تکنولوژی وفناوری روزدنیا+آموزش ربات وال
اموزش

انواع چرخ هاي ربات هاي متحرك

در اين پروژه ضمن معرفي انواع چرخ هايي كه در ربات هاي متحرك استفاده مي شوند، تئوري حركت و نحوه ي استفاده از چرخ هاي خاص را بيان مكنيم. همچنين به معرفي برخي از مكانيسم هاي متداول كه از اين چرخ ها استفاده مي كنند مي پردازيم.

 


انواع سنسورهای روبات ها

کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود. ...

 


تکنولوژی چرخ در رباتها

سينماتيک رباتهاي متحرک شبيه به رباتهاي صنعتي است با اين تفاوت که روبات متحرک مي تواند آزادانه در محيط حرکت نمايد. علاوه بر آن روش مستقيمي براي اندازه گيري موقعيت روبات وجود ندارد و موقعيت را بايد در طول زمان با انتگرال گيري از حرکت هاي انجام شده بدست آورد....

 


روبات های صنعتی

ربات صنعتي يك جابجاگرچند كاره قابل برنامه ريزي است كه براي انتقال وجابجايي مواد ، قطعات، ابزار يا وسايل خاصي طراحي شده كه از طريق برنامه هاي گوناگون براي اجراي وظايف متنوع صورت ميگيرد.

 


سنسورهاي دما و حرارت

كميت فيزيكي كه ما آن را گرما مي ناميم يكي از اشكال مختلف انرژي است که مقدار آن معمولا برحسب واحد ژول سنجيده ميشود.مقدار گرمايي كه در يك شي موجوداست قابل اندازه گيري نمي باشد ،اما....

 


سنسورهای حرکت خطی در روبات ها

حرکت یک یا چند محور به طور همزمان در مسیر های مستقیم به منظور جایجایی ابزار و ... را حرکت خطی گویند.

 


محرک هاي حرکت خطي در رباتها

در سيستم ها و ماشين آلات صنعتي روش هاي متعددي براي ايجاد حرکت خطي وجود دارد که مهمترين آنها عبارتند از : 1)تبديل حرکت دوراني موتورهاي دوار به حرکت خطي با استفاده از مبدل هاي مکانيکي 2)استفاده از سيستم هاي هيدروليکي 3)استفاده از سيستم هاي پنومـاتيکي

 


سنسورهای حرکت دورانی در ربات

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند: مغز که معمولاً یک کامپیوتر است. محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و ... سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.


سنسورهای سرعت دورانی در رباتها

موقعيت يا جابجايی اولين كميت فيزيكي است كه انسان با آن آشنا مي شود و بسياري از امور وابسته به حركت و اندازه گيري موقعيت جسم متحرك است اين دقت از حدود بينايي آدمي فراتر مي رود. كميت هاي ديگر را نيز مي توان به كمك مبدل ها به جابجايي تبديل كرده و اندازه گيري نمود. ...

 


سنسورهای گاز حرارت رطوبت در روبات های امدادگر

رباتهاي امدادگر با هدف يافتن و شناسايي مصدومان، شناسايي راههاي مطمئن براي كمك‌رساني به آنها و نيز رساندن مواد حياتي اوليه به‌منظور ادامه حيات مصدومان ساخته مي‌شوند.

 


سیستم انتقال قدرت در روبات ها

سیستم انتقال قدرت شامل: 1)موتورها2)گیربکس3)چرخ دنده ها4)تسمه وپولی می باشد....

 


کاربرد GPS در روبات ها

یا (Global Positioning Systems) سیستم مكان یاب جهانی یك سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبكه ای با ٢۴ ماهواره ساخته شده است .

 


محرک در رباتها

اگر ربات حرکت نداشته باشد ايا مي توان ان را ربات ناميد؟ اگرچه به اين نکته اعتراف مي کنيم که تمام چيزهاي متحرک ربات نيستند . اما معتقديم ربات هاي واقعي بايد حداقل قابليت حرکت کردن را داشته باشند . در اين پروژه – انواع جابه جايي ، حرکت و قابليت هاي يک ربات (براي انتقال از يک نقطه به نقاط ) بررسي مي شود .


محرک های دورانی در روبات

نیرو محرکه یا راه انداز (Actuator ) تولید کننده قدرت و نیروی ربات است که توسط یک کنترل کننده دقیق به کنترل مفصل ها و بازوهای ربات می پردازد که خود شامل سه نوع می باشد: 1) سیستم برقی یا الکترونیک سیستم (Electronic System) 2)هیدرولیک یا سیستم روغنی (Hydraulic System) .....

 


مفهوم کلی سنسور در روبات ها

حسگر یا سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند....

 


میکروکنترلرها و PLC در روبات

بسته به نوع ربات از سیستم پردازش متناسب با آن استفاده می شود که به سه نوع عمومی و کاربردی آن اشاره خواهیم کرد:1)کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر(PLC) 2) سیستم های پردازش میکرو کنترلی3)کامپیوتر صنعتی

 


هیدرولیک و پنوماتیک در روبات

پنيوما از لغت يوناني پنوما به معناي دميدن گرفته شده است و پنيوماتيك علمي است كه در مورد حركات و وقايع هوا صحبت مي كند امروزه پنيوماتيك در بين صنعتگران به عنوان انرژي بسيار تميز و كم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر مي كنند.

 

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.
فقط عضو ها رمز را می دانند



ارسال توسط حسین

واژه نامه ربات هاي صنعتي


مقدمه

امروزه آنچه بعنوان ثروت و رفاه برای کشورها ذکر می‌شود، تکنولوژی است. بشر امروز دغدغه دست يافتن به تکنولوژی‌های جديد مثل رباتيك را دارد.

البته "رباتيك" فن‌اوری جديدی نيست ولی توانايی کاربردش در تمام‌ عرصه‌های علوم و تاثيرش در فناوری‌های ديگر اهميت زيادی دارد. ترويج فناوری ربات صرفا به‌معنای فناوری و کاربردهای آن نمی‌باشد بلکه ترويج بايد زمينه‌ساز ايجاد ساير زيرساخت‌های توسعه فناوری و رفع مشکلات موجود بر سر راه توسعه آن باشد.

ولی اين موضوع بدون آگاهی از "مديريت فناوری" و درک مشکلات توسعه آن امکان‌پذير نيست.

امروزه، 90% روباتها، روباتهاي صنعتي هستند، يعني روباتهايي که در کارخانه ها، آزمايشگاهها، انبارها، نيروگاهها، بيمارستانها، و بخشهاي مشابه به کارگرفته مي شوند.در سالهاي قبل، اکثر روباتهاي صنعتي در کارخانه هاي خودروسازي به کارگرفته مي شدند، ولي امروزه تنها حدود

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.


ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین

بررسي سنسورهاي گاز رطوبت حرارت و ..... در رباتهاي امدادگر


مقدمه

سالانه هزاران نفر بر اثر آسيب ديدن و يا مفقود شدن در زير آوار ساختمان ناشي از حوادث غير مترقبه از قبيل زلزله، سيل، انفجار، آتش سوزي و تاخير يا سهل انگاري درعمليات نجات توسط گروههاي امداد، جان خود را از دست مي دهند .

طراحي، پياده سازي و استفاده از ربات هاي امدادگر نه تنها با جستجوي علائم حياتي مصدومان باعث كاهش زمان وافزايش چشمگير دقت جستجو مي گردد،

بلكه عمليات نجات را براي مصدوم يا تيم امداد امن تر

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.


ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین

سیستم های پردازشگر در ربات


مقدمه

پردازش اطلاعات در ربات ها به منزله عملکرد مغز انسان می باشد. اطلاعاتی که از قسمتهای مختلف به واحد پردازش می آید در این قسمت پردازش شده و فرامین برای محرکها و درایورها در اختیار آنها قرار می گیرد.

به طور کلی برای رباتها می توان ساختار زیر را در نظر گرفت :

در ادامه مطلب

یک

ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین

سیستم موقعیت یاب جهانی


1.1 تاریخچه ربات

ربات یک ماشین هوشمند می باشد، این ماشین هوشمند که توسط انسان ساخته می شود می تواند به جای او کارها را انجام دهد و در مواقع مورد نیاز تصیم گیری کند. برای ربات ها تمامی شرایط و محیط ها یکسان می باشد، ربات فقط طبق برنامه اش عمل می کند.برای مثال در یک کارخانه تولید ماشین وظیفه یک ربات جا زدن درب خودرو است، این ربات درب را از مکانی بلند می کند و سپس آن را در مکان مناسب قرار داده و نصب می کند.

انجام گرفتن این کار توسط انسان علاوه بر زمان بر بودن می تواند حادثه ساز شود. و یا ربات هایی که برای اکتشافات در سایر سیارات به کار می روند هم از انواع رباتهایی هستند که در جاهایی که حضور انسان غیر ممکن است استفاده می شوند.کلمه ی ربات توسطKarol Kopek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روبات های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی robotnic به معنی کارگر می باشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف عمومی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود به کار گرفته شد.البته پیش از آنان یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بود که ما امروزه ربات می نامیم.امروزه معمولاً کلمه ربات، به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که بطور طبیعی توسط انسان انجام می شود را انجام دهد استفاده می شود.

ساخت اولین ربات های صعتی در زمان انقلاب صنعتی در اروپا انجام شد. با روی دادن انقلاب صنعتی در اروپا، نیاز به دستگاهی که بتواند به جای انسان و بیشتر از او کار کند حس شد، بدین ترتیب، در صنعت از ربات های ساده ای استفاده می شد، این ربات ها می توانستند در مسیری حرکت کنند و اشیاء را جا به جا کنند. مشکلی که اینگونه ربات ها داشتند، نیاز به انسان بود، با پیشرفت علم نقش انسان در کنترل این ربات ها از بین رفت و روز به روز این نقش در صنعت کمرنگ تر می شود و در آینده ای نزدیک به کلی حذف خواهد شد.امروزه از رباتها در همه جا استفاده می شود. بعضی از ربات ها 100% اتوماتیک هستند و فقط به برنامه ریزی نیاز دارند و بعضی دیگر به یک مراقب. هنوز رباتی که مانند انسان توانایی تصمیم گیری داشته باشد ساخته نشده است.

1.2 تاریخچهGPS :

GPS یا (Global Positioning Systems) سیستم مكان یاب جهانی یك سیستم راهبری و مسیریابی ماهواره ای است که از شبكه ای با ٢۴ ماهواره ساخته شده است .

به گزارش بخش آموزش شبكه فن آوری اطلاعات ایران، از خبرگزاری موج، این ماهواره ها به سفارش وزارت دفاع ایالات متحده ساخته و در مدار قرار داده شده است.

این سیستم در ابتدا برای مصارف نظامی تهیه شد ولی از سال ١٩٨٠ استفاده ی همگانی از آن آزاد و آغاز شد. خدمات این مجموعه در هر شرایط آب و هوایی و در هر نقطه از کره ی زمین در تمام ساعت شبانه روز در دسترس است.

پدیدآوردنگان این سیستم، هیچ حق اشتراکی برای کاربران در نظر نگرفته اند و استفاده از آن کاملا رایگان میباشد.

2 موضوعاتی که در ساخت یک ربات متحرک مطرح است

2.1 خود جابجایی (Locomotion) :

2.1.1 پایداری

2.1.2 مانورپذیری

2.1.3 کنترل پذیری

یک ربات متحرک نیاز به مکانیزیمی دارد که آنرا قادر بسازد حرکت بدون حد و مرزی درمحیطش انجام دهد ولی راههای زیادی برای این کار وجود دارد و انتخاب یک راه درست جنبه قوی طراحی ربات محسوب می شود.

سه عامل مهم در خودجابه جایی ربات وجود دارد:

• پایداری شامل:

تعداد و هندسه نقاط تماس ، مرکز گرانش ، پایداری استاتیکی و دینایک ، شیب زمین

• ویژگی نقاط تماس شامل

نقطه تماس ، اندازه تماس ، سایز و مسیر و شکل آن ، زاویه تماس ، اصطکاک

• نوع محیط شامل:

ساختار ان ، واسطه محیطی مانند آب و هوا ف نرم و سفتی زمین

در هنگام طراحی نوع مکانیزم قابل استفاده در ربات توجه به سه عامل پایداری ، مانور پذیری و کنترل پذیری ضروری است و بدست آوردن نقطه بهینه بین این سه هنر طراحی می باشد چرا که غالبا با دقت روی یکی از این عوامل، عامل دیگر رو به کاهش می نهد مثلا در رباتهایی با چرخ تمام جهته با وجود مانور پذیری بالا ، کنترل کردن آنها مشکل می شود یا در رباتهای شش پا پایداری مناسب است ولی مانور پذیری کم می باشد و همچنین کنرل روی تمام پاها باید صورت گیرد.

2.2 تعیین محل (localization) :

تعیین محل دقیقا پاسخ به این پرسش می باشدکه من کجا هستم؟

اینکه شما دقیقا بدانید که الان در چه موقعیتی نسبت به یک دستگاه مرجع ثابت قرار دارید می شود تعیین محل شما .

این کار به روشهای مختلف می تواند انجام گیرد هم بوسیله سیستم های رادیویی هم ماهواره ای مانند Gps و هم از روی ستارگان و کوهها و و غیره .مساله تعیین محل ارتباط تنگاتنگی با مسئله رهیابی یا ناوبری دارد .زیرا ربات نخست باید بداند که در کجا قرار دارد سپس بداند از چه راهی به سمت هدف نزدیک شود که مسئله رهیابی می شود.

• نخست: پیش بینی بر اساس تخمین های قبلی و مسافت سنجی است

• دوم: مشاهده کردن موقعیت بوسیله سنسورهای نصب شده روی ربات است

• سوم: اندازه گیری مطابق نقشه

• چهارم: تطبیق دادن نقشه قبلی با مشاهدات برا اینکه بدانیم آیا در موقعیت درست هستیم

• پنجم: در صورت مثبت بودن جواب به موقعیت جدید می رود و دوباره این موقعیت را تخمین می زند

2.3 درک محیط (Perception) :

2.3.1 پردازش اطلاعات با معنی

بعد از اینکه ربات متحرک موقعیت خود را نسبت به یک مرجع ثابت دانست نوبت این می رسد تا شناختی از محیط اطراف خود داشته باشد تا با یک حرکت صحیح و بدون برخورد با اشیا و موانع به نقطه هدف برسد ،

این درک از محیط توسط سنسورها صورت می گیرد و پردازش داده های سنسورها در مرکز پردازش ربات گستره وسیعی از سنسورها در رباتهای متحرک مورد استفاده قرار م یگیرند و برای اندازه گیری مقادیر مختلف و متنوع مانند: حرارت داخلی ربات ، سرعت دورانی موتور و مفصل ها ، یا درباره محیط پیرامون ربات سنسورهای یا از محیط ربات اطلاعات جمع آوری می کنند مانند اندازه گیری صدا ، شدت نور ، فاصله ، یا داده های محیطی دیگر نوع دیگر اطلاعاتی از خود ربات می دهند مانند سرعت دورانی موتور ها و مفصل ها ، زوایا و غیره.

تعریف سنسور:

سنسور‌ها قطعاتی هستند متشکل از ابزارهای لامسه‌ای الکتریکی یا نوری که در کنار سایر عناصر الکترونیکی ایفای نقش می‌کنند.

وظیفه این المان‌ها کسب اطلاعاتی از موقعیت مفاصل ربات و شرایط محیطی مانند نور و گرما و هدف‌های موجود در محیط می‌باشد.

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

به عبارت دیگر حسگر یك وسیله الكتریكی است كه تغییرات فیزیكی یا شیمیایی را اندازه‌‌گیری می‌كند و آن را به سیگنال الكتریكی تبدیل می‌نماید.

به عبارت دیگر حسگر یك وسیله الكتریكی است كه تغییرات فیزیكی یا شیمیایی را اندازه‌‌گیری می‌كند و آن را به سیگنال الكتریكی تبدیل می‌نماید.

انواع حسگر ها(سنسورها):

بسته به نوع اطلاعاتی كه ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود.

فاصله

رنگ

نور

صدا

حركت و لرزش

دما

دود

2.4 رهیابی(Planning- navigation) :

مسئله رهیابی دقیقا پاسخ به این پرسشهاست:

کجا می خواهم بروم؟ و چگونه باید به آنجا برسم؟

یعنی در این مرحله ربات موقعیت فعلی خود را تعیین محل کرده و حالا برای رسیدن به هدف می خواهد گام بردارد.

یعنی چه عملی لازم است انجام گیرد تا به هدف برسم؟ و چه مسیری را باید انتخاب کنم تا به هدف برسم؟مسئله طراحی مسیر(trajectory) منظور از مسیر هم مکان و هم زمان موقعیت جسم است یعنی مساله ای چهار بعدی و با کلمه path که به معنی راه و سه بعدی است متفاوت است و این سوال پیکربندی فضای کاری ربات چگونه است؟

رهیابی به صورت اینرسی توسط ژیرسکوپ می تواند انجام گیرد به این صورت که محور روتور ژیرسکوپ همواره در یک جهت خاص مثلا شمال می تواند ثابت بماند و با مقایسه جهت گیری ربات نسبت به محور ژیرسکوب میزان چرخش آن را می توان تشخیص داد.

همچنین ژیرسکوپهای نوری یا لیزری هم وجود دارد که با دو پرتو نور تک رنگ کار می کنند و انها را درون یک فیبر نوری به گردش در می آورند طبق قوانین فیزیک نوری که در خلاف جهت چرخش ربات حرکت می کند مسافت کمتری را طی می کند در نتیجه نسبت به دیگری دچار اختلاف فاز می شود و این اختلاف فاز متناسب با میزان چرخش وسیله است .

اصل کارکرد اینگونه ژیرسکوپ ها هم بر اساس ثابت بودن سرعت نور است.

همچنین بوسیله سیستمهای صوتی و ایستگاههای صوتی یا رادیویی هم می توان موقعیت ربات و جایگاه بعدی او را حدس زد.

نتیجتا مساله رهیابی و طراحی مسیر یک مساله توامان و همزمان است و همچنان که روی مسیر پیش بینی شده ربات حرکت می کند بوسیله سنسورها موقعیت خود را نسبت به محیط تست می کند و همچنین بوسیله سیستم های ناوبری موقعیت کلی خود را در فضای کاریش تشخیص می دهد و تست می کند که آیا در مسیر درست قرار دارد و سپس گام بعد را با اطمینان بر می دارد.

به طور خاص این هدایت بیشتر در مورد هواپیما و کشتی بین دو نقطه بر روی کره زمین است هرچند کشتی‌های فضایی نیز از سامانه‌های مشابهی استفاده می‌‌کنند.

ناوبري: دانش هدايت و راهيابي وسايط نقليه بين دو نقطه است.

3 سیستم مکان یاب جهانی GPS

3.1 عملکرد GPS:

ماهواره هاي اين سيستم، در مداراتي دقيق هر روز 2 بار بدور زمين می گردند و اطلاعاتي را به زمين مخابره مي کنند. گيرنده هاي اين اطلاعات را دريافت کرده و با انجام محاسبات هندسي، محل دقيق گيرنده را روي کره ي زمين محاسبه می کنند.

در واقع گيرنده زمان فرستادن سيگنال توسط ماهواره را با زمان دريافت آن مقايسه مي کند. از اختلاف اين دو زمان فاصله گيرنده از ماهواره تعيين مي گردد. حال اين عمل را با داده هاي دريافتي از چند ماهواره ديگر تكرارمي کند و بدين ترتيب محل دقيق گيرنده را با اختلافي ناچيز در ميبابد.

گيرنده به دريافت اطلاعات همزمان از حداقل ٣ ماهواره براي محاسبه ٢ بعدي و يافتن طول و عرض جغرافيايي، و همچنين دريافت اطلاعات حداقل 4 ماهواره براي يافتن مختصات سه بعدي نيازمند است.

با ادامه ی دريافت اطلاعات از ماهواره ها گيرنده اقدام به محاسبه سرعت، جهت، مسير پيموده شده، فواصل طي شده، فاصله باقي مانده تا مقصد، زمان طلوع و غروب خورشيد و بسياري اطلاعات مفيد ديگر مي نمايد.

3.2 ماهواره هاي سيستم

24 ماهواره ی GPS در مدارهایی به فاصله ی 36600 کیلومتری از سطح دریا گردش می کنند. هر ماهواره دقیقا طی 12 ساعت با سرعت 11 هزار کیلومتر بر ساعت یک دور کامل بدور زمین می گردد.

اين ماهواره ها نيروي خود را از خورشيد تامين مي کنند ولي باتري هايي نيز براي زمانهاي خورشيد گرفتگي و يا مواقعي که در سايه ي زمين حرکت مي کنند بهمراه دارند.

راکتهاي کوچكي نيز ماهواره ها را در مسیر درست نگاه می دارند. به این ماهواره ها NAVSTAR گفته می شود.

در اينجا به برخي مشخصه هاي جالب اين سيستم اشاره مي کنيم:

• اولین ماهواره ی GPS در سال 1978 در مدار زمین قرار گرفت.

• در سال 1994 شبکه 24 عددی NAVSTAR تکمیل شد.

• عمر هر ماهواره حدود ١٠ سال است که پس از آن جايگزين مي گردد .

• هر ماهواره حدود ٢٠٠٠ پاوند وزن دارد و درازاي باتري هاي خورشيدي آن ۵.۵ متر است .

• انرژي مصرفي هر ماهواره، کمتر از ۵٠ وات ميباشد .

