چگونه اسکن سه بعدی به حفظ و بازسازی ربات های قدیمی کمک می کند؟
با توقف تولید یا پایان پشتیبانی بسیاری از ربات ها، نگهداری و تعمیر آن ها به مرور دشوار می شود. گاهی تنها گم شدن یک درپوش پلاستیکی، شکستن یک گیره یا نبود یک قطعه کوچک می تواند رباتی کاملاً سالم را از چرخه استفاده خارج کند؛ نه به دلیل خرابی سیستم، بلکه به این علت که دیگر هیچ قطعه یدکی برای آن تولید نمی شود.
اینجاست که اسکن سه بعدی، مهندسی معکوس و چاپ سه بعدی به راهکاری مؤثر برای احیای تجهیزات قدیمی تبدیل می شوند.
نمونه ای از این کاربرد را می توان در پروژه بازسازی ربات انسان نمای Pepper مشاهده کرد. پس از توقف فعالیت شرکت Aldebaran Robotics، تعدادی از این ربات ها برای تعمیر و نگهداری به انجمن رباتیک Caliban در فرانسه سپرده شدند. این انجمن موفق شد ربات ها را دوباره راه اندازی کرده و از آنها در نمایشگاه ها، رویدادهای آموزشی و حتی اجرای نمایش های گروهی استفاده کند.
با این حال، برخی از ربات ها فاقد درپوش محافظ پشت سر (Rear Head Access Cover) بودند. نبود این قطعه باعث می شد بردها و تجهیزات الکترونیکی داخلی در معرض دید و تماس مستقیم قرار بگیرند؛ موضوعی که هم ظاهر ربات را تحت تأثیر قرار می داد و هم احتمال آسیب دیدن قطعات داخلی را در محیط های عمومی افزایش می داد.
از آنجا که این قطعه دیگر تولید نمی شد، تیم پروژه به جای جستجوی بی نتیجه برای نمونه اصلی، از مهندسی معکوس، اسکن سه بعدی و چاپ سه بعدی برای طراحی و ساخت مجدد آن استفاده کرد.
این پروژه که توسط François MOCQ، یکی از اعضای انجمن Caliban، به اشتراک گذاشته شده است، نشان می دهد چگونه فناوری اسکن سه بعدی میتواند نقش مهمی در تعمیر ربات ها، بازسازی قطعات منسوخ شده، افزایش عمر تجهیزات و توسعه اقتصاد چرخشی ایفا کند.
چالش پروژه؛ یک قطعه کوچک با نقشی حیاتی
قطعه گمشده اگرچه از نظر ابعاد کوچک بود، اما نقش بسیار مهمی در عملکرد و حفاظت از ربات داشت. درپوش دسترسی پشت سر Pepper علاوه بر محافظت از بردها و قطعات الکترونیکی داخلی، ظاهر یکپارچه و حرفه ای ربات را نیز حفظ می کرد.
نبود این قطعه باعث می شد تجهیزات داخلی در معرض گردوغبار، ضربه و تماس مستقیم قرار بگیرند و همچنین ظاهر ربات برای استفاده در نمایشگاه ها و رویدادهای عمومی ناقص به نظر برسد. به همین دلیل، تیم پروژه تصمیم گرفت با استفاده از اسکن سه بعدی و مهندسی معکوس، این قطعه را با دقت بالا بازسازی کرده و ربات را دوباره به شرایط ایده آل بازگرداند.
برای ربات هایی که در محیط های عمومی مانند Pepper مورد استفاده قرار میگیرند، نبود یک قطعه محافظ تنها یک ایراد ظاهری نیست. نمایان بودن بردها و قطعات الکترونیکی داخلی میتواند خطر آسیب دیدگی، کاهش دوام دستگاه و حتی بروز مشکلات ایمنی را افزایش دهد؛ موضوعی که استفاده از ربات را در نمایشگاه ها، مراکز آموزشی و رویدادهای عمومی با محدودیت مواجه میکند.
