वे खाद्य पैकेजिंग से लेकर ऑटोमोबाइल निर्माण से लेकर अंतरिक्ष अनुप्रयोगों तक के उद्योगों में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। कुछ उल्लेखनीय उदाहरण नीचे सूचीबद्ध हैं:

अंतरिक्ष में, इंटरनेशनल स्पेस स्टेशन (ISS) के साथ स्थापित किया गया है Canadarm और इसके उत्तराधिकारी Canadarm2, जो दोनों बहु DoF रोबोटिक हथियार हैं। Canadarm1, जिसे आधिकारिक तौर पर शटल रिमोट मैनिप्युलेटर सिस्टम (SRMS) के रूप में मान्यता प्राप्त है, को अंतरिक्ष शटल ऑर्बिटर्स पर पेलोड को तैनात करने, तैनात करने और ले जाने के लिए नियोजित किया गया था। यह थर्मल प्रोटेक्शन सिस्टम को नुकसान का आकलन करने के लिए ऑर्बिटर बूम सेंसर सिस्टम (OBSS) के साथ भी लगाया गया था।

Canadarm-2 ISS की विधानसभा और रखरखाव में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा अंतरिक्ष यान और spacewalks के डॉकिंग का समर्थन करता है।

RSI जिज्ञासा रोवर, जो मंगल ग्रह पर उतरा, उसने उपकरणों को चुनने और इलाके से नमूने इकट्ठा करने के लिए एक रोबोटिक हाथ का इस्तेमाल किया। इनसाइट नामक एक अन्य मंगल लैंडर में एक रोबोटिक आर्म का दावा किया गया है, जिसे इंस्ट्रूमेंट डिप्लॉयमेंट आर्म (आईडीए) कहा जाता है, जो इलाके में गहराई से गर्मी प्रवाह जांच की तैनाती जैसे कार्यों को करने के लिए कंधे कोहनी और कलाई के जोड़ों के साथ लगभग 1.8 मीटर लंबा है। इसमें पांच-अंगुल अंगूर और बढ़ते कैमरों के लिए भी प्रावधान है।

अंतरिक्ष यान OSIRIS-Rex का उपयोग करके क्षुद्रग्रहों का अध्ययन करने और नमूने लेने के लिए नासा का मिशन, नमूने एकत्र करने के लिए TAGSAM रोबोट बांह का उपयोग करता है।

मानव सुरक्षा के लिए और सशस्त्र बलों की सहायता के लिए अद्वितीय रोबोटिक हथियार बनाए जाते हैं। रोबोटिक आर्म डिज़ाइन अपने आंदोलन को ऑपरेटर के साथ सिंक्रनाइज़ कर सकता है, जो दूरी पर है।

FDA ने दा विंची सर्जिकल सिस्टम को मंजूरी दे दी जिसमें तीन से चार इंटरएक्टिव रोबोटिक हथियार हैं जो न्यूनतम इनवेसिव दृष्टिकोण के साथ सर्जिकल सहायता प्रदान करते हैं।

पिक एंड प्लेस रोबोटिक आर्म के बारे में जानने के लिए, यहां क्लिक करे.

ईशा चक्रवर्ती के बारे में

रोबोटिक आर्म डिज़ाइन | महत्वपूर्ण विशेषताओं सहित 5+ प्रकारमेरे पास एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में एक पृष्ठभूमि है, वर्तमान में रक्षा और अंतरिक्ष विज्ञान उद्योग में रोबोटिक्स के अनुप्रयोग की दिशा में काम कर रहा है। मैं एक सतत शिक्षार्थी हूं और रचनात्मक कलाओं के लिए मेरा जुनून मुझे उपन्यास इंजीनियरिंग अवधारणाओं को डिजाइन करने के लिए प्रेरित करता है।
भविष्य में लगभग सभी मानवीय क्रियाओं को प्रतिस्थापित करने वाले रोबोटों के साथ, मैं अपने पाठकों के लिए विषय के मूलभूत पहलुओं को एक आसान और सरल तरीके से लाना पसंद करता हूं। मैं एक साथ एयरोस्पेस उद्योग में प्रगति के साथ अपडेट रहना भी पसंद करता हूं।

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