4 گیرنده ی GPS :

بسته به نوع مصرف و بودجه مي توانيد از گستره ي زيادي از گيرنده های GPS بهره ببريد. همچنين، بايد از در دسترس بودن نقشه ي مناسب و به روز (up to date) براي منطقه ي مورد استفاده تان، اطمينان حاصل کنيد.

امروزه بهاي گيرنده هاي GPS بطور چشمگيري کاهش پيدا کرده و هم اکنون در اروپا با بهايي برابر با يك گوشي متوسط موبايل نيز مي توان گيرنده GPS تهیه کرد.

امروزه در کشورهاي توسعه يافته از اين سيستم جهت کمك به راهبري خودرو، کشتي و انواع وسايل نقليه ي ديگر بهره گيري مي شود .

هر چه نقشه هاي منطقه اي که در حافظه گيرنده بارگذاري مي شود دقيق تر باشد، سرويسهايي که از GPS مي توان دريافت داشت نيز بهتر ميشود .

5 کاربرد GPS :

از سيستم مكان ياب جهاني مي توان در کارهايي چون نقشه برداري، پروژه هاي عمراني، کوهنوردي، کايت سواري، سفر در مناطق ناشناخته، کشتي راني و قايقراني، عمليات نجات هنگام وقوع سيل و زمينلرزه و هر فعاليت ديگر که نيازمند محل يابي باشد، بهره برد.

5.1 Triangulating از ماهواره:

با اندازه گیری بسیار بسیار دقیق فاصه ما از سه ماهواره ما می توانیم "سه گوش" (Triangulate) موضع خود در هر نقطه از زمین را بدست آوریم.

گام اول: فرض کنید فاصله ی ما از ماهواره ای را انداه گیریم می کنیم و این فاصله 11000 مایل است.

دانستن این که فاصله ی ما از یک ماهواره 11000 مایل است، تعداد نقاطی که ما می توینیم در آن قرار داشته باشیم را کاهش می دهد.

ما فقط می توانیم در همه جای جهان روی یک سطح کره به مرکز ماهواره و شعاع 11000 مایل باشیم.

گام دوم: فاصله ی ما از ماهواره ی دوم را اندازه می گیریم و این مسافت 12000 مایل است. این به ما می گوید که ما فقط روی کره ی اول نیستیم بلکه همچنین بر روی کره ای به مرکز ماهواره ی دوم و شعاع 12000 مایل نیز قرار داریم. یا به عبارتی دیگر،

ما بر روی دایره ی محل تقاطع این دو کره واقع شده ایم.

گام سوم: اگر ما بعد از اندازه گیری های ماهواره ای دریابیم که فاصله ی ما تا ماهواره ی سوم 13000 مایل است،

نقاط ممکن مکان ما باز هم کاهش می یابد و تنها به دو نقطه ای که تقطع دایره قبلی و کره ی سوم است محدود می شود.

برای تصمیم گیری در مورد این که کدام یک از آنها مکان حقیقی ما است می توان یک اندازه گیری دیگر تا ماهواره ی چهارم را انجام داد.

اما معمولاً یکی از این دو نقطه ی جواب مسخره است (یا خیلی دور از زمین و یا در حال حرکت در سرعت غیرممکن) و می توان بدون اندازه گیری آن را رد کرد

5.2 اصلاح خطا:

تا به حال در محاسبات خود که مربوط به GPS بودند در نظر می گرفتیم که همه ی اتفاقات در فضای خلا می افتد. اما در دنیای واقعی اتفاقاتی برای سیگنال GPS می افتد که می تواند در محاسبات اشکال ایجاد کند.

برای کارکرد دقیق تر، یک گیرنده GPS خوب نیاز دارد که طیف گسترده ای از خطاهای احتمالی را به حساب آورد در اینجا روش مقابله با این خطاها بیان شده است.همانطور که بیان شد فاصله از یک ماهواره با ضرب زمان سفر سیگنال در سرعت نور محاسبه می شود.

اما سرعت نور تنها در خلا ثابت است.در صورتی که یک سیگنال GPS در هنگام عبور از ذرات باردار در لایه یونوسفر و سپس از بخارآب موجود در گوشت کره (تروسفر) کمی آهسته تر می شود.

راه مقابله با این خطاها مقایسه سرعت نسبی دو سیگنال متفاوت است. اندازه گیری این فرکانس دوگانه پیچیده است و فقط گیرنده های GPS پیشرفته این امکان را دارند.

هدف از این مقاله بررسی امکان استفاده از یک گیرنده GPS به عنوان مبدل موقعیت برای کنترل مسیر ربات سیار است.این راه حل در حال حاضر به عنوان مبدل موقعیت برای موشک های نظامی و یا به عنوان اطلاعات کمکی برای رانندگان ماشین استفاده می شود.

در هر دو کاربرد مشخصه ی مشترک مسافت طولانی وجود دارد و به همین دلیل خطای موقعیت کم اهمیت است. برعکس ممکن است روبات سیار مسافتهای مختلفی طی کند کا برخی از آنها در مناطق باریک باشد.

و یا این که ممکن است ماهواره GPS برای روبات قابل رویت نباشد به طور مثال در داخل ساختمان. در این مواقع سیستم ناوبری خاصی استفاده می شود. این سیستم بسیار دقیق ساخته شده است اما گران است.

اگر روبات به راحتی سیگنال را از ماهواره دریافت کند، می توان از سیستم GPS که ارزان است برای موقعیت یابی استفاده کرد. ولی مقدار خطا و تاثیر آن بر موقعیت سیستم کنترل باید در نظر گرفته شود.

ایده ی استفاده از گیرنده ی GPS به عنوان کنترل موقعیت ایده ی جدیدی نیست. این در حال حاضر در کشتی ها به صورت دستی یا اتوماتیک استفاده می شود.

ساختار کلی کنترل اتوماتیک حلقه حاوی گیرنده GPS به عنوان مبدل موقعیت و موتور و تجهیزات هدایت به عنوان محرک موقعیت و کنترل کننده است.

معمولاً کنترل کننده یک برنامه است که توسط پردازنده روبات اجرا می شود.

در برنامه موقعیت یابی ربات نکاتی را باید مورد توجه قرار داد:

• در دیدرس بودن ماهواره

• دقت اطلاعات تهیه شده توسط گیرنده

• دقت داده ها و پروتکل انتقال داده

تعداد پروتکل های انتقال محدود است، آنها در دقت اطلاعات بدست آمده به عنوان واسطه ی انتقال تاثیر گذار هستند.با توجه به خطای موقعیت که در مسافت های کوتاه مهم هستند از گیرنده ی GPS ممکن است در دو مورد مجزا به عنوان فیدبک وضعیت برای ربات متحرک استفاده شود:

• هنگامی که ربات مسافتی بسیار بزرگتر از میانگین خطای موقعیت حرکت می کند.

• زمانی که در دیدرس بودن ماهواره ها به طور مداوم بسیار خوب باشد در نتیجه دقت اندازه گیری موقعیت بهتر از دقت و صحت موردنیاز سیستم موقعیت یابی ربات است.

6 موقعیت یابی :

مشکل کلي که در پيشروي يک ربات متحرک ساخته شده، قرار دارد در سه سوال خلاصه مي شود: کجا هستم، کجا دارم مي روم و کجا بايد برسم. در اين مقاله به بررسي جوابهاي سوال اول پرداخته مي شود يعني، کجا هستم؟ (Where am I?)

دو دسته روش متفاوت براي موقعيت يابي ربات وجود دارد

6.1 موقعيت يابي نسبي موسوم به (Dead reckoning)

يا شناسايي غير زنده که نامي است به جاي مانده از کشتيراني و منظورش شناسايي محل فعلي با استفاده از موقعيت هاي قبلي است. موقعيت يابِِي نسبي، خود به دو زيرمجموعه تقسيم می شود:

6.1.1 مسافت سنجی یا Odometry :

در این روش از انکدرها یا دوران سنج های برای محاسبه مقدار دوران چرخ ها یا دوران فرمان ربات استفاده می شود.

مقدار دوران حاصل را ضربدر محیط چرخ می کنند و مقدار پیموده شده در یک جهت برای مسافتی است که ربات در آن جهت پیموده.

سود این طرح آن است که همواره قابل تهیه و یک روش درونی است ولی زیان این طرح خطاهای آن است که در صورت لغزش چرخ دوران بیهوده نیزمحاسبه می شود.

6.1.2 ناوبری اینرسی (Inertial Navigation):

در این روش از ژیروسکوپ و چند شتاب سنج به منظور اندازه گیری سرعت زاویه ای و شتاب خطی استفاده می شود.

برای بدست آوردن میزان جابه جایی باید یک یا دوبار از مقادیر حاصله از سنسور انتگرال گرفته شود .

زیرا انتگرال شتاب سرعت می شود و انتگرال سرعت، جابه جایی را می دهد.

سود این طرح آن است که به محیط بستگی ندارد و یک طرح خودساخته است. از طرفی دیگر داده های سنسور اینرسی وابسته به زمان است زیرا باید انتگرال نرخ داده ها را گرفت تا موقعیت را یافت. هر خطای کوچکی بوسیله انتگرال گیری افزایش بیشتری می یابد. این نوع موقعیت یابی برای دوره های زمانی خیلی بزرگ نیز بی فایده است.

عیب دیگر این طرح هزینه زیاد وسایل آن است. مثلا ژیروسکوپ های خیلی دقیق در هواپیماها استفاده می شود. اخیرا ژیروسکوپ های لیزری هم به بازار آمده است که راه حل جالبی برای موقعیت یابی رباتهای متحرک است.

6.2 موقعیت یابی مطلق:

شامل چهار دسته می باشد:

6.2.1 برج های فعال:

در این روش موقعیت ربات از سه یا تعداد بیشتری برجهای رادیویی یا نوری سنجیده می شود.

امواج ارسالی از این برجها، رادیویی یا نوری هستند مانند GPS که از سه ماهواره به دریافت کننده سگینال می فرستد. با محاسبه اختلاف زمانی ارسال و دریافت سیگنال ضربدر سرعت سیگنال ، موقعیت ربات از هر برج یا ماهواره بدست می آید.

توجه کنید که جایگاه هر برج باید کاملا مشخص باشد.

6.2.2 شناسایی علائم مصنوعی (Artificial Landmark) ::

در این روش، علائم مصنوعی درمکانهای مشخصی از زمین قرار داده می شود و ربات با دیدن هر علامت جایگاه خود را خواهد فهمید.

مزیت این روش این است که می توان از دوربینها برای شناسایی استفاده کند. در اینجا هم مانند روش برجهای فعال باید حداقل سه علامت در دید ربات باشد.

موقعیت یابی علائمی این سود را دارد که خطاهایش دارای یک مرز و حد است ولی تشخیص محیط وسیع در زمان واقعی همواره ممکن نیست.

6.2.3 شناسائی علائم طبیعی :

در ابن روش از علائم طبیعی مشخص در محیط استفاده می شود. نیازی به خصوصیات محیط نیست اما محیط باید کاملا شناخته شده باشد. اعتماد به این روش به زیادی روش علائم مصنوعی نیست.

در قدیم از این روش با استفاده از ستارگان برای تعیین محل استفاده می شود.

6.2.4 تطبیق با یک مدل Model Matching :

در این روش اطلاعات کسب شده بوسیله سنسورهای ربات با یک نقشه یا مدل جهانی محیط مقایسه می شود.

اگر اطلاعات کسب شده از سنسورها با نقشه مدل جهانی تطبیق داشت آنگاه موقعیت مطلق ربات قابل تخمین است.

موقعیت یابی بر اساس نقشه، اغلب شامل اصلاح نقشه کلی بوسیله مشاهدات جدید سنسورها در یک محیط پویا است .

نقشه های مورد استفاده در رهیابی شامل دو نوع اصلی هستند: نقشه های هندسی و نقشه های توپولوژی که محیط را به صورت شبکه ای از گره های و قوسها نمایش می دهد.

7 نمونه های عملی :

7.1 ربات تمیز کننده کف اتاق

این ربات مناسب برای تمیزکردن سطوح سخت است و میتواند لکه را پاک کند حتی اگر در گوشه و کنار و لبه ها و زیرمبلمان باشد. نام این ربات mint است که با پارچه ای که همراه دارد کف را تمیز می کند این پارچه قابل استفاده مجدد است .

این ربات دارای سنسور مادون قرمز است وجایی را که قبلا تمیز کرده دیگر تمیز نمی کند این کار را بوسیله که یک واحد جداگانه که در سقف نصب می شود انجام می دهد این واحد بوسیله اشعه مادون قرمز موقعیت ربات را کشف می کند و جاهای تکراری را به او اعلام می کند .

مدیر شرکت سازنده می گوید این ربات یک کف اتاق را سه تا پنج برابر سریعتر از یک ربات تصادفی تمیز می کند.

7.2 ربات های مین یاب:

این ربات باید بدون نیاز به کمک انسان به میادین مین برود و مین را غیرفعال کند.

بر روی این ربات باید سیستمی نصب شود که ربات بتواند موقعیت خود و مین خنثی شده یا یافته شده را گزارش کند، به همین منظور میتوان بر روی آن گیرنده GPS نصب نمود.

7.3 ربات های آتش نشان:

از این رباتها عموماً برای خاموش کردن آتش و پیشگیری از آتش سوزی های بزرگ استفاده می شود، معمولاً این رباتها در سطح جنگلها و مراتع خشک رها می شوند و آتش های کوچک را خاموش می کنند و در صورتی که آتش سوزی بزرگ باشد این ربات توانایی درخواست کمک را دارد.

در این ربات باید سیستم موقعیت یاب و مسیر یاب نصب شود تا از گم شدن آنها در منطقه عملیات جلوگیری شود، همچنین در هنگام درخواست کمک برای آتش سوزی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.

7.4 ربات های امدادگر:

کار این ربات پیدا کردن مصدومان در حوادث طبیعی مانند زلزله، سیل و در حوادث انسانی مانند جنگ، آتش سوزی، بمب گذاری و ... است.

این رباتها در سطح منطقه ی آسیب دیده پخش می شوند و در تمامی قسمتها به دنبال افراد جستجو می کنند و به محض پیدا کردن یک فرد زنده موقعیت را به مرکز کنترل گزارش می کنند.

این ربات باید به سیستم موقعیت یاب قوی مجهز باشد تا از گم شدن آن جلوگیری کند و همچنین برای ارسال موقعیت شخص زنده به مرکز از این سیستم استفاده می کند.

علاوه بر موارد نام برده رباتهای نظافت چی، انسان نما و صنعتی هم در این دسته بندی قرار دارند ولی به علت فضای فعالیت محدود (محیط های بسته) در گروه اول نیازی بهGPS ندارند و ربات های صنعتی نیز به دلیل ثابت بودن نیازی به تکنولوژی GPS نخواهند داشت.

7.4.1 نمونه ی عملی:

در این بخش به معرفی یک ربات امدادگر می پردازیم که در آن از GPS استفاده شده است.

دو ربات به نام های ECERC1 و ECERC2 با امکانات و سیستم های متفاوت مکمل یکدیگر در عملیات نجات می باشند. این ربات در رقابت با دیگر شرکت کننده ها در رشته رباتهای امدادگر مسابقات جهانی ایتالیا (ROBOCUP 2003) مقام سوم جهان را به خود اختصاص داد.

در این بخش ما تنها به معرفی قسمت موقعیت یابی ربات می پردازیم که در آن از GPS برای مکان یابی اتوماتیک استفاده شده است که مسیر حرکت را به راحتی مشخص می کند.

( به صورت انتخابی، مطلق جغرافیایی یا نسبی نسبت به نقطه شروع)توضیح این که ربات با استفاده از گیرنده GPS به کار رفته، قادر است موقعیت خود را در هر لحظه با دقت 70 سانتی متر در مختصات جهانی به دست آورد و در نتیجه موقعیت مصدوم و محیط را نیز بر همین اساس گزارش کند.

این بیم وجود دارد که در شرایط حادثه، دید ماهواره ای مناسب برای ربات جهت تعیین موقعیت وجود نداشته باشد،

در این حالت موقعیت جاری ربات با دید همه جانبه و فیدبکهایی از محیط (سیستم تله متری) و همچنین حرکت چرخ ها گرفته می شود، محاسبه و نسبت به محیط مشخص می گردد. لذا ترکیب مناسبی از این دو روش، ربات را در استخراج موقعیت دقیق تر یاری می کند.

7.4.2 تهیه نقشه (Mapping ):

یكی از مهمترین عوامل بهینه ساز امداد تهیه نقشه محل و مشخص نمودن مكان مصدومان و راه رسیدن به آنها می باشد.

در سمت اپراتور پروسه تهیه نقشه به صورت اتوماتیك انجام می گیرد و از آخرین اطلاعات رسیده از ربات استفاده می شود با حركت ربات، با قرار دادن نقطه شروع حركت به عنوان مرجع و مقایسه با نقطه جدید، مختصات ربات نسبت به نقطه ی شروع بدست می آید.

مسیر حرکت ربات با وصل کردن این نقاط حرکتی به طور تقریبی و به صورت پله ای به دست می آید. شکستگی این مسیر خام به دلیل زمان بهنگام شدن و دقت خروجیGPS (70cm ) می باشد.

8 نتیجه گیری:

ارائه ساختار کنترل عمدتاً براساس استفاده از گیرنده GPS به عنوان مبدل موقعیت به منظور اجتناب از اثر تجمعی داخلی خطاهای موقعیت است.

کنترل کننده در داخل کامپیوتر اجرا میشود و دارای یک ساختار ساده است.

دید ماهواره ها و دوره نمونه گیری از گیرنده GPS، کیفیت ردیابی مسیر را تحت تاثیر قرار میدهد.

نتیجه گیری اصلی عبارت است از:

• GPS برای حرکت در فواصل کوتاه مناسب نیست و یا وقتی که دید ماهواره ها ضعیف است.

• یک کنترل کننده ساده نتایج قابل قبولی فراهم میکند.

در آینده می توان در جهت بهبود نتایج از دو گیرنده GPS به صورت دیفرانسیل استفاده کرد، به این صورت که یکی سوار بر ربات و دیگری در یک موقعیت ثابت. در این صورت انتظار میرود حداکثر خطا کاهش یابد.

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.



ارسال توسط حسین
ارسال توسط حسین

سنسورهای حرکت خطی در روباتها


تعریف سنسور

سنسورمعمولا به عنوان ی دستگاه ورودی تعریف می شود که در پاسخ به یک ورودی کم فیزیکی مشخص، یک خروجی قابل استفاده تولید می کند. این کمیت فیزیکی اندازه گیری شده که از طریقی باعث تأثیر بر سنسور و ایجاد پاسخ (خروجی ) در آن می شود، را ورودی مجهول می نامند. خروجی بسیاری از سنسورهای مدرن، یک سیگنال الکتریکی است؛ البته این خروجی می تواند به صورت حرکت، فشار، جریان یا صورتهای قابل استفاده دیگر نیز باشد.

1-2 بعنوان چند مثال از انواع مختلف سنسور می توان یک جفت ترموکوپل که اختلاف دما را به صورت یک خروجی الکتریکی، یک صفحه حسگر فشار که فشار سیال را به نیرو یا تغییر مکان ویک مبدل دیفرانسیلی متغیر خطی که مکان را به خروجی الکتریکی تبدیل می کند، نام برد.واضح است که بنابر این تعاریف، یک مبدل ممکن است گاهی اوقات یک سنسور باشد یا بالعکس. به عنوان مثال، یک میکروفن با هردو تعریف مبدل وسنسور مطابقت می کند. این امر ممکن است گیج کننده باشد

            و............... در ادامه مطلب البته اول عضو شوید

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.


ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین

سنسورهای حرکت دورانی در روباتها


حسگر

حسگرها رابط های دریافتی میان روبات و محیط هستند. یک حسگر هر کمیت فیزیکی معینی که باید اندازه گیری شود را به یک کمیت الکتریکی تبدیل می کند که می تواند پردازش شود یا به صورت الکتریکی انتقال داده شود. حسگرها به دو دسته ی فعال و غیر فعال طبقه بندی می شوند. حسگرهای غیر فعال سیگنال هایی که توسط منابع موجود در محیط تولید می شود را آشکار می کنند، در حالی که انواع فعال، سیگنال هایی به محیط ارسال می کنند و سپس بازتاب امواج ارسالی را دریافت می کنند.

واژه ی سنسور(حسگر) برگرفته از کلمه ی لاتینSenorium به معنای «توانایی حس کردن» یا Sensus به معنای «حس» می باشد. یک حسگر هر کمیت فیزیکی معینی که باید اندازه گیری شود را به شکل یک کمیت الکتریکی تبدیل می کند که می تواند پردازش شود یا به صورت الکتریکی انتقال داده شود.

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم که در ذیل می‌آید

سنسور محیطی

و............... در ادامه مطلب

یک

ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین
ارسال توسط حسین

پنومــاتيك در ربـات


تاريخچه پنوماتيك:

پنيوما از لغت يوناني پنوما به معناي دميدن گرفته شده است و پنيوماتيك علمي است كه در مورد حركات و وقايع هوا صحبت مي كند امروزه پنيوماتيك در بين صنعتگران به عنوان انرژي بسيار تميز و كم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر مي كنند.

پنیوماتيك يكي از انواع انرژي هايي است كه در حال حاضر از آن استفاده زیاد در انواع صنايع مي شود و مي توان گفت امروزه كمتر كارخانجات يا مراكز صنعتي را مي توان ديد كه از پنيوماتيك استفاده نكند و در قرن حاضر يكي از انواع انرژي هاي اثبات شده اي است كه بشر با اتكا به آن راه صنعت را مي پيمايد.

مزايا پنوماتيك:

عامل اصلي كاركرد سيستم پنيوماتيك هواست و هوا در همه جاي روی کره زمين به وفور وجود دارد.