چالش اصلی این پروژه آن بود که قطعه اصلی دیگر تولید نمیشد. علاوه بر این، رباتهای Pepper موجود متعلق به نسل های مختلف بودند و محل گیره ها و زبانه های نصب در برخی نسخه ها تفاوت های جزئی داشت. بنابراین، قطعه جایگزین باید با دقت بسیار بالا طراحی می شد تا بدون مشکل روی شاسی اصلی نصب شود و در عین حال قابلیت تطبیق با نسخه های مختلف ربات را نیز داشته باشد.
اندازه گیری دستی این قطعه نیز کار ساده ای نبود. وجود سطوح منحنی، لبه های پیچیده و گیره های نصب دقیق در بخش پشتی باعث می شد روش های سنتی اندازه گیری، دقت لازم را نداشته باشند. به همین دلیل، اسکن سه بعدی بهترین گزینه برای ثبت کامل هندسه این قطعه محسوب میشد.
راهکار؛ ثبت دقیق هندسه قطعه با اسکنر سه بعدی Sermoon S1
برای بازسازی این قطعه، تیم پروژه در جریان یک رویداد فناوری، درپوش اصلی پشت سر ربات Pepper را با استفاده از اسکنر سه بعدی Creality Sermoon S1 دیجیتالی کرد.
این قطعه از نظر فرآیند اسکن، دو چالش مهم داشت:
- وجود سطوح منحنی و فرم پیچیده در بخش خارجی قطعه
- گیرهها و زبانه های نصب با دقت بالا که برای قرارگیری صحیح روی ربات باید کاملاً دقیق ثبت می شدند.
به منظور ثبت کامل تمامی جزئیات، قطعه از چهار زاویه مختلف اسکن شد. همچنین برای افزایش پایداری فرآیند اسکن، از یک صفحه گردان دست ساز مجهز به مارکرهای ردیابی استفاده شد تا اسکنر بتواند موقعیت خود را در طول عملیات حفظ کرده و تمامی بخش های قطعه را با دقت بالا ثبت کند.
این روش باعث شد تمام جزئیات هندسی، انحناها و محل دقیق گیره های نصب به صورت یک مدل دیجیتالی دقیق ثبت شوند؛ مدلی که در ادامه، پایه اصلی مهندسی معکوس، طراحی مجدد و چاپ سه بعدی قطعه جایگزین قرار گرفت.
ثبت دقیق جزئیات با ترکیب دو حالت اسکن لیزری
برای دستیابی به بالاترین دقت، فرآیند اسکن با استفاده از دو حالت مختلف لیزر انجام شد که هرکدام وظیفه مشخصی در ثبت هندسه قطعه داشتند.
در مرحله نخست، حالت لیزر متقاطع (Cross-line Laser) برای ثبت ابعاد کلی، حجم و فرم اصلی درپوش مورد استفاده قرار گرفت. این حالت با سرعت بالا، شکل کلی قطعه را به طور کامل ثبت کرد.
سپس، برای ثبت بخش های حساس تر مانند گیره ها و زبانه های نصب که نیازمند دقت بسیار بالایی بودند، از حالت لیزر موازی (Parallel-line Laser) استفاده شد. این حالت امکان ثبت جزئیات ریز و نقاط اتصال را با دقت بیشتری فراهم کرد تا قطعه نهایی بدون مشکل روی ربات نصب شود.
ترکیب این دو روش اسکن، یک مدل سه بعدی (Mesh) بسیار دقیق از قطعه اصلی ایجاد کرد؛ مدلی که علاوه بر بازسازی کامل انحناهای سطح خارجی، تمامی جزئیات عملکردی و محل دقیق گیره های نصب را نیز در بر داشت و پایهای مطمئن برای مهندسی معکوس و چاپ سه بعدی قطعه جایگزین فراهم کرد.
