گزارش کاراموزی بررسی جامع رباتيك

گزارش کاراموزي بررسي جامع رباتيك در 56 صفحه ورد قابل ويرايش


1مقدمه

اتوماسيون در بخشهاي مختلف صنعت و كارهاي توليدي در چند دهه اخير ظهور پيدا كرده است و روز به روز نيز در حال توسعه مي باشد. بيش از چند دهه از ظهور كارخانجات كاملاً مكانيزه كه در آنها تمامي پروسه ها اتوماتيك بوده و نيروي انساني در آن نقش اجرائي ندارد، نمي گذرد. اما در چند ساله اخير شاهد بوجود آمدن كارخانجات مكانيزه اي بوده ايم كه طراحي، ساخت و نحوه كار آنها واقعاً حيرت انگيز است. ايده و دانش كنترل اتوماتيك و استفاده از سيستمهاي مكانيزه در كارخانجات به جنگ جهاني دوم مي رسد. ما تحولات عظيم و چشمگير آن در سالهاي اخير بوقوع پيوسته است.

رباتها جديدترين مرحله تلاش انسان جهت صنايع اتوماتيك به شمار مي روند. رباتها آن دسته از ماشينهاي ساخت بشر هستند كه لزوماً حركتهايي شبيه انسان ندارند ولي توان تصميم گيري و ايجاد و كنترل فعاليتهاي از پيش تعيين شده را دارند.



شكل 1 : نمونه اي از استفاده از ربات در صنعت





2- تعريف ربات

دو تعريف موجود در رابطه با كلمه ربات از قرار زير مي باشند[9] :

1- تعريفــي كه توسطConcise Oxford Dic. صورت گرفتــه است؛ ماشيني مكانيكي با ظاهر يك انسان كه باهوش و مطيع بوده ولي فاقد شخصيت است. اين تعريف چندان دقيق نيست، زيرا تمام رباتهاي موجود داراي ظاهري انساني نبوده و تمايل به چنين امري نيز وجود ندارد.

2- تعريفي كه توسط مؤسسه ربات آمريكا صورت گرفته است؛ وسيله اي با دقت عمل زياد كه قابل برنامه ريزي مجدد بوده و توانايي انجام چند كار را دارد و براي حمل مواد، قطعات، ابزارها يا سيستم هاي تخصصي طراحي شده و داراي حركات مختلف برنامه ريزي شده است و هدف از ساخت آن انجام وظايف گوناگون مي باشد.

3- دسته بندي رباتها

رباتها در سطوح مختلف دو خاصيت مشخص را دارا مي باشند :

1- تنوع در عملكرد

2- قابليت تطبيق خودكار با محيط

به منظور دسته بندي رباتها لازم است كه قادر به تعريف و تشخيص انواع مختلف آنــــــها باشيم. سه

دسته بندي مختلف در مورد رباتها وجود دارد. دسته بندي اتحاديــــــه رباتهاي ژاپني، دسته بندي

مؤسسه رباتيك آمريكا و دسته بندي اتحاديه فرانسوي رباتهاي صنعتي.[9]

1-3-دسته بندي اتحاديه رباتهاي ژاپني

انجمن رباتهاي صنعتي ژاپن، رباتها را به شش گروه زير تقسيم مي كند :

1- يك دست مكانيكي كه توسط اپراتور كار مي كند : وسيله اي است كه داراي درجات آزادي متعدد بوده و توسط عامل انساني كار مي كند.

2- ربات با تركيبات ثابت : اين دسته رباتها با تركيبات ثابت طراحي مي شوند. در اين حالت يك دست مكانيكي كارهاي مكانيكي را با قدمهاي متوالي تعريف شده انجام مي دهد و به سادگي ترتيب كارها قابل تغيير نيست.

3- ربات با تركيبات متغير : يك دست مكانيكي كه كارهاي تكراري را با قدمهاي متوالي و با ترتيب تعريف شده، انجام مي دهد و اين ترتيب به سادگي قابل تغيير است.

4- ربات قابل آموزش : اپراتور در ابتداي امر به صورت دستي با هدايت يا كنترل ربات كاري را كه بايد انجام شود، انجام مي دهد و ربات مراحل انجام وظيفه را در حافظه ضبط مي كند. هر وقت كه لازم باشد، مي توان اطلاعات ضبط شده را از ربات درخواست نمود و ربات وظيفه درخواست شده را بصورت خودكار انجام مي دهد.

5- ربات با كنترل عددي : اپراتور وظيفه ربات را توسط يك برنامه كامپيوتري به او تفهيم مي نمايد و نيازي به هدايت دستي ربات نيست. درواقع ربات با كنترل عددي، رباتي است كه با برنامه كامپيوتري كار مي كند.