هواي فشرده را مي توان از طريق لوله كشي به نقاط مختلف كارخانه يا مراكز صنعتي برای فعالیت سيستم هاي پنيوماتيك هدايت كرد.

هواي فشرده را مي توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد يعني هميشه احتياج به كمپرسور نيست و مي توان از سيستم پنيوماتيك در مكان هايي كه امكان نصب كمپرسور وجود ندارد نيز استفاده نمود .

افزايش و كاهش دما اثرات مخرب و سوئي بر روي سيستم پنيوماتيك ندارد و نوسانات حرارتي از عملكرد سيستم جلوگيري نمي كند.هواي فشرده خطر انفجار و آتش سوزي ندارد به اين دليل تاسيسات حفاظتي نياز نيست.

قطعات پنيوماتيك و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختماني قطعاتي ساده هستند لذا تعميرات آنها راحت تر از سيستم هاي مشابه نظير هيدروليك مي باشد.

هواي فشرده نسبت به روغن هيدروليك مورد مصرف در هيدروليك تميزتر است و به دليل اين تميزي از سيستم پنيوماتيك در صنايع دارويي و نظاير آن استفاده مي شود .

سرعت حركت سيلندرهاي عمل كننده با هواي فشرده در حدود 1 الي 2 متر بر ثانيه است و در موارد خاصي به 3 متر در ثانيه مي رسد كه اين سرعت در صنايع قابل قبول است و بسياري از عمليات صنعتي را مي تواند عهده دار شود.

عوامل سرعت و نيرو در سيستم پنيوماتيك قابل كنترل و تنظيم است .

عناصر پنيوماتيك در مقابل بار اضافه مقاوم بوده و به آنها صدمه وارد نمي شود مگر اينكه افزايش بار سبب توقف آنها گردد .

تعميرات و نگهداري سيستمهاي پنيوماتيك بسيار كم خطر است زيرا در انرژي هاي قابل مقايسه نظير برق خطر جاني و آتش سوزي و در هيدروليك انفجار و جاني وجود دارد اما در پنيوماتيك خطر جاني به صورت جدي وجود ندارد و آتش سوزي اصلا ً وجود ندارد و بدين دليل در صنايع جنگ افزارسازي از سيستم تمام پنيوماتيك استفاده مي شود .

معايب سيستم پنيوماتيك:

چون سيال اصلي مورد استفاده در سيستم پنيوماتيك هواي فشرده و جهت تهيه هواي فشرده بايد با كمپرسور آن را فشرده كرد همراه هواي فشرده شده مقداري رطوبت و ناخالصي هوا و مواد آئروسل وارد سيستم شده و سبب برخي خرابي در قطعات مي شود لذا بايد جهت تهيه هواي فشرده فيلتراسيون مناسب استفاده نمود.

هزينه استفاده از هواي فشرده تا حد معيني اقتصادي مي باشد و اين ميزان تا وقتي است كه فشار هوا برابر 7 بار و نيروي حاصله با توجه به طول كورس و سرعت حداكثر بين 20000 تا 30000 نيوتن مي باشد .

به طور خلاصه مي توان گفت كه جهت قدرت هاي فوق العاده زياد مقرون به صرفه تر است از نيروي هيدروليك استفاده شود .هواي مصرف شده در سيستم پنيوماتيك در هنگام تخليه از سيستم داراي صداي زيادي است كه اين مسئله نياز به كاربرد صدا خفه كن را الزامي مي كند.

به علت تراكم پذيري هوا به خصوص در سيلندر هاي پنيوماتيكي كه زير بار قرار دارند امكان ايجاد سرعت ثابت و يكنواخت وجود ندارد كه اين مسئله از معايب پنيوماتيك به شمار مي رود اما قابل ذكر است كه اخيرا ً يك نوع سيلندر كه بجاي شفت سيلندر از نوار لاستيكي استفاده مي كند ساخته شده است كه اين عيب را بر طرف مي كنند .

به طور كلي در مقايسه مزايا و معايب پنيوماتيك مي توان گفت با توجه به مزاياي بسيار نسبت به معايب كمتر مي توان از پنيوماتيك بعنوان يك انرژي شايسته در صنايع استفاده كرد به خصوص با توجه به مزيت تميزي سيستم تعمير و نگهداري راحت تر، نداشتن خطر جاني جهت اپراتورهای عملياتي و تعميراتي در سيستم كه در سيستم هاي ديگر نظير الكتريك و هيدروليك وجود ندارد ضمنا ٌ اين سيستم بي همتاست و گاهي فقط از اين سيستم در جهت عمليات توليدي بايد استفاده شود نظير: صنايع غذايي، دارويي، جنگ افزار كه حتما عمليات توليدي توسط سيستم پنيوماتيك انجام مي پذيرد.

انرژی مکانیکی اغلب توسط موتورهای احتراقی و یا الکتروموتورها تولید میگردد، در هیدروپمپها تبدیل به انرژی هیدرولیکی گشته و این انرژی از طریق وسائل هیدرولیکی به قطعات کار کننده هیدرولیکی منتقل میگردد، و از این قطعات کارکننده میتوان مجددا انرژی مکانیکی را بدست آورد.

نقش پنوماتيك در صنعت:

1. صنعت کشاورزی: که کشاورزدر ضمن راندن تراکتور می تواند از توان سیال استفاده کند و همچنین در دستگاه های نظیر خرمن کوب و کمباین وکلوخ شکن و میوه چین و ماشین حفاری و بیل مکانیکی.

2. خودرو سازی: تر مز هیدرولیک و فرمان هیدرولیک و تنظیم پنوماتیکی صندلی و همچنین در مراحل ساخت بدنه و شکل دادن به ورق خودرو که از پرسهای با تنهای مختلف استفاده می شود

3. صنایع هوانوردی: خلبان با کمک این سیستم ارابه های فرود و شهپرها و سکانهای عمودی و بالابرها را مهار می کند و بدنه هواپیما هم با پرسهای کششی ساخته می شود و جالب است که برای تست اینکه بدانند بدنه هواپیما سوراخ نشده باشد فشار باد را بین جداره های بدنه قرار میدهند در صورتی افت فشار دیده شود به این معنی است که نقطه ای از بدنه هواپیما سوراخ است. (تست

هواپیما عبارت است از: 1.تست باد چرخها که 300 بار فشار است2.تست کلیه سیستم هیدرولیک هواپیما 3.تست بدنه هواپیما 4. دستگاه میول که برای تست هیدرولیک هواپیمای F14 )

4. صنایع دفاعی: در هدایت تانک نفر بر و هدایت موشک و در ناوها هدایت ناو و ...

5. صنایع غذای: کنسرو سازی و ظروف یکبار مصرف و ...

6. صنایع چوب: برش الوار و پردا خت سطوح مبلها

7. جا به جایی مواد (لیفتراک و جرثقیل و ...)

8. ماشین تراشکاری و CNC و نظیر این دستگاه ها

9. صنایع دریایی: بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و ......

10. معدن و حفاری: در ماشینهای معدن

11. در صنایع بسته بندی: پر کن شیشه ها ی

نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف پیچی

12. کا غذ سازی: در این صنعت خمیر کاغذ باید از غلتک ها بگذرد و مهمترین هیدرولیک و پنوماتیک تنظیم غلطک ها است

13. صنعت نفت: پالا یشگاه ها

14. صنایع پلاستیک

15. صنعت چاپ

16. راه آهن و قطار شهری: تر مز قطار و درهای اتوماتیک جدید

17. لاستیک

18 . صنعت فولاد: فشار زیاد برای کشش آهن و یا فلز دیگر و تخلیه کوره ها که در ذوب آهن و فولاد مبارکه و...

19 . نساجی

تجهيزات پنوماتيك:

پمپ خلا پرتابل

شيرها

سيلندر

لوله و شلنگ

مخزن هواي فشرده

تايمر

گريپر

پمپ خلا پرتابل:

اين پمپ ها در اندازه هاي كوچك و متناسبي ساخته مي شوند، به گونه اي كه ميتوانيد آنها در جيب قرار داده يا به كمربند خود متصل كنيد.

اين پمپ ها در آزمايش هاي ايمني صنعتي كاربرد دارند و براي آزمايش هوا به كار مي روند. در اين كابرد هوا بايد از پاره اي تجهيزات آزمايگاهي عبور كند كه اي امر به وسيله ي پمپ خلاء تحقق مي يابد.

در روباتيك آزمايش هوا كاربردي ويژه دارد . براي مثال بسياري از روبات هاي امدادگر با تعيين ميزان CO2 هوا متوجه وجود انسان زنده در محيط عمليات مي شوند. در اين كاربرد سنسور درون جعبه اي قرار ميگيرد. يك شيلنگ هوا به جعبه وارد و يك شيلنگ از آن خارج ميشود.

شيلنگ اول حامل هواي محيط است و ومي به پمپ خلاء متصل ميشود . البته در صورت لووم و با برخوداري از كمي اقبال مي توانيد سنسور را درون بدنه ي پمپ جاسازي كنيد.

بهاي اين پمپ ها به دليل كاربرد محدود، نسبتا بالاست. البته با كمي شانس مي توانيد اقلام استوك را با بهايي مناسب خريداري كنيد. اين پمپ ها را شركت هاي عرضه كننده خدمات ايمني عرضه مي كنند.

معمولا درون پمپ ها باتري قابل شارژ وجود دارد. بنابراينپمپ به منبع تغذيه نياز ندارد. اين پمپ با آداپتور شارژ مي شور. همان طور كه گفته شد سنسور گاز درون يك جعبه جاسازي شده است و جريان هواي خارج وارد جعبه مي شود.

نرخ ورود هوا به جعبه مي تواند بر عملكرد سنسور تاثير بگذارد. براي كنترل اين مساله مي بايست امكان تنظيم مقدار هواي ورودي به جعبه وجود داشته باشد بنابراين بايد مقدار ي پنيوماتيكي ساده طراحي كنيد كه ساختار آن بار اضافي به پمپ وارد نكند. ساختار مدار فوق بصورت زير است:

شيرها:

شير وسيله اي جهت كنترل يا تنظيم استارت، توقف و جهت دادن و نيز كنترل فشار يا جريان ماده است. شيرها تنوع بسيار بالايي دارند و شمارش انواع آنها نا ممكن است. شيرها بنا بر عملكرد در رده هاي مختلفي قرار مي گيرند كه به شرح زير است:

شير قطع و و صل

شير يك طرفه

قطع و و صل

شير يك طرفه

شير تنظيم فشار

شير كنترل ميزان جريان

شير تخليه ي سريع

شير OR

شير AND

سيلندر:

سيلندر يا جك پنيوماتيكي نيروي هواي فشرده را به حركت رفت و برگشت تبديل مي كند. براي تشريح ساختار يك سيلندر به زبان ساده بايد ساختار يك سرنگ را در ذهن تجسم كرد. اگر از سوزن سرنك، هواي فشرده و نيرومندي وارد آن شود قسمت متحرك متحرك سرنگ به عقب رانده مي شود. عملكرد سيلندر دقيقا مثل سرنك است.

سيلندرها در 1قلام متونعي ساخته ميشوند كه از نظر ساختار و كاربرد متفاوت اند، مشروح اين اقلام به شرح زير است:

سيلندر يك كاره ي فنري

سيلندر ديافراگمي

سيلندر ديافراگمي غلتكي

سيلندر دو كاره

سيلندر دو كاره با ميله ي پيستون دو طرفه

سيلندر دو كاره با ضربه گير در انتهاي موضع

سيلندر تاندم

سيلندر چند موضعي

سيلندر ضربه اي

سيلندر دو كاره و يك كاره ي تلسكوبي

سيلندر نان روتيشن

لوله و شيلنگ:

جهت انتقال هوا درون مدار از لوله هاي شيلنگ استفاده مي شود. لوله ها انعطاف كمي دارند. جنس لوله ها از آلومينيوم يا پلاستيك است. قطر خارجي لوله ها بين 12 تا 28 ميليمتر است و قطر داخلي لوله ها ي آلومينيومي بين 10 تا 25 و لوله هاي پيلاستيك بين 9 تا 23 ميليمتر متغير است.

كاربرد لوله ها در پنوماتيك با تمام ويژگي هايشان در مقايسه با شلينگ نا چيز است.

شيلنگ ها انعطاف بالايي دارند و ممكن است يك يا چند لايه باشند. روي برخي شيلنگ ها يك لايه از سيم هاي فلزي بافته شده است كه مقاومت آنها را در برابر نا ملايمات مكانيكي محيط افزايش مي دهد. برخي از اين شيلنگ ها متشكل از دو شيلنگ متصل به يكديگراند.

برخي از شيلنگ ها هم به شكل فنر هستند. از نظر عملكرد دو نوع شيلنگ وجود دارد كه يكي براي مدارات هواي فشرده و ديگري براي مدارات خلاء بكار مي روند.

مخزن هواي فشرده:

مخزن هواي فشرده يكي از منابع تامين هواي فشرده مورد نياز مدار پنيوماتيكي است. همچنين در ساختمان كمپرستورها يك مخزن هواي فشرده قرار مي دهند تا فشار هوا تثبيت شود و ضربان هواي كمپرستور از بين ببرد. اين مخزنها در اندازه هايي متفاوت ساخته مي شودو برخي از آنها در فروشگاههاي خيابان لاله زار موجود است.

آنهايي را كه زمينه مصرف كمتري دارند را مي توان به شركت هاي معتبر عرضه محصولات پنيوماتيك سفارش داد. اين مخزن ها را مي توان در حجم هاي 1،0 ليتر و بيشتر، يافت.

بدنه برخي از اين مخازن از جنس آلومينيوم استكه سبب ميشود مخزن بسيار سبك باشد.

تايمر:

در مدارات پنيوماتيكي با روشي ساده مي توان كاري كرد كه فرمان با تاخيري قابل تنظيم اجرا شود. به عبارتي يك تايمر در بطن مدار وجود داشته باشد كه با تاخيري دلخواه فرمان را به تاخير انداخته و بعد اجزاي اجرا دهد.

با توجه به به كاربرد گسترده ي تامير، اين مدار تبديل به يك قطعه كرده كه يك پيچ قابل تنظيم دارد و اندازه ي آن بسيار كوچك است. به قطعه تايمر مي گويند. تايمر يك ورودي تتحريك، يك ورودي تعذيه و يك خروجي دارد.

در نگاه اول، كاربرد اين قطعه محدود به نظر مي رسد. اما در ساخت بسياري از مدارات كار را ساده مي كند.

براي مثال در روباتي كه توپهاي تنيس را از مخزن خود به بيرون پرتاب مي كند، يك جريان هوا به دو جك داده مي شود.

جك اول توپ را از مخزن خارج كرئه و در مسير ضربه جك دوم قرار مي دهد. قبل از آنكه هوا به جك دوم وارد شود از يك تايمر عبور ميكند و جك دوم با تاخير به كارمي افتد در نتيجه جك اول از زمان لازم براي جا گذاري توپ در مسير جك دوم بهره مند ميشود.

البته كاربرد اين مثال كم است اما مثالهاي مهم ديگري نيز وجود دارند.

گريپر:

گريپر يكي از متداول ترين اجزاي بازوي روبات است عملكرد ظاهري آن دست خرچنگ را تداعي مي كند. با توجه به نوع مدار پنيوماتيكي كه طراحي ميكنيد، مي توانيد انگشتتان يك گريپر را با سرعت دلخواه باز و بسته كنيد.

گريپر ها بيشتر براي مساءل روباتيك ساخته مي شوند و در حوزه هاي ديگر كاربرد كمتري دارند. گريپر هاي پنيوماتيكي چهار نوع مختلف دارند اينك به بيان خصوصيات ظاهري اين گريپر ها پرداخته و از تفاوت هاي مكانيزم اين گريپرها چشم پوشي مي كنيم.

گريپر ها عبارتند از:

گريپر موازي

گريپر سه انگشته

گريپر شعاعي

گريپر زاويه اي

منابع:

كتاب ساخت روبات

كتاب طراحي و كابردهاي نيوماتيك

سايت FESTO

سايت SMC

سايت OMRON

سايت aico

سايت VMT

یک


ارسال توسط حسین

اصول حركت ربات


مقدمه

هر جا که دانشجويان و علاقمندان به رباتيک حضور دارند – چه در اينترنت و چه در مسابقات رباتيک – فرصت مناسبي براي بررسي برخي مفاهيم بوجود مي آيد و معمولا اين سوال مطرح مي شود :

مهمترين ويژگي يک ربات چيست ؟

بدون شک پاسخ به اين سوال منجر به ايجاد مباحث جنجالي و گفتگوهاي طولاني مي شود .

آیا ربات بايد با محيط اطراف خود بر هم کنش داشته باشد ؟

آیا بايد پردازنده بر روي آن نصب شود ؟

آیا وجود سنسورها ضروري است ؟ آیا ربات هاي جنگجو واقعا ربات مي باشند ؟ يا فقط ماشين هاي کنترلي جنگي هستند ؟ وضعيت در مورد ربات هاي BEAM چگونه است؟

اگر ربات حرکت نداشته باشد آیا مي توان آن را ربات ناميد؟ اگرچه به اين نکته اعتراف مي کنيم که تمام چيزهاي متحرک ربات نيستند . اما معتقديم ربات هاي واقعي بايد حداقل قابليت حرکت کردن را داشته باشند . در اين پروژه – انواع جابه جايي ، حرکت و قابليت هاي يک ربات (براي انتقال از يک نقطه به نقاط ) بررسي مي شود .

در اين پروژه ، در درجه اول بر استفاده از چرخ ها ، سيستم تانکي و پاهاي قدرتمند که با انواع مختلف موتورهاي الکتريکي (موتورهاي dc ، موتورهاي پله اي و سرو موتورها ) راه اندازي مي شوند ، متمرکز خواهيم بود و درباره ساير محرک ها مانند هيدروليک ، نيوماتيک يا ماهيچه هاي هوايي بحث نخواهد شد . زيرا گستره اين موضوعات فراتر از حوزه اين پروژه است .

محيط زندگي ربات

در سال هاي اخير يک روند رو به رشد در آموزش رباتيک ايجاد شده است و به موجب آن طراحان ربات ها از طبيعت براي حل مشکلات پيچيده بهره مي گيرند . به ويژه ربات هاي بسياري با استفاده از علم زيست شناسي و شاخه هاي مرتبط با آن مانند حشره شناسي ، ماهي شناسي و ... ، طراحي وساخته مي شوند .

يکي از علومي که مورد توجه علاقمندان به رباتيک قرار دارد رفتار شناسي حيوانات است . در اين علم رفتار حيوانات در محيط طبيعي زندگي شان مورد بررسي قرار مي گيرد .

يک رفتار شناس در اکثر موارد موضوع تحقيق خود را در حيات وحش مورد مطالعه قرار مي دهد . از ديد يک رفتار شناس ، يک موجود زنده و محيط زندگي اش ذاتا جدايي ناپذيرند .

توصيه مي شود هنگامي که روش هاي طراحي ربات ها را بررسي مي کنيد ، موضوع را از هر طريق ممکن به رفتار شناسي يا ساير شاخه هاي زيست شناسي نزديک کنيد .

ابتدا درباره محيط (که از ربات انتظار مي رود در آن کار کند ) کمي مطالعه کنيد و ابعاد ربات را متناسب با آن انتخاب کنيد . سپس ليستي از فعاليت هايي که ربات بايد آنها را انجام دهد تهيه نماييد . با استفاده از اين روش ، طراحي محدودتر شده و احتمال اجراي موفقيت آميز پروژه افزايش مي يابد .

طراحي موفق ربات هاي فوتباليست ، ربات هاي نظافتچي ، ربات هاي جنگجو و ربات ها با اهداف خاص ، تنها از طريق مطالعه پيست و محيط کار ربات امکان پذير مي باشد .

1. محيط هاي سر پوشيده

1-1 محيط هاي کنترل شده :

در اين محيط ها کوشش مي شود تا عوامل غير مترقبه اي که ممکن است بر روي عملکرد ربات تاثير داشته باشند محدود شوند . اين ربات ها براي انجام وظايف خاصي که از پيش تعيين شده است طراحي مي شوند .

سيستم انتقال قدرت اين ربات ها بسيار ساده است و معمولاً از چرخ هايي تشکيل شده است که به صورت مستقيم به شفت موتورها متصل مي شوند .

2-1 محيط هاي غير قابل کنترل :

ربات هايي که براي حرکت هاي تصادفي يا حرکت در محيط هاي داخل خانه طراحي مي شوند از اين دسته هستند . اين ربات ها هنگامي که بر روي سطح زمين حرکت مي کنند ،

با مسائل و موانع بسيار زيادي (در مقايسه با پيست مسابقات ) روبرو مي شوند مبلمان ، انسان ها و حيوانات مهمترين اين موانع هستند .

2. محيط هاي رو باز

طراحي ربات هايي که در اين محيط کار مي کنند ، از ربات ها در محيط هاي سر پوشيده بسيار پيچيده تر است .

زيرا با دامنه وسيعي از موانع غير قابل پيش بيني روبرو هستند . هنگام طراحي ربات براي محيط هاي رو باز بايد عوامل زير را در نظر گرفت:

1-2 حفاظت در برابر رطوبت و گل و لاي

2-2 آب و هوا

3-2 کاهش ارتعاشات

4-2 مقابله با موانع زميني

5-2 اندازه و وزن

انواع حرکت ربات : چرخ - سيستم تانکي – ربات راه رونده

در ساختمان تمام ربات ها از موتورها استفاده مي شود و عملکرد ربات تا حد زيادي به نحوه اتصال موتورها به چرخ ها بستگي دارد . اگرچه امروزه روش هاي متعددي براي انجام اين کار وجود دارد ، اما تمام ربات ها به صورت کلي به دو دسته چرخ دار و با سيستم تانکي تقسيم مي شوند .