مراحل اجرای پروژه؛ از اسکن قطعه تا تولید نمونه جایگزین
برای بازسازی درپوش پشت سر ربات Pepper، تیم پروژه از یک گردش کار کامل مبتنی بر مهندسی معکوس، اسکن سه بعدی و چاپ سه بعدی استفاده کرد تا قطعه ای کاملاً منطبق با نمونه اصلی تولید شود.
1. آماده سازی قطعه مرجع
در ابتدا، یک درپوش سالم از ربات Pepper به عنوان نمونه مرجع انتخاب شد تا تمامی ابعاد، انحناها و جزئیات آن به صورت دقیق ثبت شود.
2. اسکن سه بعدی با Sermoon S1
قطعه از زوایای مختلف توسط اسکنر سه بعدی Creality Sermoon S1 اسکن شد تا تمام سطوح منحنی، لبه ها و گیره های نصب بدون هیچ نقطه کور ثبت شوند و یک مدل سه بعدی دقیق از قطعه ایجاد شود.
3. تثبیت قطعه در حین اسکن
به دلیل شکل نامتقارن قطعه، ثابت نگه داشتن آن در طول فرآیند اسکن اهمیت زیادی داشت. برای این منظور از گیره های ABS استفاده شد تا قطعه بدون جابه جایی در موقعیت مناسب قرار گیرد. تیم پروژه همچنین اشاره کرد که استفاده از خمیر مدل سازی می تواند راهکار مناسبی برای ثابت نگه داشتن قطعات نامنظم در پروژه های مشابه باشد.
4. پاک سازی و اصلاح مدل سه بعدی
پس از پایان اسکن، داده های به دستآمده وارد نرم افزار MeshLab شدند. در این مرحله، نویزهای اسکن حذف، مش سه بعدی اصلاح و فایل STL به یک مدل استاندارد و آماده برای طراحی تبدیل شد.
5. مهندسی معکوس و طراحی در CAD
مدل اسکن شده سپس وارد نرم افزارهای CAD شد تا فرآیند مهندسی معکوس انجام گیرد. در این مرحله، طراحی قطعه برای سازگاری کامل با نسخه 1.8 ربات Pepper بهینه شد و فاصله گیره ها و نقاط اتصال با دقت تنظیم گردید تا نصب نهایی بدون مشکل انجام شود.
6. بهینه سازی برای چاپ سه بعدی
پیش از تولید، طراحی قطعه برای چاپ سه بعدی FDM بهینه شد. همچنین یک ساختار لانه زنبوری (Honeycomb) در بخش داخلی قطعه در نظر گرفته شد تا ضمن کاهش وزن، تهویه مناسب حفظ شده و استحکام و محافظت از قطعات داخلی نیز تأمین شود.
7. چاپ سه بعدی و آزمایش نصب
در پایان، قطعه با استفاده از فیلامنت PLA چاپ شد و روی ربات نصب گردید. نتیجه، یک قطعه جایگزین با ابعاد دقیق، نصب کاملاً منطبق و ظاهری مشابه نمونه اصلی بود که توانست بار دیگر از قطعات الکترونیکی داخلی ربات محافظت کرده و عملکرد و ظاهر آن را به حالت استاندارد بازگرداند.
چرا این نمونه برای نگهداری و تعمیرات ربات ها اهمیت دارد؟
این پروژه نمونه ای کاربردی از نقش اسکن سه بعدی در تعمیر و نگهداری ربات ها است؛ به خصوص در شرایطی که قطعات اصلی دیگر در دسترس نیستند.
برای تیم های رباتیک، آزمایشگاه های تحقیقاتی، مراکز آموزشی، موزه ها و سازمان های فناوری، از رده خارج شدن قطعات یدکی می تواند به یک چالش جدی در فرآیند نگهداری تبدیل شود. بسیاری از ربات ها از نظر مکانیکی و الکترونیکی همچنان عملکرد مناسبی دارند، اما نبود یک قطعه کوچک می تواند مانع استفاده ایمن و کامل از آن ها شود.
