سه شنبه , 28 مارس 2017
خانه > مقالات رباتیک > مقدمه ای بر ربات ها

مقدمه ای بر ربات ها

مقدمه

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.

تعریف ربات

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

۱- 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.

۲- 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.

اجزاء اصلی یک ربات

مهندسی ربات، مهندسی های نرم افزار، سخت افزار، برق و مکانیک را در خدمت خود گرفته است. بعضی مواقع این علوم به حد کافی پیچیده می باشند.

هر ربات دارای ۵ مؤلفه به شرح ذیل می باشد:

۱- 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 ۶ درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای ۶ مفصل، بمنظور حرکت در ۶ جهت. اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند. بطورکلی صرف نظر از جزئیات، محورهایی که برای محاسبه موقعیت

و استقرار مچ استفاده می شونــد، محورهای اصلی ربات هستند. محورهای مفصلهای باقیمانده جهت قرار گرفتن دست ربات را مشخص می کنند، ولذا محورهای فرعی نامیده می شوند.

دو نوع مفصل اصلی به صورت گسترده در صنعت رباتها بکار گرفته می شود. مفصل دورانی که نمایش دهنده حرکت چرخشی حول یک محور است و مفصل انتقالی یا لغزشی که نمایش دهنده حرکت خطی در طول یک محور است،

۲- سنسورها

برای کنترل صحیح بازوی مکانیکی بایستی وضعیت هر مفصل شناخته شده باشد. منظور از وضعیت، موقعیت مفصل، سرعت و شتاب می باشد. بنابراین در مفصلها بایستی سنسورهایی جهت دید مفصلها و وصلها جهت تعیین موقعیت، گشتاور، سرعت، شتاب، و … نصب شود، تا وضعیت مفصلها به کنترلر ابلاغ شود. خواندن اطلاعات سنسور، یا در اتمام حرکت یا در حین حرکت انجام می گیرد و با ارسال اطلاعات آنی سنسورها به کنترلر، کنترل صحیح و واقعی سیستم مکانیکی انجام می شود. این اطلاعات سنسوری، دیجیتال یا آنالوگ و یا ترکیبی می باشند.

سنسور

۳- کنترلر

بخشی است که به بازوی مکانیکی، هوش انجام کار را می دهد. کنترلر معمولاً از بخشهای ذیل تشکیل می شود :

۱- واحدی که اجازه می دهد ربات از طریق سنسورها با محیط بیرون ارتباط داشته باشد.

۲- حافظه جهت ذخیره داده هایی که مختصات را تعریف می کنند تا بازو با توجه به این مختصات حرکت کند (برنامه).

۳- واحدی که داده ذخیره شده در حافظه را تغییر می دهد و سپس داده را برای ارتباط دادن با مؤلفه های دیگر کنترل بکار می برد.

۴- حرکت مؤلفه هــای به خصوصی در نقاط معینــی مقدار دهی اولیه شده و در نقطه به خصوص

دیگری پایان می یابند.

۵- واحــد محاسباتی که محاسبــات لازم برای کنترلـر را انجام می دهد. به عبارت دیگر، برای

انجام صحیح اعمال بایست یک سری محاسبات جهت مشخص کردن مسیر، سرعت و موقعیت بازوی مکانیکی انجام شود.

۶- واسطی جهت بدست آوردن داده ها (مختصات هر مفصل، اطلاعاتی از سیستم بینایی و …) و واسطی جهت اعمال سیگنالهای کنترل به محرک مفصلها.

۷- واسطی جهت انتقال اطلاعات کنترلر به واحد تبدیل توان، به طوری که محرک های مفصلها باعث بشوند که مفصلها به صورت مطلوب حرکت کنند.

۸- واسط به تجهیزات دیگر، بطوری که کنترلر ربات با واحدهای خارجی یا ابزارهای کنترل دیگر، ارتباط داشته باشد.