چرخ : قطر چرخ ، گشتاور و سرعت :

قطر چرخ ( يا قطر چرخ زنجير در سيستم تانکي ) تاثير بسياري بر روي گشتاور موتور و سرعت ربات دارد . آشکار است که با افزايش قطر چرخ ، سرعت ربات افزايش و گشتاور آن کاهش مي يابد .

با افزايش قطر چرخ سرعت يک ربات افزايش مي يابد . تغيير قطر چرخ با سرعت ربات نيز خطي است . با آگاهي از قطر چرخ و سرعت دوراني موتور (RPM) ، سرعت ربات قابل مقايسه مي باشد . اين فرايند بسيار ساده است.

ابتدا مسافتي که ربات در هر چرخش کامل چرخ طي مي کند محاسبه مي شود . مقدار مسافت از رابطه زير به دست مي آيد :

D = πdدر اين رابطه D مقدار مسافت طي شده و يکاي آن با يکاي قطر چرخ (d) يکسان است. از ضرب کردن مقدار D در RPM موتور (تعداد دور در دقيقه ) سرعت ربات در يک دقيقه به دست مي آيد .

با انجام عمليات ضرب يا تقسيم مي توان مقدار سرعت را با يکاي کيلومتر / مايل به ثانيه / ساعت محاسبه کرد . در يک سيستم تانکي براي محاسبه سرعت ، قطر چرخ زنجير محرک اندازه گيري مي شود .

قبل از انتخاب سيستم حرکتي ربات تعدادي از پارامتر ها مورد بررسي قرار مي گيرند. اين پارامتر ها شامل اندازه و وزن ربات ، جنس سطح ، قدرت موتورها و مسائل زيبا شناختي مي باشند . هر سيستم داراي مزآیا و معايب خاص خود مي باشد .

انواع چرخ :

امروزه منابع بيشماري براي تهيه چرخ ها وجود دارند . مي توان انواع مختلف چرخ را از روي وسايل متحرک جمع آوري کرد .

در اين بخش تعدادي از انواع مناسب چرخ معرفي مي شوند .

1. چرخ هاي ماشين کنترلي

2. چرخ هاي LEGO

3. چرخ هاي هواپيماي ريموت کنترل

4. چرخ هاي چند سويه

انواع سيستم هاي تانکي

سيستم هاي تانکي به صورت کلي به دو دسته لاستيکي و نايلوني تقسيم مي شوند .

1. سيستم هاي تانکي LEGO

2. سيستم هاي تانکي با تسمه و قرقره

بررسي عملکرد ربات ها با دو پا و يا بيشتر :

ربات هاي راه رونده ، ويژگي هاي منحصر به فردي نسبت به ربات هاي غلتان دارند . اين ويژگي ها به نحوه راه رفتن (گام برداشتن ) و تعادل آنها مربوط است .

همانگونه که از ظاهر اين ربات ها مشخص است ، وزن اين ربات ها به جاي چرخ بر روي اتصالات اعمال مي شود و کل نيروي وزن توسط سرو موتورهاي کوچک نگه داشته مي شود .

اين طراحي ها اگرچه پيچيده هستند ، اما راه حل هاي ساده و منطقي براي حل مسائل مربوط به اين ربات ها وجود دارد .

تعادل ديناميک و تعادل ايستا

هنگامي که موجودات (انسان و حيوان ) راه مي روند ، مرکز ثقل شان بدون زمين خوردن آنها جا بجا مي شود . اين نوع تعادل ، تعادل ديناميک ناميده مي شود .

براي ايجاد اين نوع تعادل ، سخت افزار کنترلي ربات به صورت پيوسته از چگونگي تعادل ربات فيدبک (باز خورد ) مي گيرد .

براي اصلاح تغييرات کوچکي که در تعادل يا جهت صورت مي گيرد ، ربات بايد هم شتاب و هم مرکز ثقل را تغيير دهد .

به همين دليل چنين ربات هايي پيچيده و گران قيمت هستند .

با وجود آنکه مفاهيم کلي جابجايي در تمام ربات ها يکسان است ، اما انواع مختلف ربات براي حفظ تعادل به الگوريتم هاي متفاوتي نياز دارند . ايجاد تعادل ديناميک به شتاب سنج – در محورهاي مختلف – شيب سنج و روش هاي کنترل موتور پيشرفته نياز دارد .

مقايسه سيستم تانکي با سيستم هاي چرخ دار (در محيط رو باز ) :

به نظر مي رسد که سيستم تانکي مناسب ترين گزينه براي استفاده در محيط هاي رو باز است . به ويژه اگر محل فعاليت ربات زمين سخت باشد . علاوه بر آن ، ربات ها با سيستم تانکي بسيار زيبا تر هستند .

با اين وجود اين سيستم از نظر مکانيکي بسيار پيچيده است . معمولا خريد يک سيستم تانکي (به صورت آماده ) از ساخت يا جمع آوري کردن آن به صرفه تر مي باشد .

برخي معايب سيستم تانکي و مزآیاي سيستم هاي چرخ دار باعث شده است تا در اکثر طراحي ها از چرخ استفاده شود . در پروژه هايي که حيطه کاري ربات زمين هاي مسطح است و در اکثر ربات هاي تجاري و تحقيقاتي از سيستم هاي چرخ دار استفاده مي شود .

امروزه تعداد زيادي از ربات هاي عظيم الجثه (حتي با ابعاد يک کاميون ) با چهار و حتي تعداد بيشتري چرخ طراحي مي شوند .

مهمترين پارامتر ها در طراحي اين سيستم ، انتخاب مناسب قطر چرخ ها و محاسبه ميزان گشتاور ماکسيمم - که بايد براي راه اندازي چرخ ها به کار گرفته شود .

ربات هاي راه رونده :

با آنکه اين ربات ها نسبت به ربات هاي چرخ دار و ربات هاي تانکي پيچيدگي مکانيکي بيشتري دارند ، اما به خاطر استفاده از پا براي حرکت ، تاثير عميقي بر بينندگان مي گذارند .

از ديد بسياري از دانشمندان رباتيک ، اين ربات ها فصل مشترکي از علم ، طبيعت و هنر هستند .

به صورت نظري ربات هايي که با پا حرکت مي کنند ، قابليت هاي خاصي براي حرکت بر روي زمين هاي مرطوب دارند .

اما در عمل و در بسياري از طراحي هاي کاربردي ، از ربات هاي تجاري و تحقيقاتي گرفته تا ربات هاي کاوشگر سيارات ، استفاده از چرخ ها رايج تر است .

ساخت پاهاي مصنوعي همانند پاهاي واقعي و با همان درجه آزادي (DOF) بسيار مشکل و در واقع غير ممکن است .

اما با تکنولوژي امروز رباتيک ، علاقه مندان مي توانند با تسلط بر راه اندازي سرو موتورها ، پاهايي را با درجات آزادي کمتر طراحي و اجرا کنند . با تمام مشکلاتي که در اين زمينه وجود دارد ، ساخت ربات هايي که پا دارند براي افراد مبتدي نيز امکان پذير است .

رموتور هاي DC - تعريف و تاريخچه

امروزه موتورهاي DC جايگاه ويژه اي در صنعت دارند اين موتورها به سبب بازده بالا ، کاربردهاي وسيع در زمينه هاي مختلف و کنترل آسان بيش از ساير موتورها مورد استفاده قرار مي گيرند .

تاريخچه استفاده از اين موتورها به سال 1821 بر مي گردد . در آن سال دانشمند و مخترع برجسته انگليسي ، مايکل فاراده اولين موتور DC را ساخت، فاراده يک آهنربا را در يک بشقاب پر از جيوه قرار داد و در بالاي آن يک سيم آويزان کرد .

يک سر سيم به يک قطب باتري متصل شده بود و قطب ديگر باتري به يک سيم وصل بود . سيم مي توانست در ظرف جيوه نوسان کند. رسانا بودن جيوه باعث شد تا همانند يک کموتاتور مايع عمل کند و در سيم جريان برقرار شود.

در نتيجه ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط سيم حامل جريان ، سيم در اطراف آهن رباي دائمي که در ظرف قرار داشت شروع به نوسان کرد .

اين اولين موتور تک قطبي بود که حرکت دوراني پيوسته را در سيم ايجاد مي نمود . اين موتور ابتدايي قادر به انجام وظيفه واقعي خود نبود .

فاراده تلاش هاي بسياري در اين زمينه انجام داد و انديشه آغازين و مفهوم کلي اين پديده را در اختيار ديگران قرار داد .

در سال 1932 ، ويليام استورجن – مخترع انگليسي الکترو مغناطيس – يک موتور چهار قطبي ساخت که يک جوجه گردان را راه اندازي مي کرد . بدين ترتيب اولين وسيله خانگي مدرن ساخته شد .

او به خوبي اختراع کموتاتور را به ياد داشت و از آن به عنوان يک جزء لاينفک موتورهاي DC مدرن استفاده نمود . در آن سوي آتلانتيک و در آیالات متحده ، توماس ديون پورت از نمونه اوليه موتور DC الگو گرفت و از موتور الکتريکي در تجهيزات گوناگون استفاده کرد. او نتيجه فعاليت هايش را در سال 1837 ثبت نمود .

با وجود سهولت استفاده از موتورهاي الکتريکي – به علت در دسترس نبودن الکتريسيته در آن زمان – اين موتورها نتوانستند به شکلي مناسب گسترش يابند .

در آن زمان باتري هاي سرب – اسيد تنها منبع انرژي الکتريکي بودند . اين موتورها پس از استفاده تجاري از برق ، راه اندازي نيروگاه ها و توسعه شبکه هاي قدرت ، کاربردهاي بسياري در صنعت و لوازم خانگي پيدا کردند . امروزه نيز انرژي الکتريکي خارج از شبکه مانند باتري ها ، مهمترين منبع تامين انرژي اين موتورها است .

موتورهاي DC جزو قدرتمند ترين موتورها هستند . در ده ها سال گذشته محققان تلاش هاي گسترده اي را براي بهبود بازده ، سرعت و قدرت اين موتورها انجام داده اند . امروزه موتورهاي DC پيشرفته با بازده بيش از 90درصد طراحي و ساخته مي شوند .

بيشتر موتورهايي که به منظور استفاده در پروژه هاي رباتيک ارائه مي شوند ، بازدهي بين 40 تا 70 درصد دارند . با اين وجود به اندازه کافي قدرتمند هستند . اين موتورها جريان بيشتري مي کشند و باتري ها را سريع تر تخليه مي کنند .

عملکرد يک موتور DC

در يک موتور DC ، آهنرباي دائمي ميدان مغناطيسي ايجاد مي کند و روتور در داخل آن مي چرخد .

روتور – که در بخش مرکزي موتور قرار دارد – تعدادي«قطب»دارد، که هر کدام يک سيم پيچ دارند . سيم پيچ ها در مرکز شفت به يک سوئيچ متصل شده اند که اصطلاحا «کموتاتور»ناميده مي شود .

جاروبک ها به سيم هاي + و – موتور (که سيم پيچ ها را تغذيه مي کند ) به گونه اي متصل مي شوند که يکي از قطب ها ميدان مغناطيسي را دفع و ديگري آن را جذب مي نمايد . هنگامي که روتور مي چرخد ، کموتاتور جهت ميدان مغناطيسي را عوض مي کند . وجود قطب ها باعث تداوم حرکت روتور مي گردد .

يک موتور DC شامل قطعات اصلي زير است :

روتور :

شامل يک يا چند سيم پيچ است که بر روي شفت مرکزي موتور نصب شده اند . جريان مورد نياز اين سيم پيچ ها از طريق کموتاتور فراهم مي شود. نيروي لورنز سيم پيچ را حرکت مي دهد و نيروي گشتاور دوراني ايجاد مي نمايد .

کموتاتور :

اين قسمت شامل دو ورقه است که بر روي شفت موتور قرار دارند .

اين ورقه ها قدرت مورد نياز سيم پيچ هاي روتور را فراهم مي کنند و هنگامي که بر روي شفت موتور مي چرخند ، توسط يک جفت جاروبک به منبع تغذيه متصل هستند .

استاتور :

همان گونه که توضيح داديم ، استاتور از يک آهن رباي دائمي تشکيل شده است که گرداگرد شفت روتور قرار گرفته است .

اين بخش ميدان مغناطيسي (شار) مورد نياز موتور را فراهم مي کند .

برخي موتورها (مخصوصا موتورهاي بزرگ تر ) از يک آهنرباي الکتريکي به عنوان استاتور استفاده مي کنند . پيش از اين که آهنرباهاي دائمي با قدرت هاي متنوع امروزي ساخته شوند ، استاتورها از آهنرباهاي الکتريکي تشکيل شده بودند .

کنترل موتورهاي DC

کنترل موتورهاي DC به شکل فوق العاده اي ساده است . اين ويژگي – بيش از همه چيز – آن ها را براي استفاده در وسايل متعدد مناسب مي سازد . براي راه اندازي يک موتور DC فقط بايد به آن ولتاژ اعمال کرد .

براي درک سادگي ، آن را با سيکل احتراق يک موتور بنزيني مقايسه کنيد .

براي معکوس کردن جهت يک موتور DC ، کافيست پلاريته جريان تغذيه را معکوس نمائيد و به هيچ مکانيزم ديگري نياز نخواهد بود . با تغيير ولتاژ اعمالي به يک موتور DC مي توان گشتاور و سرعت آن را کنترل نمود .

مدولاسيون پهناي پالس (PWM) :

سرعت موتورهاي الکتريکي با تغيير سطح ولتاژ موثر و جريان عبوري از سيم پيچ روتور تغيير مي کند . در سال هاي قبل اين عمل با استفاده از يک مقاومت متغير يا رئوستا ، انجام مي شد .

رئوستا ضمن کار کردن مقدار بيش از حدي از انرژي را به گرما تبديل مي کند . بنابراين نبايد از مقاومت براي کاهش ولتاژ موتور استفاده کرد . در ربات هاي متحرک – و وسايلي که با باتري کار مي کنند – انرژي باتري ها بسيار ارزشمند است و نبايد آن را به گرما تبديل نمود . راه حل جديد اين مسئله ، استفاده از مدولاسيون پهناي پالس (PWM) است

. PWM با روش هاي گوناگوني توليد مي شود.وقتي PWM براي کنترل يک موتور به کار گرفته مي شود ، سيگنال قدرت به صورت پيوسته به موتور اعمال نمي شود . بلکه در کاربردهاي عادي ، يک موج مربعي با يک فرکانس خاص که اغلب حدود 20 کيلو هرتز است (گاهي اوقات کمتر از 60 هرتز يا بيشتر از 50 کيلو هرتز ) به موتور اعمال مي شود .

توان موتور با تغيير سيکل کاري (دوره ) يا پهناي پالس سيگنال قدرت کنترل مي شود . وقتي سيکل کاري صفر درصد است ، موتور کاملا خاموش و وقتي که 100درصد است ، موتور کاملا روشن است . در سيکل کاري 50 درصد ، موتور نصف قدرت ماکسيمم (بيشينه ) را دارد .

سرو موتور

سرو موتورها مي توانند قوي تر يا ضعيف تر از موتورهاي پله اي باشند .

زيرا تعداد زيادي از موتورهاي پله اي وجود دارند که بزرگتر و قدرتمندتر از سرو موتورها هستند . سرو موتورها دومين موتور قدرتمند در زمينه رباتيک هستند .

امروزه تعداد زيادي از کمپاني ها سرو موتورهاي ارزان قيمت و با کيفيت توليد مي کنند . معروف ترين سازندگان سرو موتورها Futaba ، Airtronics ، Hitec هستند که محصولات متنوعي را توليد مي کنند .

عملکرد يک سرو موتور

اساس کار يک سرو موتور همانند يک موتور Dc است ( که به يک گيربکس با نسبت کاهش سرعت 180:1 وصل شده است ) . اگر يک سرو موتور را باز کنيد ، مشاهده مي کنيد که موتور داخل آن بسيار کوچک است .

در داخل جعبه پلاستيکي موتور يک مدار کنترلر قرار دارد .

اين مدار سيگنال کنترلي که به سرو موتور فرستاده مي شود را به جابجايي شفت خروجي تبديل مي کند .

سرو موتورها معمولا دامنه حرکتي °60 دارند . اما برخي نمونه ها با دامنه °90 و يا بيشتر هم ساخته شده اند . يک پتانسيومتر(مقاومت متغير ) موقعيت شفت خروجي را در تمام لحظات اندازه گيري مي کند و مدار کنترلر مي تواند شفت سرو موتور را

دقيقا در نقطه مورد نظر قرار دهد . کنترل اين نوع موتورهاي Dc ، کنترل موتور حلقه بسته ناميده مي شود و واژه سروُ نيز از اين ويژگي گرفته شده است . يک کنترلر خارجي به موتور اعلام مي کند که تحت تاثير سيگنالي که مدولاسيون نسبي پالس (PPM) ناميده مي شود به کدام نقطه برود .

اين مطلب به اين معني است که پهناي پالس پس از رمزنگاري در اختيار کنترلر قرار مي گيرد .

اين سيگنال گاهي اوقات به اشتباه PWM ناميده مي شود . PWM سيکل کاري را تغيير مي دهد ، که بين صفر تا صد در صد زمان دوره است. PPM از زمان يک تا دو ميلي ثانيه (در يک دوره 20 ميلي ثانيه اي) براي رمز نگاري اطلاعات استفاده مي کند.

طبقه بندي سرو موتورها

سرو موتورها با توجه به مقدار گشتاور و سرعت شان طبقه بندي مي شوند (اونس – اينچ / گرم – سانتي متر ) . يک سرو موتور با مقدار اونس – اينچ ، موتوري است که در فاصله يک اينچي (5/2 سانتي متري) از وسط چرخ - که اغلب بلبرينگ دارد – يک نيروي 40 اونسي اعمال مي کند و باعث چرخش 60 درجه اي در مدت زمان 21/0 ثانيه مي شود .

مقادير سرعت معمولا در بازه 21/0 – 11/0 ثانيه قرار دارند . سرو موتورها با گشتاورهايي بين 200- 17 اونس – اينچ طراحي و ساخته مي شوند .

قيمت سرو موتورها باسرعت و قدرت آن ها متناسب است . سرو موتورهايي که براي استفاده در رباتيک انتخاب مي شوند بايد به اندازه کافي قدرتمند بوده ، ابعاد مناسب داشته و شکل ظاهري آن ها به گونه اي باشد که بر روي ربات قابل نصب باشند .

همان گونه که پيش بيني مي شود ، کوچکترين سرو موتورها ضعيف ترين آن ها و بزرگترين موتورها قوي ترين آن ها هستند . البته استثناءهايي هم در اين زمينه وجود دارد و در برخي موارد سرو موتورهاي کوچک تر قوي تر از نمونه هاي بزرگ تر هستند .

ولتاژکار اين موتورها 8/4 ولت و در برخي موارد 6 ولت است . معمولا سرو موتورهايي که با 6 ولت کار مي کنند سرعت و قدرت بيشتري دارند . هميشه يک سوال مهم درباره اين موتورها مطرح مي شود :

افزايش ولتاژ چه تاثيري بر روي سرعت و قدرت سرو موتورها دارد ؟ پاسخ سازندگان درباره اثرات افزايش ولتاژ متفاوت است . افزايش ولتاژ در بعضي موارد باعث افزايش سرعت و قدرت ، در بعضي موارد فقط باعث گرم شدن موتور و در بعضي نمونه ها باعث توقف و از کار افتادن موتور مي شود . اعمال ولتاژ غير مجاز به سرو موتور باعث به خطر افتادن و باطل شدن گارانتي آن خواهد شد .

معيار ديگر انتخاب سرو موتورها ، استفاده يا عدم استفاده از بلبرينگ هاست بلبرينگ ها براي نگه داشتن شفت خروجي موتور به کار مي روند و موتور را کم صداتر ، قوي تر و بادوام تر مي سازند .

بلبرينگ ها اگرچه باعث افزايش قيمت موتور مي شوند ، اما در مواردي که بار بيش از حد بر روي شفت موتور قرار مي گيرد استفاده از آن ها ضروري است .

موتور پله اي

موتور پله اي با موتور هايي که تا کنون بررسي کرديم ، تفاوت هاي چشمگيري دارد . موتورهاي پله اي گاهي اوقات موتورهاي براشلس يا بدون جاروبک نيز ناميده مي شوند . زيرا آهن رباي آن ها بر روي روتور يا شفت قرار دارد شفت موتور مي تواند بدون هيچ تماس الکتريکي و يا دخالت هر عامل ديگري آزادانه بچرخد .

موتورهاي پله اي معمولا سرعت کمي دارند . آن ها معمولا در طراحي هايي با جا بجايي هاي دقيق و يا به منظور توقف فوري موتور در يک نقطه خاص به کار مي روند .

اين ويژگي براي بسياري از پروژه هاي رباتيک – که به سرعت کمي نياز دارند - بسيار مناسب است . سرعت دوراني با دامنه RPM100-50 که توسط موتورهاي پله اي ايجاد مي شود ، براي بسياري از ربات ها ايده آل مي باشد .

يک موتور پله اي بزرگ تر و سنگين تر از يک موتور DC يا سرو موتور با قدرت مشابه است . موتورهاي پله اي معمولا خيلي قدرتمند نيستند و به همين دليل براي ربات هايي با وزن بيش تر از يک کيلوگرم پيشنهاد نمي شوند .

اکثر موتورهاي پله اي در زير بارهاي سنگين،يکنواختي حرکت خود را از دست مي دهند .

