گزارش کاراموزی بررسی جامع رباتیک در 56 صفحه ورد قابل ویرایش

1مقدمه

اتوماسیون در بخشهای مختلف صنعت و کارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا کرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد. بیش از چند دهه از ظهور کارخانجات کاملاً مکانیزه که در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیک بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد. اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن کارخانجات مکانیزه ای بوده ایم که طراحی، ساخت و نحوه کار آنها واقعاً حیرت انگیز است. ایده و دانش کنترل اتوماتیک و استفاده از سیستمهای مکانیزه در کارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد. ما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سالهای اخیر بوقوع پیوسته است.

رباتها جدیدترین مرحله تلاش انسان جهت صنایع اتوماتیک به شمار می روند. رباتها آن دسته از ماشینهای ساخت بشر هستند که لزوماً حرکتهایی شبیه انسان ندارند ولی توان تصمیم گیری و ایجاد و کنترل فعالیتهای از پیش تعیین شده را دارند.



شکل 1 : نمونه ای از استفاده از ربات در صنعت





2- تعریف ربات

دو تعریف موجود در رابطه با کلمه ربات از قرار زیر می باشند[9] :

1- تعریفــی که توسطConcise Oxford Dic. صورت گرفتــه است؛ ماشینی مکانیکی با ظاهر یک انسان که باهوش و مطیع بوده ولی فاقد شخصیت است. این تعریف چندان دقیق نیست، زیرا تمام رباتهای موجود دارای ظاهری انسانی نبوده و تمایل به چنین امری نیز وجود ندارد.

2- تعریفی که توسط مؤسسه ربات آمریکا صورت گرفته است؛ وسیله ای با دقت عمل زیاد که قابل برنامه ریزی مجدد بوده و توانایی انجام چند کار را دارد و برای حمل مواد، قطعات، ابزارها یا سیستم های تخصصی طراحی شده و دارای حرکات مختلف برنامه ریزی شده است و هدف از ساخت آن انجام وظایف گوناگون می باشد.

3- دسته بندی رباتها

رباتها در سطوح مختلف دو خاصیت مشخص را دارا می باشند :

1- تنوع در عملکرد

2- قابلیت تطبیق خودکار با محیط

به منظور دسته بندی رباتها لازم است که قادر به تعریف و تشخیص انواع مختلف آنــــــها باشیم. سه

دسته بندی مختلف در مورد رباتها وجود دارد. دسته بندی اتحادیــــــه رباتهای ژاپنی، دسته بندی

مؤسسه رباتیک آمریکا و دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی.[9]

1-3-دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی

انجمن رباتهای صنعتی ژاپن، رباتها را به شش گروه زیر تقسیم می کند :

1- یک دست مکانیکی که توسط اپراتور کار می کند : وسیله ای است که دارای درجات آزادی متعدد بوده و توسط عامل انسانی کار می کند.

2- ربات با ترکیبات ثابت : این دسته رباتها با ترکیبات ثابت طراحی می شوند. در این حالت یک دست مکانیکی کارهای مکانیکی را با قدمهای متوالی تعریف شده انجام می دهد و به سادگی ترتیب کارها قابل تغییر نیست.

3- ربات با ترکیبات متغیر : یک دست مکانیکی که کارهای تکراری را با قدمهای متوالی و با ترتیب تعریف شده، انجام می دهد و این ترتیب به سادگی قابل تغییر است.

4- ربات قابل آموزش : اپراتور در ابتدای امر به صورت دستی با هدایت یا کنترل ربات کاری را که باید انجام شود، انجام می دهد و ربات مراحل انجام وظیفه را در حافظه ضبط می کند. هر وقت که لازم باشد، می توان اطلاعات ضبط شده را از ربات درخواست نمود و ربات وظیفه درخواست شده را بصورت خودکار انجام می دهد.

5- ربات با کنترل عددی : اپراتور وظیفه ربات را توسط یک برنامه کامپیوتری به او تفهیم می نماید و نیازی به هدایت دستی ربات نیست. درواقع ربات با کنترل عددی، رباتی است که با برنامه کامپیوتری کار می کند.

6- ربات باهوش : این ربات درک از محیط و استعداد انجام کار با توجه به تغییر در شرایط و محدوده عمل کار را دارد.