6- ربات باهوش : اين ربات درك از محيط و استعداد انجام كار با توجه به تغيير در شرايط و محدوده عمل كار را دارد.



2-3- دسته بندي مؤسسه رباتيك آمريكا

انستيتوي رباتيك آمريكا تنها موارد 3 و 4 و 5 و 6 را به عنوان ربات پذيرفته است.



3-3- دسته بندي اتحاديه فرانسوي رباتهاي صنعتي

مؤسسه ربات صنعتي فرانسوي، رباتها را به شكل زير تقسيم كرده است :

نوع A : دستگاهي كه توسط دست يا از راه دور كنترل مي شود (مورد 1 طبقه بندي قبل).

نوع B : وسيلة حمل كننده خودكار با يك سيكل محاسبه شده از قبل (موارد 2 و 3 طبقه بندي قبل).

نوع C : دستگاهي قابل برنامه ريزي و با توانايي خود كنترل (موارد 4 و 5 طبقه بندي قبل).

نوع D : دستگاهي كه قادر است اطلاعات معيني از محيط را بدست بياورد و به عنوان ربات باهوش معروف است (مورد 6 طبقه بندي قبل).



4- اجزاء اصلي يك ربات

مهندسي ربات، مهندسيهاي نرم افزار، سخت افزار، برق و مكانيك را در خدمت خود گرفته است. بعضي مواقع اين علوم به حد كافي پيچيده مي باشند. همچنانكه در شكل 2-2 مشاهده مي شود هر ربات داراي 5 مؤلفه به شرح ذيل مي باشد [9]و[15]:



1-4- بازوي مكانيكي ماهر(Mechanical Manipulator)

بازوي مكانيكي شامل چندين واصل است كه با مفصلها به هم وصل مي شوند. اين واصلها در جهات مختلف در فضاي كاري قادر به حركت مي باشند. حركت يك مفصل بخصوص باعث حركت يك يا چند واصل مي شود. عامل تحريك مفصل مي تواند مستقيماً يا از طريق بعضي انتقالات مكانيكي بر واصل بعدي متصل شود. به واصل نهايي بازوي مكانيكي وسيله كاري ربات وصل شده است كه به آن عامل نهايي مي گويند. هر يك از مفصلهاي ربات يك محور مفصل دارند كه واصل حول آن مي چرخد. هر محور مفصل يك درجه آزادي(D.O.F.) تعريف مي كند. بيشتر رباتها داراي 6 درجه آزادي مي باشند به عبارت ديگر داراي 6 مفصل، بمنظور حركت در 6 جهت. اولين سه مفصل ربات به عنوان محورهاي اصلي شناخته مي شوند. بطوركلي صرفنظر از جزئيات، محورهايي كه براي محاسبه موقعيت

4-2-5- نسل چهارم

نسل چهارم رباتها در چند سال اخير معرفي شده است ولي پتانسيل كامل كاري آنها به زودي محقق نمي شود. در اين نسل، رباتها داراي هوش مصنوعي بوده و ادراكاتي بيشتر از نسل سوم مانند قدرت تصميم گيري و تشخيص طرح و ابعاد قطعه و همچنين تكميل و تصحيح حركات در عمليات مختلف را دارا مي باشند. قدرت بينايي، مشابه سازي از تأثيرات محيطي به صورت ديجيتال و استفاده از سنسورها از ويژگيهاي اين نسل از رباتها است. در اين رباتها، چندين پروسسور وجود دارند كه هر يك بصورت آسنكرون يك سري عملكرد بخصوص را انجام مي دهند و يك كامپيوتر ناظر، مسئول هماهنگي و نظارت بر اين پروسسورها بوده و عملكردهاي سطح بالا را براي آنها مهيا مي كند. هر پروسسور سيگنالهاي سنسوري داخلي (موقعيت، سرعت و جهت) را دريافت مي كند، بخشي از كنترل كننده سرو سيستم مي باشد. كامپيوتر ناظر بر پروسسورها، محاسبات هماهنگ كننده بين عمليات پروسسورها را انجام مي دهد و با سنسورهاي خارجي و تجهيزات و كامپيوترهاي ديگر ارتباط دارد و برنامه هاي متنوع را اجرا مي كند. هدف اصلي در اين نسل طراحي پردازش سلسله مراتبي توزيعي مي باشد كه قابليت انعطاف را بالا برده و بسادگي تغييرات را فراهم مي كند. در اين نسل سنسورها در نهايت باهوشي پيرامون خود را احساس كرده و با استفاده از مفاهيم هوش مصنوعي و با زيركي هر چه تمامتر و با وجود كمترين اطلاعات، كار خود را بنحو احسن انجام مي دهند. شكل 6-2 شماتيك كنترل اين نسل را نمايش مي دهد.