عملکرد يک موتور پله اي

جابجايي موتور پله اي از يک نقطه به نقطه ديگر باعث حرکت دوراني آن مي شود .

تعداد جابجايي هايي که براي انجام يک چرخش کامل انجام مي شود با تعداد گام هاي موتور برابر است و از ويژگي هاي اختصاصي هر موتور پله اي مي باشد . معمولا موتورها با تعداد گام ها و يا درجه ي هر گام توصيف مي شوند .

تعدادي سيم پيچ در بدنه اين موتورها تعبيه شده است که جابجايي دقيق موتور از يک نقطه به نقطه ديگر را ممکن مي سازد . اين سيم پيچ ها در استاتور يا بدنه موتور قرار گرفته اند (با A,B,C,D مشخص شده اند ) .

هنگامي که قطب هاي استاتور برق دار مي شوند ، قطب هاي مغناطيسي مخالف استاتور را جذب مي کنند و باعث چرخش موتور مي گردند . روتور از تعدادي آهن رباي دائمي تشکيل شده است که هنگام برق دار شدن با سيم پيچ هاي استاتور همکاري مي کنند .

هر آهن رباي روتور «دندانه»ناميده مي شود و اغلب روتورها با تعداد دندانه هايشان توصيف مي شوند . سيم پيچ هاي استاتور به شکلي متناوب در اطراف بدنه تکرار مي شوند . نحوه ي آرایش سيم پيچ ها به نوع ساختمان موتور پله اي وابسته است .

موتورهاي پله اي به دو دسته کلي تقسيم مي شوند : تک قطبي (که اغلب چهار فاز ناميده مي شود ) و دو قطبي (که اغلب دو فاز ناميده مي شود ) . موتورهاي پله اي تک قطبي چهار مجموعه سيم پيچ در اطراف بدنه موتور دارند .

در صورتي که موتورهاي پله اي دو قطبي دو مجموعه سيم پيچ دارند . سيم پيچ هاي يک موتور تک قطبي فقط با يک پلاريته برق دار مي شوند ، به همين دليل به آن «تک قطبي»مي گويند .

در سيم پيچ هاي يک موتور پله اي دو قطبي ابتدا برق دار شدن با يک پلاريته و سپس با پلاريته معکوس انجام مي شود و باعث چرخش روتور مي گردد .

تعداد گام ها در يک دور کامل موتور پله اي به تعداد آهن رباهاي دائمي يا تعداد دندانه هاي روتور بستگي دارد . تعداد دندانه هاي بيشتر به معني گام هاي بيش تر و قابليت جدا سازي بيشتر به ازاي هر گام مي باشد .

انتخاب موتورهاي مناسب براي پروژه هاي رباتيک

از نظر منطقي ، روش اي محدودي براي حرکت کردن يک ربات وجود دارد . چرخ ها ، سيستم تانکي و پاها . ساده ترين گزينه ، استفاده از چرخ ها مي باشد و ساختار هاي زير براي حرکت وجود دارند :

• دو چرخ محرک که با استفاد از يک موتور حرکت مي کنند و دو چرخ هدايت کننده (شبيه آنچه در خودرو به کار گرفته مي شود ) .

• دو چرخ محرک که با استفاد از يک موتور حرکت مي کنند و يک چرخ هدايت کننده .

• استفاده از دو چرخ محرک که هر کدام با يک موتور راه اندازي مي شوند و استفاده از چرخ هاي هرزگرد ( اين روش متداول تر از بقيه مي باشد ) .• استفاده از سيستم تانکي (که پيچيده ترين گزينه مي باشد ) .

اگر در نظر داريد از پاها استفاده کنيد ، ابتدا بايد درباره تعداد پاهاي ربات تصميم گيري کنيد (دو ، شش و يا بيش تر ) . پس از آن که تعداد پاها را محاسبه کرديد ، بايد تعداد درجه هاي آزادي (DOF) هر پا را مشخص کنيد . سپس وزن ربات و ساختار محيطي که ربات در آن فعاليت مي کند بايد مشخص شوند .

معمولا با در نظر گرفتن شرايط کاري يکي از انواع موتور انتخاب مي شود (هر نوع موتور براي نوع خاصي از محيط مناسب است ) . نوع سيستم انتقال قدرتي که مورد استفاده قرار مي گيرد ( چرخ ها ، سيستم تانکي يا پاها ) سرعت و شتاب ربات را تعيين مي کند.

مقايسه انواع موتورها

قبل از آن که اصول و مباني انتخاب هر يک از موتورها را بررسي کنيم ، موتورها را با توجه به عملکرد ، روش جابجايي و امتيازاتي که دارند به سه دسته موتورهاي DC گيربکس دار ، موتورهاي پله اي و سرو موتورها تقسيم بندي مي کنيم .

در مرحله بعد بايد در مورد نوع موتوري که براي استفاده در ربات مناسب باشد تصميم گيري شود. در جدول 2-5 مزآیا و معايب هر يک از انواع موتور نشان داده شده است .

 

 

انوع موتور

مزآیا

معايب

مناسب براي

موتور DC

متنوع ، قدرتمند و در دسترس هستند ، اينتر فيس آن ها ساده است

 

سريع و گران قيمت هستند ، جريان زيادي مصرف مي کنند ، اتصال چرخ ها به آن ها دشوار است ، کنترل آن ها پيچيده است (PWM)

ربات هاي بزرگ

سرو موتور

گيربکس و سرعت مناسب دارند ، متنوع ، ارزان و براي ربات هاي کوچک مناسب هستند ، به آساني به چرخ ها متصل مي شوند ، اينتر فيس آن ها آسان است

توانايي حمل وزن هاي زياد را ندارند ، سرعت ان ها قابل تغيير نيست

ربات هاي کوچک ، ربات هاي انسان نما

موتور پله اي

کنترل سرعت و اينتر فيس آن ها آسان است ، تنوع زيادي دارند ، براي محيط هاي سر پوشيده مناسب هستند

نسبت به قدرت شان سنگين هستند ، جريان زيادي مصرف مي کنند ، اتصال آن ها به چرخ ها دشوار است ، قدرتمند نيستند ، به سيستم هاي کنترل پيچيده اي نياز دارند

ربات تعقيب خط ، ربات حل ماز

 

مقايسه سرعت و گشتاور( موتورهاي ساده و گيربکس دار )

بعضي از ربات ها چند سرعت دارند ، که توسط موتورهاي ساده يا گيربکس دارفراهم مي شود . برخي ديگر فقط يک سرعت دارند . اين ربات ها شامل برخي انواع ربات هاي جنگجو ، ربات هاي حل ماز و . . . مي باشند .

موتورهاي DC ساده که آهنرباي دائمي دارند وقتي با ولتاژ مناسب تغذيه شوند ، در شرايط بي باري با سرعت بالاي 5000 دور در دقيقه (RPM) مي چرخند . سرعت يک موتور بر مبناي دور بر دقيقه (RPM ) بيان مي شود . سرعت ربات توسط اين فرمول ساده محاسبه مي شود :

) /60در اينجا يک ربات که قطر چرخ آن 3 اينچ (5/7 سانتي متر) است و توسط يک موتور با سرعت 5000 دور در دقيقه راه اندازي مي شود مورد مطالعه قرار مي گيرد .

60 / (141/3 × 3 ×5000)=25/785 اينچ بر ثانيه در شرايط عادي اين يک مقدار ماکسيمم (بيشينه ) است و فقط به صورت تئوري به دست مي آيد .

زيرا در شرايط واقعي ، چرخ دنده ها اجازه رسيدن به چنين سرعت را نمي دهند .

البته مي توان سرعت موتورها را با کم کردن ولتاژ تغذيه کاهش داد .

اما متاسفانه هر گونه کاهش در ولتاژ تغذيه موتور باعث کاهش گشتاور خروجي خواهد شد .

اگر مصمم به کاهش سرعت موتور هستيد ، بايد از روش هايي که باعث کاهش مقدار گشتاور مي شوند اجتناب کنيد . ولتاژ ورودي به هيچ وجه نبايد کاهش يابد .

چرخ دنده ها اصول اوليه

چرخ دنده ها ابزارهاي انتقال دهنده قدرت هستند . انتقال قدرت از طريق چرخ دنده ها به روش هاي زير انجام مي شود :

• چرخ دنده ها مي توانند سرعت دوراني را افزايش يا کاهش دهند . آن ها به صورت همزمان گشتاور را نيز کاهش يا افزايش مي دهند .

• چرخ دنده ها مي توانند جهت چرخش يا زاويه آن را تغيير دهند .

• چرخ دنده ها مي توانند حرکت دوراني را به حرکت خطي تبديل کنند .

• چرخ دنده ها مي توانند مکان حرکت دوراني را تغيير دهند .

انواع چرخ دنده ها

1. چرخ دنده هاي محرک

2. چرخ دنده هاي حلزوني

3. چرخ دنده هاي پيچي

4. چرخ دنده هاي لبه دار

5. چرخ دنده هاي سياره اي

6. چرخ دنده هاي شانه اي

موتور گيربکس دار و گيربکس

براي کاهش سرعت يک موتور DC روش هاي گوناگوني وجود دارد . مي توان يک گيربکس را با مجموعه اي از چرخ دنده ها طراحي کرد . علاوه بر آن مي توان يک گير بکس قابل نصب بر روي موتور خريد و يا از يک موتور گيربکس دار (موتوري که گيربکس آن در کارخانه سازنده بر روي آن نصب شده است ) استفاده کرد .

تعيين توان مورد نياز براي حرکت ربات

پيش از اين ، چگونگي تعيين قدرت هر يک از انواع موتور بيان گرديد . در اين قسمت چگونگي محاسبه قدرت مورد نياز هر ربات و انتخاب موتورهاي متناسب با آن بيان مي شود :

تعيين توان مورد نياز يک ربات چرخ دار

در اين قسمت از روابط فيزيکي براي بيان مطالب استفاده مي شود . شکل 1-6 تمام مطالب بيان شده در اين فصل را نشان مي دهد . مطالب تا حد امکان به زبان ساده بيان شده اند و فرايند محاسبه قدرت موتور به سادگي امکان پذير است .

قبل از انتخاب موتور، بايد قدرت مورد نياز هر يک از موتورها مشخص شود . براي حرکت کردن ربات بايد بر دو نيرو غلبه کرد

نيروي اصطکاک و نيروي گرانش . از کنار هم قرار دادن اين دو نيرو رابطه زير به دست مي ايد :

در اين رابطه نيروي مورد نياز براي حركت كردن ربات است . نيرويي است كه در برابر جابجايي ربات مقاومت مي كند و عامل به وجود آورنده وزن (هنكام حركت بر روي سطوح شيب دار) است . مولفه ي (وزن) هنكام حركت بر روي سطوح صاف صفر است . در اين جا رابطه اي براي بيان مي شود :

mg نيروي گرانشي است كه در آن m جرم و g شتاب گرانشي زمين (m/ 8/9) است و θ زاويه ي بين نيروي و محور افقي است . sin (0) (حركت روي سطح صاف) برابر صفر است و با افزايش زاويه ، نيروي لازم براي جابجايي اشياء افزايش مي يابد .

براي آزمودن اين موضوع ، اتومبيل خود را يك بار بر روي يك سطح صاف و بار ديگر بر روي يك سربالايي هل دهيد . اختلاف نيروي مورد نياز به علت تغييرات است .نيروي اصطكاك هميشه همراه با ربات وجود دارد و نحوه قرار گرفتن ربات (مسطح يا سراشيبي بودن سطح) باعث از بين رفتن ان نمي شود .

نيروي اصطكاك يا با cos θ ، مقدار اصطكاك بين چرخ هاي متحرك وسطحي ك جابجايي بر روي آن انجام مي گيرد متناسب است و با رابطه زير بيان مي شود : در اين جا μ ضريب اصطكاك است كه با توجه به جنس سطح مقدار ثابتي است و mg نيروي گرانشي است . بزرگي μ نشان دهنده مقدار مقاومت اصطكاكي سطح (ضريب اصطكاك) است . هرقدر مقدار μ كوچك تر باشد ،

حركت بر روي سطح آسان تر خواهد بود . روش هاي ساده اي براي اندازه گيري μ وجود ندارد . براي انجام اين كار بايد چرخ ها هم از نظر پارامترهاي ساكن و هم از نظر نيروهاي اعمالي به آنها مورد آزمايش قرار گيرند.

در مواردي كه از چرخ ها با آج هاي كوچك ( كه از لاستيك يا پلاستيك ساخته شده اند) استفاده مي شود ، مقدار μ ، 4/0 – 3/0 خواهد بود . در مواردي كه از سيستم تانكي استفاده مي شود مقدار μ ، بين 6/0 – 5/0 و حتي مقادير بالاتري خواهد بود .

مي توان مقدار μ را كمي بيش از مقدار پيش بيني شده در نظر گرفت . غلبه كردن بر نيرو هايي كه از آن ها نام برده شده ، ايده بسيار خوبي براي حركت دادن يك ربات مي باشد . زيرا فقط در هنگام راه اندازي لاستيك ها يا سيستم شني بر روي سطح وجود دارد و پس از راه اندازي ربات مقدار آن كاهش مي يابد .

با يك ديدگاه محافظه كارانه ، ضريب اصطكاك لاستيكي كه بر روي سطح بتني خشك حركت مي كند 1 – 9/0 مي باشد . اگر به اندازه گيري ضريب اصطكاك چرخ هاي ربات علاقمند هستيد ، مي توان آن را به شكل زير اندازه گرفت . ضريب اصطكاك به شكل زير تعريف مي شود . که در آن ضريب اصطکاک ساکن ، نيروي مقاومتي اصطکاک ، و نيروي طبيعي است که بر اثر عمل کردن دو شيئي بر روي هم ايجاد مي شود ( قائم بر سطح زمين ) . مقدار با mg ( وزن ) برابر است و با ابزار هاي مرتبط قابل اندازه گيري مي باشد .

براي اندازه گيري ، نيرو سنج خود را به شيئي مورد نظر متصل کنيد و آن را بر روي سطح مورد نظر بکشيد . حداکثر مقدار اندازه گيري شده ، نيروي مورد نياز براي حرکت کردن شيي مورد نظر بر روي سطح است . مقادير به دست آمده را در رابطه قبلي قرار دهيد و مقدار ضريب اصطکاک را اندازه گيري نمائيد .

با جاي گذاري رابطه ها ، مقدار نيروي مورد نياز براي حرکت کردن ربات برابر است با :

براي محاسبه توان مورد نياز براي حرکت کردن ربات ، از رابطه زير استفاده مي شود : P = يا به عبارتي ، توان از ضرب کردن سرعت و نيرو قابل محاسبه است .

با اطلاعات ارائه شده مقدار توان مورد نياز براي حرکت کردن ربات بر روي سر بالايي ها و سرازيري ها قابل محاسبه خواهد بود . البته سرعت چرخشي موتور نيز بايد مشخص باشد .

آخرين رابطه در مورد محاسبه سرعت زاويه اي مي باشد. = ωتوجه داشته باشيد که هنگام استفاده از فرمول ها تمام يکاها بايد از يک سيستم و با هم سازگار باشند . در يک پروژه هيچ اتفاقي از ترکيب کردن يکاها بد تر نيست.

مثلا اين که در يک جا از فوت و در جاي ديگر از متر استفاده شود . اگر از دو موتور براي راه اندازي ربات استفاده شود ، توان مورد نياز بر دو تقسيم خواهد شد . در اين شرايط کل بار ، بين دو موتور تقسيم مي شود و موتورها با بازده بيش تري کار خواهند کرد .

در پایان به ياد داشته باشيد براي حرکت کردن ربات بايد مقدار از بزرگتر باشد ، يا به عبارتي مؤلفه گرانشي که بر روي سراشيبي عمل مي کند بايد بيش تر از نيروي اصطکاک لازم براي بالا رفتن از سراشيبي باشد .

افزايش مقدار اصطکاک سطح ( که باعث افزايش مقدار μ مي شود ) باعث افزايش توانايي ربات در بالا رفتن از سر بالايي ها مي گردد . البته با افزايش مقدار μ ، ربات براي حرکت کردن به توان بيشتري نياز خواهد داشت .

بنابراين قبل از طراحي هر ربات اطلاعات کاملي در مورد زمين و يا پيستي که ربات در آن فعاليت مي کند را جمع اوري کنيد .

تعيين توان مورد نياز يک ربات راه رونده

طراحي و ساخت ربات هاي راه رونده (گام بردار ) به انديشه و تامل بيش تري نياز دارد زيرا اين ربات ها پيچيدگي هاي بيش تري در مقايسه با ربات هاي غلتان دارند و براي ساخت ان ها بايد بر محدوديت ها و چالش هاي بيش تري غلبه کرد .

حرکت مستقيم :

تخمين مقدار توان ربات هاي راه رونده که از سرو موتورها استفاده مي کنند به مراتب از ربات هاي غلتان ساده تر است .

مقدار گشتاور يک سرو موتور را مي توان به صورت مستقيم و با اندازه گيري مقدار توان لازم براي بالا بردن يک وزنه مشخص اندازه گرفت .

با ايجاد کمي تغيير در فرمول هاي ربات هاي چرخ دار مقدار توان مورد نياز ربات هاي گام بردار محاسبه مي شود . کافيست که پاهاي ربات را جانشين چرخ هاي آن نماييد (شکل 2-6 ) .

پاهاي ربات براي ايجاد حرکت مستقيم بالا و پايين برده مي شود . در اين شرايط نيروي اصطکاک براي کمک به حرکت مستقيم ربات به کار گرفته مي شود . در اينجا نيروي بازدارنده نيست . به عبارت ديگر نيرويي است که ربات را قادر به حرکت کردن مي سازد .

، مکان هايي که اصطکاک به انجا اعمال مي شود و سرو موتورها (هر سه عامل ) توان مورد نياز ربات هاي راه رونده را فراهم مي کنند . بنابراين با برابر است ( وقتي که بر روي يک سطح صاف ناچيز است ) .

به ياد داشته باشيد اگر در هر زماني بزرگتر از باشد ، يا مؤلفه گرانشي که بر روي سراشيبي عمل مي کند بيشتر از اصطکاک مورد نياز براي بالا رفتن از سراشيبي باشد ، يک مشکل تازه به وجود مي ايد و آن خطر سر خوردن به عقب و يا واژگون شدن ربات است .

هنگامي که توان مورد نياز براي حرکت ربات بر روي زمين يا سطح شيب دار محاسبه شد ، انتخاب سرو موتورهايي که قابليت بالا بردن ربات از سراشيبي ها را داشته باشند بسيار ساده خواهد بود .

ياد آوري مي شود که اگر - براي مثال – از دو سرو موتور براي حرکت دادن ربات استفاده شود ، لازم است که هر يک از موتور ها نيمي از توان مورد نياز را فراهم کنند .

اگر بيش از يک پا در هر طرف براي حرکت دادن ربات مورد استفاده قرار گيرد اندازه سرو موتورها کوچک تر ، اما مجموع توان ها برابر توان مورد نياز خواهد بود .

بالا بردن يک پا :

مهمترين ويژگي ربات هاي راه رونده عدم نياز به استفاده از چرخ ها است. در اين ربات ها پاها براي ايجاد حرکت مستقيم و معکوس بالا و پايين برده مي شوند .

در اين جا براي درک مطلب از يک قانون کلي استفاده مي شود . بلند کردن يک تخته که تکيه گاه آن در وسط قرار دارد ، از بلند کردن يک تخته مشابه که تکيه گاه در انتهاي آن قرار دارد ساده تر است .

در شکل 3-6 نيرويي به انتهاي يک تخته – که تکيه گاه آن در وسط قرار دارد – اعمال شده است .

در اين حالت ، نصف وزن تخته ( که با mg نشان د اده شده است ) به جابجايي تخته کمک مي کند . اگر مطابق شکل 4-6 از يک تخته که تکيه گاه در انتهاي آن قرار دارد استفاده شود ، کل وزن تخته به جابجايي تخته و غلبه بر نيروي گرانشي کمک مي کند .

هنگامي که مصمم هستيد از يک سرو موتور براي بالا بردن پاهاي ربات استفاده کنيد ، اين قانون مهم را مد نظر داشته باشيد .

سرعت گام برداشتن :

آشکار است که نحوه محاسبه سرعت ربات هاي راه رونده با انچه درباره ربات هاي چرخ دار بيان شد متفاوت است . معمولا سرو موتورها اطلاعاتي را در مورد محاسبه سرعت موتور در اختيار شما قرار مي دهند .

با<یک




ارسال توسط حسین

سیستم انتقال قدرت در رباتها


گیربکس

گیربکس یکی از اعضای سیستم انتقال قدرت می باشد وظیفه گیربکس تبدیل دور و گشتاور بوده.گیربکس وظیفه دارد که گشتاور (قدرت) و دور موتور را تغییر داده و به دلخواه راننده و نیاز جاده و خیابان دور را کم قدرت را زیاد یا بلعکس دور را زیاد و قدرت را کم کند در مواقعی نیاز می باشد که از قدرت بیشتری جهت حرکت اتومبیل استفاده شود همین طور نیاز می شود که پس از حرکت اتومبیل سرعت بیشتری داشته و به حرکت خود ادامه دهد امروزه به علل اقتصادی و ایمنی بیشترگیربکس های دنده ای را ترجیح می دهند در گیربکس های دنده ای هر زوج دنده فقط یک نسبت دور و گردش را به وجود می اورد در نتیجه برای به دست اوردن نسبت تبدیل های مختلف باید از چندین زوج دنده استفاده کرد.

انواع چرخ دنده ها

چرخ دنده های ساده

این چرخ دنده‌ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می‌دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند.