۹- وسایل و تجهیزات لازم جهت آموزش ربات

کنترلرهای رباتها کلاً به ۵ دسته تقسیم بندی می شوند :

۱- کنترل با قدم ساده(Simple Step Sequencer)

۲- سیستم منطقی پنوماتیکی(Pneumatic Logic System)

۳- کنترلر با قدمهای الکترونیکی (Electronic Sequencer)

۴- میکرو کامپیوتر (Micro Computer)

۵- مینی کامپیوتر (Mini Computer)

سه کنترلر اول در رباتهای کم هزینه به کار برده می شوند. بیشتر کنترلرهای امروزی براساس میکروکامپیوترهای معمولی می باشند و سیستم کنترل براساس مینی کامپیوتر زیاد رایج نمی باشد، چرا که نسبت به میکروکامپیوترها هزینه بالاتری دارند.

۴- واحد تبدیل توان

این واحد سیگنالهای کنترلر را گرفته و به یک سیگنال در سطح توان محرک ها و موتورها، جهت حرکت، تبدیــل می کند. این واحــد شامل تقویت کننده هـای توان الکترونیکی برای رباتهای الکتریکی و شیرهای کنترلی و راه اندازهای هیدرولیکی برای رباتهای هیدرولیکی می باشد.

۵- محرک مفاصل

این وسائـل تحت یک ســری شرایط کنتـــرل شده و دقیــق توان لازم را جهت مفصلها فراهم می آورند. این توان می تواند الکتریکی، هیدرولیکی یا پنوماتیکی باشد. پس به طور خلاصه یک ربات دارای مؤلفه های؛ اسکلت ساختاری، سیستم تحریک کننده مفصلها، سیستم سنسوری، کنترلر، سیستم تغییر سیگنال (تغییر سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعکس، تقویت سیگنال، فیلتر کردن سیگنال و …) می باشد.

طبقه بندی رباتها از نقطه نظر کاربرد

از نقطه نظر کاربرد، رباتها را می توان به سه دسته تقسیم کرد :

۱- رباتهای صنعتی

بسیاری از رباتها قادر به انجام عملیات لازم برای تولیدات صنعتی می باشند. رباتهای جوشکار، رنگ پاش، مونتاژ کننده و غیره، رباتهایی می باشند که در صنعت کاربرد فراوانی دارند.

ربات های صنعتی

۲- رباتهای شخصی و علمی

بیشتر رباتهای علمی قابلیتهای بهتری نسبت به رباتهای صنعتی دارند. این گونه رباتها در تعداد کم ساخته می شوند و هدف اصلی بهره برداری علمی از آنهاست. این گونه رباتها بیشتر در زمینه تحقیق در هوش مصنوعی ساخته می شوند و کنترلر بخصوصی ندارند و یک کامپیوتر از طریق زبانهــای برنامه نویســـی سطح بالا کنترلــر آنها می باشد. معمولاً به خاطر سرعت و دقت کم، قیمت کمتری دارند.

۳- رباتهای نظامی

این رباتها دارای مواد منفجره و سلاح های گردان می باشند و با محیط خود از طریق سنسور ارتباط برقرار می کنند. همچنین این رباتها قادر به ارتباط برقرار کردن با اپراتور انسان و دیگر سیستم ها می باشند.

موتورهــای الکتریکی می تواننــد با جریان مستقیم و جریان متناوب مورد استفاده قرار گیرند.

موتورهایDC

موتورهایDC به شکلهای سری، شنت (موازی) و ترکیبی (کمپوند) وجود دارند. کنترل کردن سرعت موتورهایDC می تواند با تنظیم ولتاژ یا جریان و یا هر دو صورت گیرد. جهت حرکت آنها به راحتی با معکوس کردن قطبها و جهت جریان اعمالی، معکوس می شود. مقاومتهای متغیر نیز می توانند برای کنترل سرعت موتورهایDC مورد استفاده قرار گیرند. مقاومت بصورت سری با سیم پیچها بسته می شود و با تنظیم آن ولتاژ مورد نیاز موتور کاهش یا افزایش می یابد.

مقایسه موتورهای DC

برای اینکه بتوان دریافت که در چه مواقعی از کدام موتور DC باید استفاده نمود. می بایستی مشخصه های آنها را با هم مقایسه کرد. برای مقایسه کافی است که به مشخصه های گشتاور و سرعت نوع موتورها توجه کنیم. اگر موتورهای مختلف DC، با توان اسمی یکسان را با هم مقایسه کنیم. در این صورت تمامی مشخصه ها در یک نقطه تلاقی خواهند داشت و این نقطه مربوط به مقادیر اسمی مشترک می باشد. با توجه به محدوده تغییرات باری که باید توسط موتور بچرخد، می توان موتور مناسبی را انتخاب نمود.