1-8- انواع چرخ دنده ها

معمول ترين روش براي انتقال نيرو از يك توليد كننده نيرو به هر قسمت دستگاه استفاده از چرخ دنده است. چرخ دنده ها در اندازه هاي مختلف و با تعداد دندانه هاي مختلف ساخته شده اند. سرعت موتورهاي متحرك معمولاً براي حركت بازوي بسيار زياد است. اين بدان معني است كه بايستي بوسيله چرخ دنده سرعت آنها را كاهش داد. چرخ دنده ها مي توانند براي افزايش يا كاهش سرعت مورد استفاده قرار گيرند. آنها قادرند كه حركت دوراني را به حركت دوراني يا انتقالي و بالعكس تبديل كنند. گيره ها نيز براي حركتشان از چرخ دنده هايي در اندازه هاي متفاوت براي انتقال نيرو و انجام حركت موردنظر استفاده مي كنند.

1-1-8- چرخ دنده هاي ساده يا صاف (Spur Gears)

وقتي چند چرخ دنده در كنار هم قرار داده شوند قابليت انتقال نيرو دارند، اين عمل براي تغيير جهت حركت و يا تغيير سرعت محور اصلي است. چرخ دنده هاي ساده براي انتقال حركت از محورهاي موازي بكار مي روند و دنده هاي آنها با محورشان موازي است.

2-1-8- چرخ دنده هاي حلزوني (Worm Gears)

از اين چرخ دنده به منظور :

1- كاهش دور به ميزان قابل توجه

2- انتقال توان به ميزان قابل توجه

استفاده مي شود. چرخ دنده هاي حلزوني معمولاً براي به حركت درآوردن پايه اصلي ربــــات بكار مي روند. اين چرخ دنده هـا براي انتقال حركت بين دو محور متنافر بكار مي روند. اين چرخ دنده طوري طراحي شــده است كه بتواند جهت حركت را تغيير دهد. چرخ دنده هاي حلزوني براي تبديل حركت

پيچشي يا چرخشي به حركت چرخشي درست شده اند.

3-1-8- چرخ دنده هاي مارپيچ (Helical Gears)

كه به دو صورت مارپيچ ساده و مارپيچ متقاطع ساخته مي شوند.

4-1-8- چرخ دنده هاي مخروطي (Bevel Gears)

چرخ دنده هاي مخروطي كه به شكل مخروط ناقص مي باشند، براي اتصال محورهايي كه متقاطع هستند بكار مي روند.

چرخ دنده هاي مخروطي را مي توان به گونه زير طبقه بندي كرد،

- چرخ دنده هاي مخروطي دنده راست (Straight)

- چرخ دنده هاي مخروطي مارپيچ (Spiral)

- چرخ دنده هاي مخروطي صفر (Zerol)

- چرخ دنده هاي هيپوئيد (Hypoid)

- چرخ دنده هاي اسپيروئيد (Spiroid)

معمولاً چرخ دنده هايي كه دندانه هاي صاف دارند بيشترين مورد استفاده را دارند. چرخ دنده هاي مخروطي دنده راست در اندازه هاي بسيار گوناگون موجود هستند و ساخت آنها از هرگونه چرخ دنده مخروطي ديگر ارزانتر است. چرخ دنده هاي مخروطي مارپيچي داراي دندانه هاي خميده اند. چرخ دنده هاي مخروطي مارپيچ جهت سرعتهاي بيشتر (نسبت به دنده راست) و در جائيكه ميزان صدا اهميت داشته باشد، بكار مي روند. بارهاي محوري مجاز براي چرخ دنده هاي مخروطي صفر، به اندازه اين بارها در چرخ دنده هاي مخروطي مارپيچ بزرگ نيست و از اين رو آنها را معمولاً بجاي چرخ دنده هاي مخروطي دنده راست بكار مي برند. چرخ دنده هاي هيپوئيد براي محورهاي متنافر به كار مي روند. چرخ دنده هاي هيپوئيدي خيلي آرامتر و نرمتر از چرخ دنده هاي مخروطي مارپيچي كار مي كنند. مقدار تنافر چرخ دنده هيپوئيد كوچك است. براي مقدار تنافر بيشتر، از چرخ دنده اسپيروئيد (حلزوني مخروطي) استفاده مي شود. چرخ دنده هاي مخروطي در رباتهايــي كاربرد دارنــد كه حركتي با زاويه 45 يا 90 را بايد انتقال دهند. چرخ دنده هايي كه داراي دندانه هاي منحني وار هستند بيشتر از دندانه هاي معمولي قابليت حمل بار و انتقال نيرو را دارند.