در تعداد زیادی از وسایل از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی، پنکه و ... . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می‌رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می‌شود.

می‌توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده‌ها با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می‌اندازند؟ تازه این برخورد‌ها در دراز مدت، باعث شکستن دندانه‌ها می‌شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده‌ها در بیشتر اتومبیلها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می‌کنند.

چرخ دنده های مارپیچ

دندانه این چرخ دنده‌ها اریب است. وقتی یکی از آنها می‌چرخد، ابتدا نوک دندانه‌ها با هم تماس پیدا می‌کنند سپس به تدریج دو دندانه کاملاً در هم جفت می‌شوند. این درگیری تدریجی همان چیزی است که هم سر و صدا را کم می‌کند و هم باعث می‌شود که این چرخ دنده‌ها نرم تر کار کنند.

در ماشین تعداد زیادی چرخ دنده مارپیچ وجود دارد. به خاطر مایل بودن دندانه ها، هنگام درگیری نیروی زیادی به آنها وارد می‌شود. به همین علت در وسایلی که از چرخ دنده های مارپیچی استفاده می‌کنند بلبرینگ هایی تعبیه شده است تا این فشار را تحمل کند. اگر زاویه دندانه‌ها را به دقت تنظیم کنیم، می‌توان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل کرد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند.

چرخ دنده های مخروطی

این چرخ دنده‌ها بهترین وسیله تغییر جهت هستند. معمولاً از آنها برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می‌شود، ولی می‌توان طراحی را طوری انجام داد که در زاویه های دیگر نیز کار کنند.

دندانه های آنها ممکن است مستقیم یا پیچ دار باشد. اما اگر دندانه‌ها صاف باشد همان مشکل چرخ دنده های ساده را دارند. در دندانه های پیچ دار این مشکل برطرف شده است، ولی در هر دوی آنها باید محور چرخ دنده‌ها در یک صفحه قرار داشته باشد.

گاهی می‌خواهیم محور چرخها در یک صفحه نباشند. در چنین شرایطی از چرخ دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده می‌کنیم.

در دیفرانسیل بسیاری از اتومبیلها از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. این طراحی امکان آن را ایجاد می‌کند که محور چرخ دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار داده شود. شکل روبرو محور بیرونی ورودی را نشان می‌دهد که در تماس با چرخ حلقوی قرار گرفته است. از آنجایی که محور محرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی متصل می‌شود، پایین آمدن چرخ بیرونی امکان پایین آوردن محور محرک را هم ایجاد می‌کند، پس می‌توان محور را پایینتر آورد و در عوض فضای بیشتری را به سرنشینان اتومبیل اختصاص داد.

چرخ دنده های حلزونی

این چرخ دنده‌ها زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم. معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهی حتی به 300:1 و بیشتر نیز می‌رسد.

این چرخ دنده‌ها یک خاصیت جالب هم دارند که در هیچ چرخ دنده دیگری پیدا نمی شود. چرخ بالایی (حلزون) می‌تواند به راحتی چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را حرکت دهد، ولی چرخ پایینی نمی تواند حلزون رابچرخاند.

زاویه دنده های روی حلزون آنقدر کوچک است که وقتی چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند، اصطکاک به حدی زیاد می‌شود که از حرکت حلزون جلوگیری می‌کند.

این ویژگی به ما امکان استفاده از این چرخ دنده‌ها را در جاهایی که به یک قفل خودکار نیاز داریم می‌دهد.

فرض کنید از این چرخ دنده در یک بالابر استفاده کرده ایم؛ وقتی موتور بالابر از کار بیفتد، چرخ دنده‌ها قفل می‌شوند و نمی گذارند بار پایین بیاید. معمولاً در دیفرانسیل کامیونها و خودروهای سنگین از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

چرخ دنده شانه ای

این چرخ دنده‌ها برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می‌شوند.

یک مثال خوب برای این چرخ دنده‌ها فرمان اتومبیل است. فرمان، چرخ دنده ای را می‌چرخاند که با چرخ شانه ای در تماس است. وقتی شما فرمان را می‌چرخانید، با توجه به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می‌کند و باعث حرکت چرخها می‌شود. در برخی از ترازوها نیز برای چرخاندن عقربه از سیستم مشابهی استفاده می‌شود.

تسمه تايمينگ چيست؟

اين قطعه در بخش داخلي خود داراي دندانه¬هاي عرضي (عاجدار) بوده و موجب انتقال نيرو از چرخ دنده روي ميل-لنگ، به چرخ دنده سر ميل سوپاپ مي¬شود.

اندازه قطر چرخ¬دنده روي ميل¬لنگ، نصف قطر چرخ دنده ميل سوپاپ است تا بتواند بک دور چرخش کامل ميل¬لنگ (360درجه) را به 180درجه چرخش ميل بادامک تبديل کند. چرخش ميل بادامک، موجب عملکرد مکانيزم بازشدن سوپاپ¬ها در جايگاه خود مي¬شود تا سوخت و هوا وارد محفظه احتراق موتور شده و يا دود حاصله از احتراق قبلي بتواند از آن خارج شود. اين زمان¬بندي معين و مشخص را «تايمينگ موتور» مي¬نامند.

ساختار تسمه تايمينگ

اين قطعه به صورت سه لايه به شرح ذيل، بافته شده و به کوره فرستاده مي¬شود

لايه اول: از هسته¬هاي الياف شيشه GLASSCORD بافته مي¬شود.لايه دوم: از لاستيکي به نام CR يا HNVR ساخته مي¬شود.لايه سوم: به شکل دندانه بوده و از اليافي با جنس پلي¬آميد به نام فابريک، ساخته مي¬شود

نوار توليد شده، پس از خروج از کوره در اندازه¬هاي موردنياز بريده و سپس دو سر نوار را روي هم قرار مي¬دهند. سپس، مشخصات موردنظر و جهت چرخش را روي آن حک کرده و مجدداً به کوره مي¬فرستند.

(تسمه تايمينگ پژو با 114 دندانه به طول 85/1085، گام 525/9، عرض 17، تلرانس 8/0+ و ارتفاع 6/5 با تلرانس 40/0+- ميلي¬متر ساخته مي¬شود).

خارج شدن موتور از تايم

در صورت خرابي دندانه¬ها و يا بريدن تسمه، اصطلاحاً «موتور از تايم خارج شده و سوپاپ¬هايي که نابهنگام باز شده¬اند، مي‌توانند با سطح بالايي پيستون برخورد کرده، موجب کج شدن سوپاپ¬ها، خرابي سرسيلندر، پيستون و شاتون¬ها شوند.

عوامل کاهش¬دهنده عمر تسمه

• استفاده زياد از دورهاي بالاي موتور (بيش از 4000دور در دقيقه) • افزايش ناگهاني شتاب موتور (TAKE OFF)• کاهش ناگهاني شتاب خودرو (دنده معکوس)• عدم استفاده از دنده مناسب با قدرت و سرعت خودرو (دنده مرده در سربالائي¬ها)• عبور با سرعت بالا از روي سرعت¬گيرها (ايجاد فشار لحظه¬اي غيرعادي بر روي ميل¬بادامک)• خرابي بلبرينگ هرزگرد تسمه سفت کن يا گيرپاژ آن که باعث پارگي و جابجايي تسمه مي¬شود• خرابي تسمه سفت¬کن• شل بودن يا خرابي زياد تسمه‌تايم (تسمه مي¬بايستي داراي انعطاف تعيين شده توسط سازنده باشد. لقي يا کشيدگي آن را مي‌توان اندازه¬گيري و تنظيم کرد.)• روغن¬ريزي از کاسه نمد سر ميل¬لنگ و در نتيجه چرب شدن تسمه تايم• ايستايي و عدم کارکرد خودرو به مدت طولاني• گذشت بيش از 3 سال از زمان نصب تسمه (بدون درنظر گرفتن زمان کارکرد آن)• صدادار شدن بلبرينگ تسمه سفت¬کن• جداشدن دندانه¬هاي تسمه• نصب تسمه غيراستاندارد

آسيب¬هاي ناشي از بريدن، رد کردن و جداشدن دندانه¬هاي تسمه¬تايم

تسمه¬تايم، عامل گردش ميل بادامک و در نهايت حرکت سوپاپ¬ها است. اگر يک عاج (دنده) در حين حرکت خودرو جابجا يا پاره شود، بلافاصله بايد دنده خودرو در وضعيت خلاص گيربکس قرار گيرد. بديهي است که در غير اينصورت ميل¬لنگ موتور که براثر حرکت چرخ¬ها در حال دوران است، مي¬تواند موجب آسيب جدي به اجزاي موتور شود. در اين حالت توصيه مي¬شود از استارت زدن بيهوده موتور نيز خودداري شود.

زمان و نحوه انتخاب تسمه تايمينگ موتور

در انتخاب تسمه تايم بايد به طول، عرض، شکل و تعداد دندانه¬هاي اعلام شده از سوي سازنده موتور توجه شود.

تسمه تايم موتور بايد در زمان معين و استاندارد تعيين¬شده توسط سازنده آن، تعويض شود. حداقل عمر تسمه¬هاي استاندارد مورداستفاده خودروسازان 80هزار کيلومتر بوده که توليدکنندگان آن توانسته¬اند با تغيير استاندارد مواد اوليه نمونه¬هايي با عمر مفيد بيشتر (120هزار کيلومتر) نيز توليد کنند.

رعايت نکات ذيل هنگام نصب تسمه¬تايم الزامي است:- علامت مندرج بر روي تسمه بايد با جهت چرخش موتور همسو باشد

- تسمه تايم بايد فاقد شکستگي در سطح، ترک، اعوجاج، جدايي لايه¬ها و پريدگي لبه دندانه¬ها باشد- ظاهر تمامي دندانه¬ها بايد سالم باشد. در صورت رويت سيم¬هاي نازک شبيه نايلون، نبايد از تسمه استفاده شود.- براي نگهداري تسمه بايد از تاشدن و قراردادن آن در جاي نامناسب نظير جعبه ابزار و گذاشتن وسايل روي آن، جداً خودداري شود.

پولی و تسمه

از دیگر سیستم های انتقال قدرت (گشتاور ) سیستم پولی و تسمه میباشد .این سیستم جزو سیستم های انعطاف پذیر بوده و اساس آن بر مبنای اصطكاك میباشد. در این سیستم برای ایجاد حداكثر بازده لازم است حداكثر اصطكاك بین تسمه و پولی ایجاد شود به همین دلیل تسمه ها را از جنسی انتخاب میكنند كه ظریب اصطكاك كافی داشته باشند و همچنین استحكام كششی بالایی داشته باشند. غالبا جنس تسمه از نوع الیاف و یا لاستیك بوده كه دارای مقاومت كششی بالا میباشد .تسمه ها با توجه به سطح مقطع و از نظر شكل ظاهری به 4 شكل تسمه های تخت و وی شكل و چند تكه و تسمه های گرد تقسیم میشود.

شكل ظاهری

استاندارد

شكل سطح مقطع

جنس

كاربرد

وی شكل

هست

 

الیاف مقاوم و استحكام كششی بالا

بطور عمومی در ماشینهای گشتاور بالا

تخت

   

چرم و برزنت

در ماشینهای قدیمی و نوار نقاله

گرد

هست

 

الیاف پلاستیك

در دورهای بالا و گشتاور پایین

چند تكه

   

جنس لنت ترمز

گشتاور بسیار زیاد

 

شكل ظاهری استاندارد شكل سطح مقطع جنس كاربرد وی شكل هست الیاف مقاوم و استحكام كششی بالا بطور عمومی در ماشینهای گشتاور بالا تخت چرم و برزنت در ماشینهای قدیمی و نوار نقاله گرد هست الیاف پلاستیك در دورهای بالا و گشتاور پایین چند تكه جنس لنت ترمز گشتاور بسیار زیاد

در میان تسمه های جدول تنها تسمه های وی شكل به شكل استاندارد و مشخصی طبقه بندی میشود.با توجه به سطح مقطع بدوشكل: قسمت محیطی با مقطع وی شكل و قسمت داخلی با مقطع وی تقسیم بندی میشود با توجه به نوع مقطع استحكام كششی و جنس متغیر میباشد .

جنس قسمت محیطی تسمه الیاف مقاوم بوده و اما قسمت داخلی از جنسی انتخاب میشود كه ظریب اصطكاك مناسبی داشته باشد .

در سیستم پولی و تسمه ،تسمه ها دور و گشتاور را بر اساس اصطكاك بین دو پولی و تسمه منتقل میكنند لذا باید سطوح اصطكاك بنحو مطلوب حفظ شود در تسمه های با سطح مقطع وی در سطح جانبی تسمه و در تسمه های تخت سطح تحتانی تسمه بعنوان سطوح تماسی در نظر گرفته میشود باید همواره دقت كرد اندازه تسمه متناسب با شیار پولی انتخاب گردد در صورتیكه اندازه شیار بزرگتر از ابعاد تسمه باشد سطوح جانبی تماسی با دیواره ندارد و اصطكاك و در نهایت بازده سیستم كاهش پیدا میكند

نیروها درسیستم پولی وتسمه-نیروهای موجود در تسمه به پنج نیروی كشش اولیه ftونیروی گریزاز مركز fc نیروی شل تسمه f2نیروی سفت تسمه f1نیروی خمشی fb

1-نیروی كشش اولیه ft- تسمه در مجموعه بعد از سوارشدن برروی پولی ها با تنظیم فاصله بین دو محور نیروی كشش در تسمه ایجاد میكند. نیروی كشش موجود در تسمه دارای حداقل وحداكثر میباشد حداكثر نیروی موجود در تسمه در سرعت های بالا باعث می شود تسمه دچار پارگی شود وهمچنین باعث آسیب رساندن به مجموعه پولی وتسمه میشود در شرایطی كه نیروی كششی حداقل باشد تسمه از روی پولی ها سرمی خورد

2- نیروی گریز از مركز= در سیستم پولی و تسمه با توان دوم سرعت وجرم نسبت مستقیم دارد و همچنین با شعاع پولی وتسمه نسبت عكس دارد.

فرمول

نیروی گریز از مركز جهت مخالف با جهت اصطكاك در مجمو عه دارد لذا باعث كاهش این نیرو در مجموعه میگردد . در نتیجه این نیرو به عنوان نیروی مزاحم در سیستم پولی وتسمه وجود دارد

3- نیروی خمش تسمه fb - نیروی خمش دراثر خم شدن تسمه ایجاد میشود غالبا این نیرو در نزدیكی چرخ كوچكتر وجود دارد (ناشی از وزن تسمه )

نیروی سفت تسمه – در ضمن كار در تسمه ایجاد شده و بسته به جهت دوران در قسمت زیر و یا روی تسمه ایجاد میگردد موقعیت نیروی f1 ونیرویf2 بسته به جهت دوران ومتاثر از گشتاور انتقالی میباشد هرچه میزان گشتاور انتقالی بیشتر باشد نیروی f1وf2 بیشتر میگردد. در شرایطی كه اتصال تسمه ها به صورت باز باشد و پولی ها بصورت هم جهت گردش كنند نیروی f2 در قسمت بالا و f1 در قسمت پایین قرار میگیرد

شكل ماكزیمم نیروی سیستم در نقطه ای D وحداقل نیرو در EتاB نیروی نقطه D مجموعه نیروهای Fd=Fb1+F1+Fc+Ft می باشد. 1-زاویه تماس – یكی از پارامتر های مهم در سیستم های پولی و تسمه ، زاویه تماس میباشد .زاویه تماس كمانی از پولی بوده كه با تسمه تماس دارد. این زاویه به اختلاف قطر و فاصله مركزی دو چرخ بستگی دارد با كاهش زاویه تماس سطح تماس كاهش یافته و بازده سیستم كاهش میابد.

شكل با توجه بشكل چنانچه از آخرین نقاط سطح تماس پولی با پولی نقاطی به مركز پولی ایجاد كنیم زاویه های حادث شده زاویه چرخ تماس مینامند.

فاصله بین مركز دو پولی رابطه مستقیمی با بازده سیستم پولی و تسمه دارد در شرایطی كه فاصله مركزی كوچك میشود زاویه تماس كم میشود و در شرایطی كه فاصله افزایش پیدا كند بازده زاویه تماس افزایش پیدا می كند. Dزاویه تماس با فاصله دو محور و طول تسمه از پارامترهای مهم در طراحی سیستم پولی و تسمه میباشد. Qs=2ArCOSD-d/2c Qs+QL=360 L=4C2-(D-d)2+1/2(QL.D+dQs)

سوال –در صورتیكه زاویه پولی كوچكتر كمتر از میزان لازم باشد به چه نحوی میتوان آنرا افزایش داد به گونه ای كه قطر چرخها با یكدیگر (نسبت )تغییرنكند ?

نسبت انتقال-به كمك سیستم پولی وتسمه علاوه بر انتقال نیرو وحركت با تغییر اندازه قطر پولی ها، تعداد دور در گشتاور را در پولی متحرك تغییر میدهیم میزان این تغییرات بستگی به نسبت قطر پولی ها دارد و با توجه به مساوی بودن سرعت محیطی

سوال: در یك سیستم پولی و تسمهV شكل قطر پولی كوچك 30 سانتیمتر و قطر پولی بزرگ70سانتیمتر میباشد در صورتیكه پولی كوچك در هنگام كار 2000 دور بزند اولا سرعت پولی بزرگ را محاسبه كنید ثانیا در صورتیكه گشتاور پولی كوچك 15كیلونیوتن بر سانتیمتر باشد پولی بزرگ چه گشتاوری را ایجاد میكند و توان انتقال سیستم را محاسبه كنید.

فرمول

روشهای اتصال در سیستم پولی و تسمه

با توجه به نوع كاربرد اتصال پولی و تسمه بدوشكل باز و صلیبی صورت میگیرد در اتصال باز جهت گردش هر دو پولی یكسان و در روش اتصال صلیبی جهت گردش عكس یكدیگرند.

یاتاقان

1-مقدمات 2- محور اصطكاكی 3- محور ضد اصطكاكی 4-روانكار 5- جنس 6- آب بندها

تعریف یاتاقان- یاتاقان بعنوان نگه دارنده در مجموعه جهت تكیه گاه یك محور چرخان در مجموعه در نظر گرفته میشود بطور كلی یاتاقان میتواند ریل راهنما مانند ریل جانبی یك بالابر یا كشویی ماشین تراش باشد

در طراحی یاتاقانها با توجه به شرایط زیر بهترین توان لازم را از دستگاه میتوان انتظار داشت

1-هدف و نوع دستگاه 2-توان مورد نیاز 3-طول عمر یاتاقان 4- محل استقرار دستگاه 5- جنس 6- سرعت محور 7- محورها 8- دما 9- نیرو

در طراحی یاتاقانها تمام نكات ذكر شده در ارتباط با محور دستگاه میباشد بهمین علت بهترین كارآیی یاتاقان بسته به نوع محور شامل سرعت محور جنس محور ،ابعاد و تنشهای اعمالی و همچنین عملیات حرارتی نهایی بستگی دارد.

جنس محور

1-فولاد ساده كربنی 2 -فولادهای آلیاژی 3- فولادهای زنگ نزن 4- فولادهای سوپر آلیاژ 5- فسفر برنز 6-برنجها 7- آلمینیومی

جنس محور ها با توجه به نوع كاربرد ممكن است از گروه خانواده آهنی و یا غیر آهنی باشد و در گروه خانواده آهنی اولین گزینه فولادهای ساده كربنی بوده در شرایط خاص كه نیاز به فولادهای مقاوم به حرارت (سوپر آلیاژها) و یا فولادهای مقاوم به خوردگی (فولادهای زنگ نزن) ویا فولادهای استحكام بالا (فولادهای پر آلیاژی)مورد نیاز باشد مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در میان آلیاژهای غیر آهنی آلیاژهای مس شامل برنز و برنج و یا آلیاژهای آلومینیم مورد استفاده قرار میگیرد.

در روش های تولید محورها سه روش شكل دهی، ریختگری و ماشینكاری وجود دارد. بهترین خواص بدست آمده ناشی از فرآیند شكل دهی میباشد در روش شكل دهی نورد گرم و نورد سرد و اكسترود و فورج انتخاب میشود.

محورهای موجود در سیستمهای انتقال قدرت دارای تنشهای تركیبی بشرح ذیل میباشد.چنانچه این تنشها توسط یاتاقان بخوبی مهار نشود و یا در انتخاب اولیه محور لحاظ نشود در نهایت دچار شكست میشود.

تنشهای اعمالی به سه صورت پیچشی –خمشی-محوری میباشد.

خمشی-ناشی از وزن قطعات قرار گرفته بر روی محور میباشد.

پیچشی- ناشی از گردش محور بوده میزان تنش پیچشی به میزان حداكثر در هنگام شروع وجود دارد همچنین بهنگام توقف حركت محور پیچشهای بسیار ناچیز كه محسوس نیست در محور وجود دارد.

در طراحی محورها برای كنترل تنشهای اعمالی میتوان با انتخاب جنس و طول و قطر مناسب تا میزان زیادی تنشها را كنترل كرد.

محوری-تنش محوری در راستای محور اعمال میشود با انتخاب یاتاقان محوری این تنشها را بسادگی میتوان كنترل كرد.

طراحان در راه ایجاد ساخت محورها بعد از انتخاب جنس مناسب و همچنین طول مناسب مقادیر خطای مجاز لازم برای تنشهای وارده در هر كاربرد معینی را در نظر میگیرند تا اثر تغییر شكل محورها را به حداقل برسانند از راههای تحقق این امر انتخاب قطر مناسب برای محور میباشد.