فناوری اسکن سه بعدی با تبدیل یک قطعه فیزیکی موجود به داده های دیجیتال دقیق، راهکاری مؤثر برای حل این مشکل ارائه می دهد. پس از ثبت کامل هندسه قطعه، امکان تعمیر، اصلاح طراحی، بهینه سازی و تولید مجدد آن با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی فراهم می شود.
در این پروژه، اسکن سه بعدی به تیم کمک کرد تا:
- یک قطعه پیچیده با سطوح منحنی را بدون نیاز به اندازه گیری دستی و زمان بر ثبت کنند.
- تطابق دقیق قطعه با محل نصب و ابعاد اصلی آن را حفظ کنند.
- طراحی قطعه را برای یک نسل مشخص از ربات ها سازگار و بهینه سازی کنند.
- یک قطعه جایگزین قابل چاپ با فناوری پرینت سه بعدی تولید کنند.
- ایمنی و قابلیت استفاده مجدد ربات را بازیابی کنند.
- وابستگی به قطعات تولیدکننده که دیگر عرضه نمی شوند را کاهش دهند.
این فرآیند تنها یک روش تعمیر ساده نیست؛ بلکه یک الگوی عملی برای افزایش طول عمر تجهیزات پیشرفته و حفظ ارزش سخت افزارهای صنعتی و تحقیقاتی محسوب میشود.
یک نمونه عملی از اقتصاد چرخشی در رباتیک
ارزش این پروژه تنها به تولید یک قطعه جایگزین محدود نمیشود؛ بلکه نشان دهنده یک رویکرد گسترده تر برای حفظ و افزایش عمر تجهیزات رباتیک است.
زمانی که یک ربات به دلیل نبود قطعات یدکی یا توقف تولید برخی اجزا از کار می افتد، معمولاً نتیجه آن ایجاد ضایعات الکترونیکی غیرضروری خواهد بود. اما با استفاده از ابزارهای در دسترس مانند اسکن سه بعدی، مهندسی معکوس و پرینت سه بعدی، سازمان ها می توانند تجهیزات ارزشمند خود را برای مدت طولانی تری فعال و قابل استفاده نگه دارند.
این موضوع به ویژه در مورد فناوری های بدون پشتیبانی (Orphan Technology) اهمیت زیادی دارد؛ تجهیزاتی که هنوز کاربردی و قابل استفاده هستند، اما دیگر توسط سازنده اصلی پشتیبانی یا تأمین قطعات نمی شوند.
پروژه ربات Pepper نشان می دهد که جامعه Makerها و متخصصان فناوری میتوانند نقش مهمی در افزایش چرخه عمر محصولات داشته باشند. به جای جایگزینی کامل یک سیستم، تیم ها میتوانند قطعات خاص را بازطراحی و بازتولید کنند، فایل های طراحی را با دیگران به اشتراک بگذارند و فرآیند تعمیر و نگهداری را برای کاربران ساده تر کنند.
فایل STL مربوط به صفحه جایگزین ربات Pepper نیز به صورت عمومی در پلتفرم Thingiverse منتشر شد تا سایر افرادی که با ربات های Pepper v1.8 کار می کنند، بتوانند از همین راهکار استفاده کنند.
این نمونه به خوبی نشان میدهد که ترکیب فناوری های اسکن سه بعدی، مهندسی معکوس و ساخت افزایشی چگونه می تواند به کاهش ضایعات، حفظ تجهیزات قدیمی و ایجاد یک مدل پایدارتر برای نگهداری فناوری های پیشرفته کمک کند.
چه کسانی می توانند از این فرآیند استفاده کنند؟
این نوع فرآیند کاری تنها به ربات های Pepper محدود نمی شود و می تواند در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی، آموزشی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار گیرد. این روش به خصوص برای گروه های زیر کاربردی است:
تیم های رباتیک
برای تعمیر و بازسازی قطعات غیر استاندارد ربات ها مانند کاورها، محفظه ها، گیره ها، براکت ها، پنل ها و سایر اجزایی که ممکن است تولید آن ها متوقف شده باشد یا به راحتی در دسترس نباشند.