2-3- دسته بندی مؤسسه رباتیک آمریکا

انستیتوی رباتیک آمریکا تنها موارد 3 و 4 و 5 و 6 را به عنوان ربات پذیرفته است.



3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی

مؤسسه ربات صنعتی فرانسوی، رباتها را به شکل زیر تقسیم کرده است :

نوع A : دستگاهی که توسط دست یا از راه دور کنترل می شود (مورد 1 طبقه بندی قبل).

نوع B : وسیلة حمل کننده خودکار با یک سیکل محاسبه شده از قبل (موارد 2 و 3 طبقه بندی قبل).

نوع C : دستگاهی قابل برنامه ریزی و با توانایی خود کنترل (موارد 4 و 5 طبقه بندی قبل).

نوع D : دستگاهی که قادر است اطلاعات معینی از محیط را بدست بیاورد و به عنوان ربات باهوش معروف است (مورد 6 طبقه بندی قبل).



4- اجزاء اصلی یک ربات

مهندسی ربات، مهندسیهای نرم افزار، سخت افزار، برق و مکانیک را در خدمت خود گرفته است. بعضی مواقع این علوم به حد کافی پیچیده می باشند. همچنانکه در شکل 2-2 مشاهده می شود هر ربات دارای 5 مؤلفه به شرح ذیل می باشد [9]و[15]:



1-4- بازوی مکانیکی ماهر(Mechanical Manipulator)

بازوی مکانیکی شامل چندین واصل است که با مفصلها به هم وصل می شوند. این واصلها در جهات مختلف در فضای کاری قادر به حرکت می باشند. حرکت یک مفصل بخصوص باعث حرکت یک یا چند واصل می شود. عامل تحریک مفصل می تواند مستقیماً یا از طریق بعضی انتقالات مکانیکی بر واصل بعدی متصل شود. به واصل نهایی بازوی مکانیکی وسیله کاری ربات وصل شده است که به آن عامل نهایی می گویند. هر یک از مفصلهای ربات یک محور مفصل دارند که واصل حول آن می چرخد. هر محور مفصل یک درجه آزادی(D.O.F.) تعریف می کند. بیشتر رباتها دارای 6 درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای 6 مفصل، بمنظور حرکت در 6 جهت. اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند. بطورکلی صرفنظر از جزئیات، محورهایی که برای محاسبه موقعیت

4-2-5- نسل چهارم

نسل چهارم رباتها در چند سال اخیر معرفی شده است ولی پتانسیل کامل کاری آنها به زودی محقق نمی شود. در این نسل، رباتها دارای هوش مصنوعی بوده و ادراکاتی بیشتر از نسل سوم مانند قدرت تصمیم گیری و تشخیص طرح و ابعاد قطعه و همچنین تکمیل و تصحیح حرکات در عملیات مختلف را دارا می باشند. قدرت بینایی، مشابه سازی از تأثیرات محیطی به صورت دیجیتال و استفاده از سنسورها از ویژگیهای این نسل از رباتها است. در این رباتها، چندین پروسسور وجود دارند که هر یک بصورت آسنکرون یک سری عملکرد بخصوص را انجام می دهند و یک کامپیوتر ناظر، مسئول هماهنگی و نظارت بر این پروسسورها بوده و عملکردهای سطح بالا را برای آنها مهیا می کند. هر پروسسور سیگنالهای سنسوری داخلی (موقعیت، سرعت و جهت) را دریافت می کند، بخشی از کنترل کننده سرو سیستم می باشد. کامپیوتر ناظر بر پروسسورها، محاسبات هماهنگ کننده بین عملیات پروسسورها را انجام می دهد و با سنسورهای خارجی و تجهیزات و کامپیوترهای دیگر ارتباط دارد و برنامه های متنوع را اجرا می کند. هدف اصلی در این نسل طراحی پردازش سلسله مراتبی توزیعی می باشد که قابلیت انعطاف را بالا برده و بسادگی تغییرات را فراهم می کند. در این نسل سنسورها در نهایت باهوشی پیرامون خود را احساس کرده و با استفاده از مفاهیم هوش مصنوعی و با زیرکی هر چه تمامتر و با وجود کمترین اطلاعات، کار خود را بنحو احسن انجام می دهند. شکل 6-2 شماتیک کنترل این نسل را نمایش می دهد.