علاوه بر تنشهای اعمالی در مجموعه، عوامل دیگری نیز بر رفتار محور تاثیر دارند بطور عملی دو عامل لرزش و سرعت بحرانی همواره وجود دارد .

لرزشهای اعمالی در محورها با توجه به ابعاد و جنس متغیر میباشد در شافت Aو B با ابعاد طولی و قطری یكسان بدلیل اختلاف جنس دارای فركانس لرزش متفاوت است (FVفركانس لرزش عبارت است از تعداد لرزش محور در یك ثانیه)چنانچه فركانس لرزشی در محور ثابت باشد با نصب قرقره ها و قطعات مختلف بر روی آن، فركانس تغییر میكند.

در مجموعه محور و یاتاقانها برای محورهای یكسان فركانس لرزشی ثابت وجود دارد چنانچه سرعت حركت محور بطور افزاینده برابر فركانس لرزش محور قرار گیرد در این هنگام كل سیستم بشدت بسیار بالا بلرزش در خواهد آمد ،سرعت چرخش محوری با فركانس لرزش مساوی باشد سرعت بحرانی مینامیم طراحان برای جلوگیری از آثار مخرب سرعت بحرانی محور را بگونه ای طراحی میكنند كه سرعت چرخش همواره پایینتر از سرعت بحرانی باشد.

تسمه و پولی

پولی و تسمه نمونه ی دیگری از انتقال قدرت می باشند که معمولاً از جنس چدن نشکن و گاهی آهن می باشد بر روی بر روی پولی شیار یا شیار هایی جهت قرار گرفتن تسمه می باشد که اگر تعداد شیار آن بیشتر باشد بهتر است چون اگر یکی از تسمه ها پاره شد، دیگری کار خود را انجام دهد. پولی

کاربرد های فراوانی دارد از جمله:

1- رساندن دور میل لنگ به واتر پمپ2- رساندن دور میل لنگ به پروانه موتور3- رساندن دور میل لنگ به دینام4- چرخاندن کمپرسور کولر5- بالانس کردن میل لنگ و گرفتن ارتعاشات میل لنگ6- تنظیم دلکو و یا پمپ انژکتور در بعضی از خودرو ها

واریوماتیک (انتقال قدرت تسمه ای)

تقریباً در بیشتر خودروها، حتی نوع اتوماتیک، اصول بر در گیر شدن تعدادی دنده با قطرهای مختلف برای به دست آمدن دورها و بارهای مختلف است، تنها فرق در خودروهای دنده دستی و اتوماتیک، تعویض دنده به صورت اتوماتیک و مکانیزم قرار گیری دنده ها و اضافه شدن یک سیستم هیدرولیکی برای تعویض دنده در خودروهای اتوماتیک است، البته نبود کلاچ در سیستم اتوماتیک و بعضاً استفاده خودرو از سیستم سنسورترونیک از دیگر موارد جدید در جعبه دنده خودروهای جدید است؛ ولی شاید جالب ترین سیستم انتقال قدرت که بنابر اتفاق، نخستین سامانه انتقال قدرت نیز به شمار می رود، استفاده از تسمه و دو چرخ پولی برای انتقال قدرت است. این سیستم پس از گذشت 50 سال اواخر دهه 90 دوباره متولد شد؛ جعبه دنده ای وجود ندارد.

این سیستم تا حدود 10% مصرف سوخت را کاهش می دهد و شرکت سایپا مدت سه سال است که بر روی آن مطالعاتی انجام داده است و در ماه های اخیر، در حال مذاکره با چند شرکت اروپایی از جمله ZF آلمان است. مدیران سایپا امیدوار هستند با استفاده از این سیستم، 10 درصد مصرف سوخت پراید را کاهش دهند تا این خودرو بتواند استاندارد های مصرف سوخت خودرو را داشته باشد.

اساس کار آن بر گریز از مکز استوار است که این گیربکس به دلیل مشکلاتی مانند لغزش و تلفات مربوط به قدت اصطکاکی زیاد مورد استفاده قرار نگرفت این گیر بکس به وسیله ی کمپانی داف هلند تولید شد و در اتومبیل های داف ودیل که در اوایل ده 1960 که به امریکا صادر شد نسیب گردید در این دستگاه دو چرخ تسمه دو پارچه وجود دارد که به وسیله فنر دو قسمت چرخ متحرک به هم نزدیک و به وسیله ی وزنه دو قسمت چرخ محرک تغییر می کند چرخ تسمه ها بوسیله ی تسمه به یکدیگر مربوط می شوند.

در ابتدا کار نیروی فنر دو قسمت چرخ تسمه متحرک به هم نزدیک کرده و قطر موثر آن را افزایش داده و قطر موثر چرخ تسمه محرک به دلیل ثابت بودن اندازه تسمه کاهش یافته و بنابراین در ابتدای کار موثر با دور زیاد و گشتاور قابل توجه محور متحرک را با دور کم و گشتاور نسبی زیاد به حرکت در می آورد.

وقتی که دور چرخ هایی که متصل به چرخ تسمه متحرک است افزایش یابد، این افزایش دور عیناً به چرخ تسمه محرک و موتور تأثیر گذارده و در نتیجه وزنه ها به خارج از مرکز پرتاب می شوند. در اثر پرتاب وزنه ها دو قسمت چرخ تسمه محرک به هم نزدیک شده و قطر موثر آن افزایش یافته و در نتیجه قطر چرخ تسمه متحرک به علت ثابت بودن اندازه تسمه کاهش یافته و دور محور خروجی با افزایش دور موتور افزایش می یابد.

این گیربکس می تواند دور با نسبت های بالای 1 / 16.6 تا 1 / 3.9 ایجاد کند و در خودرو فقط پدال گاز وضعیت تبدیل گشتاور را تعیین می کند و از کلاچ ها برای شروع حرکت و در موقع توقف خودرو استفاده می شود تا موتور روشن بماند.

واریو ماتیک اغلب در ماشین های تراش برای تغییر دور صفحه نظام ماشین تراش و موتور سیکلت ها استفاده شده است.

در موتور دافودیل دو سیلندر هوا خنک با سیلندر های متقابل بود که در جلو خودرو نصب می شد. این موتور از طریق یک شفت محرک به یک جفت کلاچ گریز از مرکز متصل بود. کلاچ ها بر روی یک جفت پولی متغیر عمل می کردد و قطر موثر آنها را تغییر می دادند.

این پولی ها از طریق تسمه به یک جفت پولی با قطر ثابت که بر روی اکسل تعلیق مستقل عقب مستقر بودند اتصال داشتند کلاچ های گریز از مرکز پولی های متغیر را به منظور انتقال حرکت به پولی های عقب تحت فشار می داد.

هنگامی که سرعت موتور خودرو افزایش می یافت کلاچ ها پولی های متغیر را بیشتر فشار می دادند، لذا قطر پولی ها بطور موثر افزایش می یافت. این امر نسبت بین پولی ها ی ثابت و متغیر را تغییر می داد که معادل تعویض دنده به دنده بالاتر بود.

یک


ارسال توسط حسین

محركهاي دوراني رباتها

مقدمه

ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند.مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد.

 

ادامه مطلب در بیشتر

ادامه مطلب مورد نظر رمز دارد.
لطفا رمز عبور مربوط به مطلب را وارد کرده ، دکمه تایید را کلیک کنید.


ادامه مطلب...
ارسال توسط حسین

حرکت خطی در رباتها


مقدمه

ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند.مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد.برای مثال در قسمت مونتاژ یک کارخانه اتومبیل سازی، قسمتی هست که چرخ زاپاس ماشین را در صندوق عقب قرار می دهند، اگر یک انسان این کار را انجام دهد خیلی زود دچار ناراحتی هایی مثل کمر درد و ...می شود، اما می توان از یک ربات الکترومکانیکی برای این کار استفاده کرد و یا برای جوشکاری و سایر کارهای دشوار کارخانجات هم همینطور و یا ربات هایی که برای اکتشاف در سایر سیارات به کار میروند هم از انواع ربات هایی هستند که در جاهایی که حضور انسان غیرممکن است استفاده می شوند. . کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روبات‌های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر می‌باشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم. امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود. بیشتر ربات‌ها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.رُبات یا روبوت وسیله‌ای مکانیکی جهت انجام وظایف مختلف است. یک ماشین که می‌تواند برای عمل به دستورات مختلف برنامه‌ریزی گردد و یا یک سری اعمال ویژه انجام دهد. مخصوصا آن دسته از کارها که فراتر از حد توانایی‌های طبیعی بشر باشند. این ماشینهای مکانیکی برای بهتر به انجام رساندن اعمالی از قبیل احساس کردن درک نمودن و جابجایی اشیا یا اعمال تکراری شبیه جوشکاری تولید می‌شوند.

شاخه های علم روباتیک

علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است• الکترونیک ( شامل مغز ربات)• مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات)• نرم افزار (شامل قوه تفکر و تصمیم گیری ربات)اگریک ربات را به یک انسان تشبیه کنیم، بخشهایی مربوط به ظاهر فیزیکی انسان را متخصصان مکانیک می سازند، مغز ربات را متخصصان الکترونیک توسط مدارای پیچیده الکترونیک طراحی و می سازند و کارشناسان نرم افزار قوه تفکر را به وسیله برنامه های کامپیوتری برای ربات شبیه سازی می کنند تا در موقعیتهای خاص ، فعالیت مناسب را انجام دهد. بیشتر ربات‌ها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:•مغز که معمولاً یک کامپیوتر است. •محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و ... •سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد. با این سه قسمت، یک ربات می‌تواند با اثرپذیری و اثرگذاری در محیط کاربردی‌تر شود.ربات یک ماشین الکترومکانیکی هوشمند است با خصوصیات زیر: * می توان آن را مکرراً برنامه ریزی کرد. * چند کاره است. * کارآمد و مناسب برای محیط است.اجزای یک ربات با دیدی ریزتر : ** وسایل مکانیکی و الکتریکی شامل : * شاسی، موتورها، منبع تغذیه، * حسگرها (برای شناسایی محیط): * دوربین ها، سنسورهای sonar، سنسورهای ultrasound، …* عملکردها (برای انجام اعمال لازم) * بازوی ربات، چرخها، پاها، …* قسمت تصمیم گیری (برنامه ای برای تعیین اعمال لازم): * حرکت در یک جهت خاص، دوری از موانع، برداشتن اجسام، …* قسمت کنترل (برای راه اندازی و بررسی حرکات روبات): * نیروها و گشتاورهای موتورها برای سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، کنترل مسیر، …

مزایای رباتها

1- رباتیک و اتوماسیون در بسیاری از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند.2- رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند.3- رباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد. رباتها هیچگاه خسته نمی شوند.4- دقت رباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میکرو اینچ دقت دارند.5- رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند ولی انسانها در یک لحظه تنها یک کار انجام می دهند.

معایب رباتها

1- رباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند که این مطلب می تواند بسیار خطرناک باشد.2- رباتها هزینه بر هستند.3- قابلیت های محدود دارند یعنی فقط کاری که برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند.برای مثال امروزه برای بررسی وضعیت داخلی رآکتورها از ربات استفاده می شود تا تشعشعات رادیواکتیو به انسانها صدمه نزند.

انواع ربات ها

رباتهای امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مکانیکی برای جابجایی قطعات و یا کارهای ساده و تکراری که موجب خستگی و عدم تمرکز کارگر و افت بازده میشد بوجود آمدند. اینگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای کاملا کنترل شده در کارخانه نصب میشوند و به غیر از وظیفه ای که به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام کار دیگری نیستند. این وظیفه میتواند در حد بسته بندی تولیدات, کنترل کیفیت و جدا کردن تولیدات بی کیفیت, و یا کارهای پیچیده تری همچون جوشکاری و رنگزنی با دقت بالا باشد.نوع دیگر رباتها که امروزه مورد توجه بیشتری است رباتهای متحرک هستند که مانند رباتهای جابجا کننده در محیط ثابت و شرایط کنترل شده کار نمی کنند. بلکه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی میکنند و سیر اتفاقاتی که ربات باید با انها روبرو شود از قبل مشخص نیست. در این نوع ربات هاست که تکنیک های هوش مصنوعی می بایست در کنترلر ربات(مغز ربات) به کار گرفته شود.

دسته‌بندی ربات‌ها

ربات‌ها در سطوح مختلف دارای دو خاصیت "تنوع در عملکرد" و "قابلیت تطبطق خودکار با محیط" (automated adapting) می‌باشند. بر اساس این دو خاصطت دسته‌بندی ربات‌ها انجام می‌گیرد. دسته‌بندی اتحادطه ربات‌های ژاپنی(jira) به شرح زیر است: 1. وسیله‌ای که توسط دست کنترل می‌شود. 2. ربات برای کارهای متوالی بدون تغییر3. ربات برای کار‌های متوالی متغیر4. ربات مقلد5. ربات کنترل6. ربات باهوش که در دسته‌بندی موسسه رباتیک آمریکا(RIA)، فقط ماشین‌های دسته 3 تا 6، ربات محسوب می‌شوند. رباتهای متحرک به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:1-رباتهای چرخ داربا انواع چرخ عادی و یا شنی تانک و با پیکربندی های مختلف یک, دو یا چند قسمتی2-رباتهای پادار مثل سگ اسباب بازی AIBO ساخت سونی که در شکل بالا نشان داده شد یا ربات ASIMO ساخت شرکت هوندا3-رباتهای پرنده 4-رباتهای چند گانه(هایبرید) که ترکیبی از رباتهای بالا یا ترکیب با جابجاگرها هستند

روبات همکار

روباتای همکار روباتایی هستند که با کمک هم یک کارو انجام می دهند و کارهای انها بهم مربوط است و از هم مستقل نیست. در این مجموعه دو روبات چشم هست (چپ و راست)، و یک روبات دست (وسط). کارآنها این است که: چشکها محیط رو می بینند و اطلاعات مربوط رو به کامپیوتر می فرستند. کامپیوتر با image processing محیط را آنالیز می کند و اگر در آن جسم قرمزی ببیند، ان را پیدا می کند. یعنی اینکه این سیستم به اشیای قرمز رنگ حساس است ( که البته می تواند به رنگهای دیگر باشد) بعد با استفاده از روابط هندسی با توجه به زاویه دید دوربینها مکان جسم رادر فضا پیدا می شود و اگه در محدوده روبات دست باشد، این روبات 3 درجه آزادی به حرکت درمی اید و جسم رو در فضا می گیرد .

نانوبات ها

اگر چه در حال حاضر کارایی‌های انسان و روبات با هم قابل مقایسه نیستند، اما ری کورزویل در مورد آینده عقیده دیگری دارد. او که نویسنده و متخصص رشته کامپیوتر است در یکی از نوشته‌های خود با صراحت اظهار امیدواری کرده است تا سال 2029 انسان با توجه به روند شناخت و ساخت هوش مصنوعی میتواند روباتی را بسازد که در هوش و تصمیم گیری با انسان برابر باشد. کورزویل معتقد است در سالهای 2030 انسان خواهد توانست نانوبات Nanobots یا روباتهای بسیار کوچک را جهت افزایش شعور به مغز خود بفرستد. این نانو روباتها به اندازه سلولهای خون هسنتد و از طریق جریان خون در رگها به مغز انتقال خواهند یافت. کورزویل در مقابل کمیته علوم کنگره آمریکا اعتراف کرده است در حال حاضر انسان از چنین تکنولوژی برخوردار است و آن را بر روی تعدادی حیوان نیز آزمایش کرده است. او در ادامه شهادت خود در کنگره آمریکا اضافه کرده است دانشمندان توانسته‌اند با انتقال 7 ننو روبات به بدن موش آزمایشگاهی دیابت او را علاج کرده و انسولین را از منفذهای پوست خارج کنند.آخرین کتاب کورزویل "شگفتی در راه است، برتری انسان بر بیولوژی" نیز بر اساس پیش بینی‌های علمی او نوشته شده است. او در این کتاب مینویسد در 25 سال آینده ننوبات‌ها در خون جاری در رگها هر نوع بیماری را با نابود کردن عوامل بیماری زا از بین برده و پس از خارج کردن آثار باقیمانده مرض همزمان به مرمت اشتباهات موجود در دی ان ای و ساختار بیولوژیکی انسانی خواهد پرداخت. کورزویل در بخش اقتصادی ورود روبات به خانه‌ها اعتقاد دارد در فاصله سالهای 2020 تا 2030 هر کس با کمک روبات و ننوتکنولوژی و تولید کننده‌های مولکول، در خانه خود قادر خواهد بود هر نوع محصول غیر ارگانیک را تهیه کند.

کاربرد رباتها

ربات آدم نمای اعلام خطر: (Humannoid Danger Alarm Robot)این ربات یک آدم نمای ابتکاری است که به منظور اعلام خطر در جاده ها و جایگاه های خطر برای وسایل یا افراد عبوری جهت کاهش هزینه های نیروی انسانی و خطرات نهفته در این گونه مشاغل و فعالیت ها مورد استفاده قرار می گیرد دارای چشم الکترونیکی حساس به حرکت اجسام، خودروها و انسان با برد 15 متر و قابل استفاده تا مسافت 200 متر جلو تر از دستگاه ربات دارای برد میکروکنترلی قابل برنامه ریزی برای انواع کاربرد ها دارای تایمر زمانی قابل تنظیم که بعد از مشاهده جسم متحرک تا دو دقیقه بازوها را به حرکت وا میدارد دارای یک بازوی متحرک با حرکت شبیه به دست انسان و دو درجه آزادی قابل جدا کردن به دو بخش برای حمل و نقل آسان قابل استفاده از برق و باطری دارای فلاشر و چراغ خطر جهت کار در شب درای آژیر صوتی جهت اعلام خطر دارای قابلیت نصب سیستم حفاظتی.

کاربرد ها

استفاده در جاده، اتوبانها، بزرگراه ها، به منظور اخطاربه خودروها در هنگام نزدیک شدن به محل های در دست تعمیر یا محل هایی که کارگران مشغول به کار هستند.استفاده در خیابانها و معابری که در دست تعمیر، تغییر یا انجام فعالیت های عمرانی است استفاده در جاده ها به منظور اخطار به خودروها برای کاهش سرعت یا اتخاذ آمادگی بیشتر استفاده در جاده ها، پیچ ها و...به منظور کاهش جرایم رانندگی استفاده در مراکزی همانند کارگاههای سد سازی، نصب پل و ساختن مجتمع های تولیدی ضریب اطمینان مناسب ایمنی فوق العاده کاهش هزینه های پرسنلی فرهنگ سازی استفاده ازربات ها برای تقلید رفتار حیوانات:ربات ها برای تقلید رفتارحیوانات و حشرات بکار گرفته می شوند. به گزارش بخش خبر شبکه فن آوری اطلاعات ایران، از موج،محققین موفق شده اند به کمک ربات بسیار ریزی سوسک ها را کنترل کنند این موضوع می تواند جهت ارتباط با انواع مختلفی از حیوانات در آینده مورد استفاده قرار گیرد . انجمن تکنولوژی اروپا(FET) طراح این برنامه است که رباتی را مجهز به دو موتور،چرخ ،باتری های قابل شارژ،چندین پردازنده کامپیوتری ،یک دوربین سبک برای دریافت احساسات و بازوهائی مجهز به سنسورساخته است. وقتی این ربات در یک جای پر از پیچ و خم و پوشانده شده با دیوارها قرار می گیرد ،به راحتی حرکت می کند، می چرخد و می ایستد و می تواند راه خود را بدون برخورد با دیوارها و موانع پیدا کندو وقتی در کنار سوسکی قرارمی گیرد به سرعت رفتارهای آن را تقلید می کند. این ربات حتی قادر است انواع مختلفی از راه های ارتباطی را اجرا کند و سوسک را طوری گول بزند که آن را به عنوان حشره واقعی بپذیرد. این گروه سوسک را به عنوان نمونه اولیه آزمایشات خود بکار گرفتند چون رفتارهای آن نسبت به سایر گونه های حشرات مانند مورچه هابیشترقابل درک است. این ربات نه تنها رفتار سوسک ها تقلید می کند بلکه در تغییر رفتار سوسک ها نیز بسیار موفق بوده به طوریکه با حرکت این ربات به سمت نور سوسک ها نیز به تبعیت از آن به سمت نور حرکت می کنند و در آن مکان تجمع می کنند .این موضوع نشان می دهد که انسان به زودی قادر خواهد بود رفتارهای حشراتی که به صورت گروهی زندگی می کنند راماهرانه تقلید کند.