موتورهای AC

موتورهای AC برای راه اندازی کمپرسورهای هوا یا پمپ های هیدرولیکی و دیگر تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

مکان هندسی نقاطی در فضای سه بعدی که به وسیله مچ ربات قابل دستیابی است، پوشش کاری یا محیط کاری یک ربات نامیده می شود.

این نوع طبقه بندی، ربات را از نقطه نظر ترتیبهای مکانیکی یا مهندسی بازوهای ربات دسته بندی می کند :

مختصات کارتزین(Cartesian – Coordinate)

در این حالت ربات تنها سه محور حرکت در مسیر مستقیم دارد. بازوی ربات در این حالت یک بازوی افقی می باشد که به یک محور عمودی متصل شده است. به عبارت دیگر محورهای حرکت بازوی ربات، در جهات مختصات کارتزین می باشد. این سیستم چند عیب به قرار ذیل دارد :

– برای بردن بازو به نقطه هدف الگوریتم پیچیده ای لازم می باشد.

– ربات نمی تواند به اجسامی که در سطح پایین تر از خود قرار دارند، دسترسی داشته باشد.

– سرعت انجام کارها در این مختصات به مراتب کمتر از رباتهایی است که براساس چرخش زاویه کار می کنند.

مختصات استوانه ای (Cylindrical – Coordinate)

در این سیستم، ربات دو محور خطی و یک محور چرخشی دارد. به طوری که هر نقطه در مختصات ربات با سه مؤلفه زاویه، شعاع و ارتفاع تعریف می شود. ترکیب یک بازوی افقی با یک بازوی عمودی که قادر به چرخش می باشد، این سیستم را تشکیل می دهد. و بدین ترتیب بازوی افقی هم در مسیر مستقیم می تواند حرکت کند و هم به دور محور عمودی به چپ یا به راست بچرخد. توجه داشته باشیم که گرچه سیستم چرخش بسیار کاراتر از سیستم کارتزین می باشد ولی رسیدن به چنین سیستمی کار سختی می باشد. گشتاور لازم برای یک مفصل بستگی به محل و سرعت و شتاب مفصل و حتی بعضی مواقع به وضعیت مفصلهای دیگر، دارد.

مختصات کروی (Spherical – Coordinate)

در این سیستم دو محور چرخشی و یک محور خطی داریم. سیستم به عوض حرکت در مسیر مستقیم عمودی، یک حرکت چرخشی عمودی دارد و محیط کاری بازو یک بخش به شکل قطاع می باشد.

مختصات لولایی (دورانی) (Articulated – Coordinate)

این مختصات متشکل از سه قطعه متصل به هم است که شبیه بازوی انسان می باشد و در سرعتهای زیاد به خوبی کار می کند و دارای انعطاف پذیری بالایی می باشد. این سیستم ها در ابعاد کوچک و متوسط و بزرگ به راحتی قابل تولید می باشند. ضعف عمده این سیستم ها کمی دقت آنهاست به طوری که جمع خطاهای مفصل منجر به بیراهه بردن بازوی آخر می شود. به طور خلاصه، نحــوه استفــاده از این اتصـــالات و نحوه ترکیب آنهــا در سه محـور اصلی، که نمایش دهنده هندسه محیط کاری ربات است.

درباره‌ افشار گروپ

**فروش آغاز یک تعهد است نه یک معامله** ----------------------------------------------------------------------------------------------------- شرکت فنی و مهندسی افشار با بیش از چند دهه تجربه به همت گروهی از متخصصین و با مدیریت آقای مهندس عیسی افشار در سال 1384 تأسیس گردید و با بکارگیری آخرین تکنولوژی روز دنیا و درپی پشتکار، روحیه علمی تک تک مهندسین مجموعه به پیشرفت و موفقیت سریع و روز افزون دست یافت و هم اکنون جایگاه اثربخشی در جامعه اتوماسیون صنعتی دارا می باشد.