1-8- انواع چرخ دنده ها

معمول ترین روش برای انتقال نیرو از یک تولید کننده نیرو به هر قسمت دستگاه استفاده از چرخ دنده است. چرخ دنده ها در اندازه های مختلف و با تعداد دندانه های مختلف ساخته شده اند. سرعت موتورهای متحرک معمولاً برای حرکت بازوی بسیار زیاد است. این بدان معنی است که بایستی بوسیله چرخ دنده سرعت آنها را کاهش داد. چرخ دنده ها می توانند برای افزایش یا کاهش سرعت مورد استفاده قرار گیرند. آنها قادرند که حرکت دورانی را به حرکت دورانی یا انتقالی و بالعکس تبدیل کنند. گیره ها نیز برای حرکتشان از چرخ دنده هایی در اندازه های متفاوت برای انتقال نیرو و انجام حرکت موردنظر استفاده می کنند.

1-1-8- چرخ دنده های ساده یا صاف (Spur Gears)

وقتی چند چرخ دنده در کنار هم قرار داده شوند قابلیت انتقال نیرو دارند، این عمل برای تغییر جهت حرکت و یا تغییر سرعت محور اصلی است. چرخ دنده های ساده برای انتقال حرکت از محورهای موازی بکار می روند و دنده های آنها با محورشان موازی است.

2-1-8- چرخ دنده های حلزونی (Worm Gears)

از این چرخ دنده به منظور :

1- کاهش دور به میزان قابل توجه

2- انتقال توان به میزان قابل توجه

استفاده می شود. چرخ دنده های حلزونی معمولاً برای به حرکت درآوردن پایه اصلی ربــــات بکار می روند. این چرخ دنده هـا برای انتقال حرکت بین دو محور متنافر بکار می روند. این چرخ دنده طوری طراحی شــده است که بتواند جهت حرکت را تغییر دهد. چرخ دنده های حلزونی برای تبدیل حرکت

پیچشی یا چرخشی به حرکت چرخشی درست شده اند.

3-1-8- چرخ دنده های مارپیچ (Helical Gears)

که به دو صورت مارپیچ ساده و مارپیچ متقاطع ساخته می شوند.

4-1-8- چرخ دنده های مخروطی (Bevel Gears)

چرخ دنده های مخروطی که به شکل مخروط ناقص می باشند، برای اتصال محورهایی که متقاطع هستند بکار می روند.

چرخ دنده های مخروطی را می توان به گونه زیر طبقه بندی کرد،

- چرخ دنده های مخروطی دنده راست (Straight)

- چرخ دنده های مخروطی مارپیچ (Spiral)

- چرخ دنده های مخروطی صفر (Zerol)

- چرخ دنده های هیپوئید (Hypoid)

- چرخ دنده های اسپیروئید (Spiroid)

معمولاً چرخ دنده هایی که دندانه های صاف دارند بیشترین مورد استفاده را دارند. چرخ دنده های مخروطی دنده راست در اندازه های بسیار گوناگون موجود هستند و ساخت آنها از هرگونه چرخ دنده مخروطی دیگر ارزانتر است. چرخ دنده های مخروطی مارپیچی دارای دندانه های خمیده اند. چرخ دنده های مخروطی مارپیچ جهت سرعتهای بیشتر (نسبت به دنده راست) و در جائیکه میزان صدا اهمیت داشته باشد، بکار می روند. بارهای محوری مجاز برای چرخ دنده های مخروطی صفر، به اندازه این بارها در چرخ دنده های مخروطی مارپیچ بزرگ نیست و از این رو آنها را معمولاً بجای چرخ دنده های مخروطی دنده راست بکار می برند. چرخ دنده های هیپوئید برای محورهای متنافر به کار می روند. چرخ دنده های هیپوئیدی خیلی آرامتر و نرمتر از چرخ دنده های مخروطی مارپیچی کار می کنند. مقدار تنافر چرخ دنده هیپوئید کوچک است. برای مقدار تنافر بیشتر، از چرخ دنده اسپیروئید (حلزونی مخروطی) استفاده می شود. چرخ دنده های مخروطی در رباتهایــی کاربرد دارنــد که حرکتی با زاویه 45 یا 90 را باید انتقال دهند. چرخ دنده هایی که دارای دندانه های منحنی وار هستند بیشتر از دندانه های معمولی قابلیت حمل بار و انتقال نیرو را دارند.