مراکز آموزشی و دانشگاه ها
برای نگهداری و تعمیر رباتهای آموزشی، تجهیزات آزمایشگاهی و پلتفرمهای رباتیک دانشجویی که نیاز به قطعات جایگزین یا اصلاحات طراحی دارند.
آزمایشگاههای تحقیقاتی
برای اصلاح، بهینه سازی یا تعمیر تجهیزات قدیمی و دستگاه هایی که همچنان در پروژه های تحقیقاتی، آزمایش ها یا نمایش های علمی مورد استفاده قرار می گیرند.
موزه ها و مراکز فناوری عمومی
موزه ها و مراکز فناوری عمومی
برای حفظ عملکرد ربات های تعاملی، تجهیزات نمایشگاهی و سیستم های فناوری که نقش آموزشی یا نمایشگاهی دارند و قطعات آن ها دیگر توسط سازنده تأمین نمی شود.
تیم های نگهداری و تعمیرات صنعتی
برای بازتولید قطعاتی مانند کاور دستگاه ها، پنل های دسترسی، محافظ ها و فیکسچرهای سفارشی ماشین آلات صنعتی که تولید آن ها متوقف شده یا یافتن نمونه اصلی آن ها دشوار است.
جوامع Maker و گروههای تعمیرات
برای تبدیل قطعات غیرقابل دسترس به فایل ها و راهکارهای تعمیرپذیر و قابل اشتراک گذاری که دیگر کاربران نیز بتوانند از آن ها استفاده کنند.
شرکت های خدماتی و کارگاه های کوچک
برای ارائه خدمات مهندسی معکوس و پرینت سه بعدی جهت تولید قطعات جایگزین برای تجهیزاتی که دیگر تولید نمی شوند یا دسترسی به قطعات اصلی آن ها محدود است.
در مجموع، این فرآیند یک راهکار انعطاف پذیر برای افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش هزینه های تعمیرات و ایجاد امکان بازتولید قطعات کمیاب با استفاده از فناوری های نوین ساخت دیجیتال محسوب می شود.
در مجموع، این فرآیند یک راهکار انعطاف پذیر برای افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش هزینه های تعمیرات و ایجاد امکان بازتولید قطعات کمیاب با استفاده از فناوری های نوین ساخت دیجیتال محسوب می شود.
راهکار پیشنهادی
برای پروژه هایی که شامل سطوح منحنی، گیره های عملکردی و فرآیندهای مهندسی معکوس هستند، اسکنر سه بعدی Creality Sermoon S1 می تواند یک انتخاب مناسب و قدرتمند باشد.
در این پروژه، از Sermoon S1 برای ثبت دقیق هندسه کلی و همچنین جزئیات ظریف محل های نصب قطعه اصلی صفحه دسترسی ربات Pepper استفاده شد. حالت های مختلف اسکن این دستگاه، دو نیاز اصلی پروژه را پوشش دادند:
- ثبت حجم کلی قطعه و ساختار منحنی آن با دقت بالا
- ثبت جزئیات دقیق بخش های دارای گیره و نقاط اتصال برای حفظ عملکرد صحیح قطعه
این ویژگی ها باعث می شود Sermoon S1 برای کاربردهایی مانند نگهداری و تعمیرات ربات ها، تعمیرات خودرو، جایگزینی قطعات صنعتی، مهندسی معکوس و بازطراحی قطعات سفارشی گزینه ای مناسب باشد؛ به خصوص در پروژه هایی که پیش از تبدیل مدل به فایل CAD یا تولید با پرینتر سه بعدی، نیاز به ثبت دقیق هندسه قطعه وجود دارد.
برای آشنایی با جدیدترین فناوری ها و کاربردهای صنعتی اسکن سه بعدی، همراه ما باشید.