ربات تعقیب خط

نوعی از ربات است که وظیفه اصلی آن تعقیب کردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یکی از کاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و کالاهای مختلف در کارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، کتابخانه‌ها و ... می‌باشد. ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه کتاب‌داری کتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت که بعد از دادن کد کتاب، ربات با دنبال کردن مسیری که کد آن را تعیین می‌کند، به محلی که کتاب در آن قرار گرفته می رود و کتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر کاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، کف بیمارستان‌های پیشرفته خط کشی‌هایی به رنگ‌های مختلف به منظور هدایت ربات‌های پس‌فایندر به محل‌های مختلف مثلا رنگ قرمز به اتاق جراحی یا آبی به اتاق زایمان ، وجود دارد. بیمارانی‌ که توانایی حرکت کردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌کنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه کاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بکار بریم، خیلی کیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی: الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال کند، به‌طوری که خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد که بهترین روش برای یافتن و دنبال کردن مسیر، استفاده از 4 سنسور است. البته با استفاده از حداقل 2 سنسور نیز می‌توان ربات مسیریاب ساخت، ولی قضیه دو دوتا 4 تاست! یعنی با کم کردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز کاهش می‌یابد. (اتفاقا اصلا این قضیه صادق نبود، احتمالا تعبیر هرچقدر پول بدی، متراژ بیشتری پیتزا‌ متری می‌خوری مناسب‌تر باشد!) وظیفه سنسورهای 1 و 2 تشخیص پیچ‌های مسیر و سنسور 3 مقدار چرخش ربات به جهات مختلف را تعیین می‌کند

ربات هایی که تماس را حس می کنند

به تازگی نمونه ای جدید از یک حساسه ساخته شده که نصب آنها در ربات ها موجب می شود تا این مخلوقات دست بشر سطوح مختلف را در حین تماس حس کنند و بتوانند کارهای ظریفی را که انسانها با دستشان انجام می دهند انجام دهند. به گزارش بخش خبر شبکه فن آوری اطلاعات ایران ، از خبرگزاری سلام، Vivek Maheshwari و پروفسور Ravi Saraf, از دانشگاه نبراسکا در لینکون پس از ماهها تحقیق شبانه روزی به این موفقیت دست یافته اند. آنان می گویند این حساسه ها باعث می شود دست یک ربات در تماس با سطوح مختلف همان احساس دست انسان را داشته باشد. از ربات های مجهز به این حساسه ها می توان در جراحی های بسیار دقیق استفاده کرد. حساسه های یاد شده در تماس با سطوح مختلف می درخشند. هنوز مشخص نیست این ربات ها چه زمانی به تولید انبوه می رسند.

ربات آبی برای یافتن جعبه سیاه هواپیما

یک ربات آبی برای پیدا کردن جعبه سیاه هواپیمای بویینگ 737 فرانسه که چند روز پیش در نزدیکی شرم الشیخ مصر سقوط کرده و هر 148 مسافر آن کشته شده اند به خدمت گرفته شده است. این ربات که از راه دور قابل کنترل است و از شرکت فرنس تلکام برای این کار اجاره شده است, روز سه شنبه برای بازیابی یکی از جعبه ها که سیگنال قوی از خود ساتع میکرد و احتمالا درعمق 800 متری دریای احمر است به آب انداخته شده است. قبلا نیروی دریایی امریکا یک جعبه سیاه را از عمق 2200 متری خارج کرده اند.

ربات پذیرش

ربات پذیرش که البته هنوز تکمیل نشده رباتیه برای پذیرش مراجعین در یک شرکت یا یک نمایشگاه. فعلا به جای سر ربات یک مونیتور گذاشته شده و یک سر انیمیشنی با مراجعه کننده صحبت میکند. این ربات میتواند ورود مراجعه کننده ها را تشخیص بدهد، به آنها خوش آمد بگوید و اگر کاربر می خواهد جایی را پیدا کند یا سوال دیگه ای دارد به آنها جواب بدهد. یک صفحه کلید هم گذاشتن که مراجعه کننده سوالش را تایپ کند. در آینده این ربات قرار است بسته های پستی را تحویل بگیرد و رسید بدهد به پستچی. به مراجعه کننده نوشیدنی تعارف کند و یک ربات آبدارچی نوشیدنی برای آنها بیارورد و حتی با استفاده از سرورهای پردازش کننده صحبت به تلفن ها هم جواب بدهد. دانشگاه CMU هم اکنون در حال ساخت این ربات است.

مکاترونیک

ترکیبی از علم مهندسی مکانیک و مهندسی کنترل سیستم می‌باشد. در حقیقت توسط این علم می‌توان سیستمهای مکانیکی را به صورت هوشمند درآورد. نهایت علم مکاترونیک را می‌توان در رباتها مشاهده کرد. سیستمهای ترمز ABS در اتومبیل، دستگاههای CNC و کلیه سیستمهای اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز این علم دانست. مکاترونیک چنانکه از نامش بر می-آید ترکیبی از سه علم مکانیک، الکترونیک و کامپیوتر است. این علم تازه و جوان کاربردهای بسیاری در صنعت پیدا کرده و از جمله زمینه های علمی جدید و گسترده در پیش روی بشر است. اهمیت آن از آن جهت است که این علم ابزار کنترل در کلیه زمینه های صنعتی و نظامی می¬باشد. چگونگی استفاده از سنسورها و کنترل اجزای مکانیکی توسط مدارهای الکترونیکی و کامپیوتر در این علم مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. مکاترونیک مسلما علم جدیدی نیست . مکاترونیک شامل چهار علم مهندسی , مکانیک , الکترونیک , کامپیوتر(نرم افزار) و کنترل است. البته گاهی , کنترل را بخشی بدیهی از سه قسمت دیگر فرض میکنند. با تعریفی که ارائه شد , میتوان به راحتی مقوله هایی همانند رباتیک , اتوماسیون صنعتی , الکترومکانیک و غیرهرا در حوزه مکاترونیک جای داد.همانطور که ملاحظه میشود احاطه به این علم به معنای احاطه به چهار علم مهندسی است لذا با سالها تحقیق و مطالعه نیز به سختی میتوان ادعای احاطه به این علم را داشت. مطالعه این علم عموما در دو راستا دنبال میشود:الف: بدلیل اینکه در پروژه های بزرگ , متخصصان مکاترونیک عموما به عنوان واسطی میان چند تیم تخصصی که هریک در یکی از قسمت چهار مقوله مکاترونیک کارشناس میباشند , عمل میکنند , گاهی در بررسی این علم جنبه آشنایی فرد با چهار بخش مهندسی مکاترونیک , بدیهی فرض شده و از دید مدیریت پروژه های مکاترونیکی بحث دنبال می شود. به عنوان مثال با تقسیم بندی های شناختی , مانند طرح ماژولهای مکاترونیکی و بررسی نحوه ارتباط آنها با هم , سعی در یافتن بهترین راه حل صرف میگردد.ب: در این مقوله بیشتر به فراگیری قسمتهای مهم علوم طرح شده پرداخته میشود و با ارائه اطلاعات اصلی و پایه , دانشجو این امکان را مییابد تا با برخورد به موارد تخصصی تر , تحقیق و مطالعه را در آن مقوله ادامه دهد.بدین ترتیب یک مهندس مکاترونیک باید با توجه به نیاز اجتماع و صنعت ,مطالعه و تحقیق را بی وقفه ادامه دهد. بعنوان مثال خیل تولیدات میکروالکترونیکی و پکیجهای میکروپروسسوری , سنسورهای گوناگون که روز به روزمتحول شده و انواع جدید تری از آنها , مانند محصولات شرکت ATMEL , به بازار ارائه میشود, امکان فراگیری آکادمیک را محدود نموده است و فراگیری طرز کار و طراحی با آنها نیاز به تحقیق فردی و مستمر فرد دارد. تعاریف بسیاری برای مکاترونیک ارائه شده است. ایده اصلی این علم، کاربرد تلفیقی مؤثر از مکانیک، الکترنیک و تکنولوژی کامپیوتر برای تولید محصولات یا سیستم های پیشرفته است. از این رو مکاترونیک زیرمجموعه علم سایبرنتیک به شمار می رود.

ساختار پروژه های روبوتیک و مکاترونیک

نقطه شروع ما دراین بحث این ایده است که روبوتها و وسایل مکاترونیکی ماشین هایی هستند که ترکیبی از الکترونیک و مکانیک را استفاده می کنند و برای انجام وظایفی که معمولاً توسط انسانها صورت می گیرند، به وجود آمده اند. با استفاده از این فرض اساسی می توانیم وظایف اصلی را به صورت بلوکهای مجزا در نظربگیریم .تعداد و نحوه انتخاب بلوکهای مورد استفاده در یک پروژه خاص به واسطه نتیجه نهایی که مدنظر طراح بوده است، تعیین میگردد. به عنوان مثال یک بازوی ثابت یا یک بالابر اتوماتیک نیازی به چرخ یا پا ندارد. یک ساختار شبیه سرانسان با چشم های الکترونیکی که برای "دیدن" و تشخیص اشیاء برنامه ریزی شده است، نیازی به داشتن بازو ندارد. بلوکهای مشترکی که در تمامی پروژه ها به کار می روند. درادامه این قسمت توضیح داده شده است.

کنترل

این بخش درواقع "مغز" هر پروژه در یک سیستم روبوتیکی یا مکاترونیکی می باشند. تمامی قسمت های الکترونیکی یک روبوت یا هر پروژه دیگری، توسط مدارات الکترونیکی کنترل می شوند. انواع کنترلهای اصلی موجود برای روبوتها و پروژه های مکاترونیکی به شرح زیر می باشند.کنترل موقعیت : بازوهای دارای چنگک یا دیگر ساختارهایی که با گرفتن و جابجایی اشیاء سروکاردارند. باید دارای مدارات کنترل بسیار دقیق به منظور قرارگرفتن در موقعیت صحیح باشند. حرکت یک سردارای چشم توسط یک بلوک کنترل تک محور کنترل می شود.کنترل سینماتیک : هر پروژه ای که دارای قسمت های متحرک باشد، به این نوع کنترل نیازمند است. سرعت هر کدام از قسمت های متحرک باید توسط این گونه مدارات به دقت تعیین و کنترل شوند. یکی از مهم ترین مدارات کنترلی در این گروه مداری است که سرعت موتور محرک یک روبوت را کنترل می کند.کنترل دینامیک : بسیاری از قسمت های یک روبوت یایک پروژه مکاتونیک نیرو هایی را ایجاد می کنند که باید به هنگام عملکرد کنترل شوند. هنگامی که دست روبوت یک شیء را برمی دارد، استفاده از مدارات کنترلی برای تعیین مقدار نیروی لازم برای نگهداشتن شی بدون شکستن آن ضروری است. یکی از موارد دشوار برای سازندگان پروژه ها، ساخت یک دست روبوتیک است که بتواند یک تخم مرغ رااز سبد برداشته و آن را بدون شکستن در سبد دیگری قراردهد. چنین اهدافی کنترل دینامیک دقیقی نیاز دارند.کنترل تطبیقی : هنگامی که لازم است یکی از عملکردهای روبوت یا دستگاه مکاترونیکی در حین اجرای یک فرآیند به طور مداوم تغییر یابد. باید از کنترل تطبیقی استفاده شود. به عنوان مثال می توان به نیاز برای افزایش مداوم نیرو به هنگام فشردن یک فنر اشاره نمود. هر چه فنر فشرده تر شود، نیروی بیشتری مورد نیاز می باشد. مثال دیگری از کاربرد کنترل تطبیقی اعمال توان بیشتر به موتور به منظور ثابت نگه داشتن سرعت یک روبوت می باشد که این حالت به هنگام حرکت روبوت از سطح افقی به یک سطح شیبدار به هنگام جابجایی یک شیء سنگین توسط روبوت رخ می دهد.کنترل خارجی : زمانی که از یک انسان به عنوان اپراتور برای صدور فرمان انجام تمامی وظایف روبوت استفاده می شود. مدارات کنترل خارجی مورد نیاز می باشند. در این حالت انسان به عنوان" مغز" عمل کرده و با استفاده از انواع سنسورها نظیر سنسورهای تصویری به عنوان "حواس" عملکرد روبوت را کنترل می کند. برای انتقال فرامین به یک روبوت یا دستگاه مکاترونیکی، شخص اپراتور می تواند از انواع مختلفی از "مدارات واسطه" استفاده نماید. گزینه های اصلی برای ارسال فرامین، مداراتی هسند که از امواج رادیویی، مادون قرمز، سیم و حتی فرامین صوتی استفاده می کنند. امروزه پروژه های مدرن شامل مدارات تشخیص صوت می باشند که قادر به دریافت مستقیم دستورات از اپراتور هستند. از یک کامپیوتر نیز می توان به عنوان مدار واسطه برای ارتباط واحد کنترل به روبوت یا دستگاه مکاترونیکی استفاده نمود. دراینجا، نکته مهم این است که باید درجه هوشمندی روبوت توجه نماییم. مدارات کنترلی پیچیده می توانند این تصویر را در ناظر ایجاد نمایند که یک روبوت "هوشمند" است. در حالی که یک بلوک کنترلی که توابع زیادی را به کار می گیرد. یک بلوک هوشمند به شمار نمی رود. در حالتی که روبوت قادر باشد براساس اطلاعات سنسورهای خود یا براساس اطلاعاتی که یک اپراتور از طریق بلوک خاص ورودی داده ها وارد می کند، تصمیم گیری نماید. می توان قابلیت هوشمندبودن را به روبوت اضافه نمود.

محرک ها

روبوتها و ماشین های مکاترونیک باید دارای امکاناتی برای سروکار داشتن با اشیاء یا انجام برخی کارها در دنیای خارج باشند. در ادامه این قسمت بسیاری از انواع محرکهای که در پروژه های کاربردی یافت می شوند، ذکر شده اند.حرکت:روبوتها قادرند با استفاده از پا، چرخ یا ریل از یک نقطه به نقطه دیگر جابجا شوند. پاهای روبوت را می توان با استفاده از موتورها، سولنوئیدها یا آلیاژهای حافظه دار(SMA) حرکت داد.دست افزارها: روبوتها و دستگاههای مکاترونیک دارای دست نمی باشند. آنها برای گرفتن اشیا از چنگک ها استفاده می کنند و این ابزارها توسط مدارات الکترونیکی کنترل می شوند. حرکت این ابزارها می تواند با استفاده از سولنوئیدها، موتورها با SMAها صورت گیرد.نحوه انجام کارها توسط دست را می توان با استفاده از تجهیزاتی که منحصراً برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده اند، تغییر داد. نظیر این حالت در بسیاری از روبوتهای صنعتی دیده می شود. در بسیاری از روبوتهای صنعتی دیده می شود. در بسیاری از کاربردها، قطعات به هم پیوسته مکانیکی را می توان به گونه ای تنظیم نمود که با اندازه و شکل هر شیء موردنظر سازگار شوند.

سنسورها

روبوتها و دستگاههای مکاترونیک با استفاده از سنسورها، آنچه را که در دنیای واقعی رخ می دهد، تشخیص می دهند. سنسورها دارای اهمیت فروان می باشند، چرا که آنها اطلاعات مربوط به موقعیت یک روبوت یا بازوی روبوت، اندازه و شکل یک شیء موردنظر، وجود موانع( در مورد روبوتهای متحرک) و بسیاری اطلاعات دیگر نظیر تشخیص یک شیء از روی اندازه و شکل آن، مانند آنچه در روبوتهای هوشمند یافت می شود، را ارسال می کنند. با اتصال یک دوربین تلویزیونی به یک مدار هوشمند می توان این امکان رابرای یک بازوی اتوماتیک فراهم آورد تا قادر به انتخاب قطعات دارای اندازه و شکل خاص از میان تعداد زیادی از قطعات مختلف باشد.سنسورهای اصلی که در پروژه های روبوتیک و مکاترونیک به کار می روند، عبارتند از:سنسورهای نور: مقاومت های متغیر با نور (ها، به عنوان مثال سلول های CdS یا فوتورزیستورها LDR)، فوتودیودها، فوتوسل ها و فوتوترانزیستورها) سنسورهای فشار: اسفنج هادی، سنسورهای الکترومکانیکی، سنسورهای نیمه هادی سنسورهای دما: NTC,PTC ، دیودها و ترانزیستورها سنسورهای تصویری: سنسورهای CCD ، فوتودیودها یا ماتریس های فوتوترانزیستور.سنسورهای موقعیت: پتانسیومترها، سنسورهای اولتراسونیک، رادار، سنسورهای مادون قرمز(IR)سنسورهای تماسی: میکروسوئیچ ها، پاندون ها.سنسورهای مجاورت: سنسورهای خازنی، سنسورهای القایی یا مادون قرمز.

منبع تغدیه

هر پروژه شامل مدارات الکترونیکی و قطعات متحرک نیازمند یک منبع تغذیه الکتریکی می باشد. اگر پروژه مورد نظر یک روبوت متحرک باشد. درحالت ایده آل منبع تغذیه در داخل خود روبوت جاسازی می شود. ازسلولهای باتری می توان برای این منظور استفاده نمود. اندازه و نوع باتری ها به توان موردنیاز روبوت، مدت زمان کارکرد روبوت بدون شارژ مجدد و وظایفی که روبوت باید انجام دهد، بستگی دارد.

دو نوع از هوش مصنوعی برای کاربرد در پروژه های روبوتیک و مکاترونیک مناسب می باشند

هوش نرم افزاری: هوش نرم افزاری به واسطه یک کامپیوتر، میکروپروسسور یا میکروکنترلر که یک نرم افزار هوشمند را اجرا می نماید، تامین می شود. اتصالات سخت افزاری، داده هایی را که پردازنده برای تصمیم گیری و ارتباط با بلوک کنترلی نیاز دارد، فراهم میسازند. تصمیمات به شکل یک ساختار اساسی برنامه ریزی شده اند که در برخی موارد می توانند مطابق داده های ورودی تغییر یابند. در چنین حالتی، برنامه قادر به "یادگیری" از طریق تجربه می باشد که این خاصیت به عنوان مشخصه به عنوان مشخصه اصلی سیستم های هوشمند در نظرگرفته می شود.دانشجویان،پژوهشگران و طراحان فعال در زمینه هوش مصنوعی بیشتر برنامه هایی را ترجیح می دهند که شبکه های عصبی را شبیه سازی می کنند. ابزار مهم دیگر برای طراحی سیستم های هوشمند منطق فازی می باشد. با استفاده از میکروپروسسورها و میکرو کنترلرها می توان هوش نرم افزاری را داخل خود روبوت یا ماشین مکاترونیک پیاده سازی نمود. چیپ Basic Stamp یک روش ساده را برای اضافه نمودن درجه ای از هوشمندی به یک ماشین ارائه می دهد: این چیپ را می توان به گونه ای برنامه ریزی کرد که براساس وروردی های دریافتی از سنسورهای مدار کنترل خارجی تصمیم گیری نماید. علاقه مندان می توانند برنامه های بسیاری که شبکه های عصبی و منطق فازی را شبیه سازی می نماید، بیابند.بسیاری از این برنامه ها را می توان برای اضافه نمودن خاصیت هوشمندی به کامپیوترها، روبوتهای خودکار و دیگر ماشین ها مورد استفاده قرار داد.هوش سخت افزاری: روش دیگر برای اضافه نمودن هوشمندی به یک ماشین استفاده از مداراتی است که قادر به یادگیری می باشند. ایده اصلی این روش تقلیداز طریقه ای است که موجودات زنده اطلاعات دریافتی از حواس خود را با استفاده از سیستم عصبی پردازش می کنند.

بخشهای مکانیکی یک ربات ساده

در بعضی از مواقع ربات شما علاوه بر حرکت در یک محیط باید توانایی انجام یک فعالیت فیزیک خاص را نیز داشته باشد. به عنوان مثال وزنه ای را جابجا کند یا شئی را سوراخ کند و یا به یک جسم ضربه بزند. در این مواقع علاوه بر اینکه شما نیاز به یک سیستم حرکتی مناسب دارید، باید برای ساخت قسمت مکانیکی ربات خود وقت بیشتری صرف نمایید. وقتی یک قسمت متحرک به ربات خود اضافه می کنید ، با توجه به کاری که این قسمت انجام میدهد، ممکن است حرکت دورانی حول یک محور داشته باشد و یا حرکت آن در راستای مستقیم باشد. با توجه به نوع حرکتی که باید این بخش از ربات شما داشته باشد می توانید توسط وسایلی که در اختیار دارید سازه مناسبی برای آن تهیه کنید. مثلاً می خواهید یک بازو با حرکت دورانی بسازید ، ابتدا آن را با چوب یا آلومینیوم یا ... می سازید و برای اتصال آن به ربات از لولاهای موجود در بازار استفاده می کنید. اگر قرار است بازوی شما حرکت در راستای مستقیم داشته باشد به جای لولا باید آن را توسط یک مکانیزم کشویی به ربات متصل نمایید. برای اینکه مطلب را بهتر درک نمایید ، تصاویر را به دقت مشاهده و تحلیل کنید. بیشتر این ربات ها توسط دانش آموزان ساخته شده است. هنگامی که یک بازو را به ربات خود متصل می کنید می توانید توسط روشهای مختلف انرژی مکانیکی را به آن منتقل نمایید. مثلاً یک تکه نخ ماهیگیری که به دور شافت خروجی گریبکس پیچیده می شود می تواند بازی شما را حرکت دهد. همچنین سلونوئیدها وسایل مناسبی برای ایجاد حرکت در بازو و همچنین تغییر جهت چرخهای یک ربات هستند. اساس کار سلوئیدها بر پایه های نیروی مغناطیسی آهنرباهای الکتریکی بنا شده است. در مباحث بعدی در مورد طرز کار سلونوئیدها توضیحات بیشتری خواهیم داد.. لازم است برای بار دیگر تذکر دهیم که ما تنها کلیاتی از کار را برای شما توضیح می دهیم چون افراد مختلف تمایل به ساخت رباتهای مختلف دارند. مابقی کار بستگی به ابتکار و وسایلی که در اختیار دارید دارد. اگر کمی وقت بگذارید و بعضی از گزینه ها را تجربه کنید قطعاً مناسبترین گزینه را خواهید یافت. اگر ربات شما دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری بکنید. این کار را می توانید با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهید. اگر چرخ کوچک در دسترس ندارید کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند. بازوهای مکانیکی ماهر (Manipulator) از رابط‌های صلبی تشکیل می‌شوند که به وسیله مفصل‌هایی که حرکت نسبی رابط‌های مجاور را ممکن می‌سازند، به یکدیگر اتصال یافته‌اند. بازوهای مکانیکی توانایی انجام عملیات از پیش برنامه‌ریزی شدهٔ متنوعی را در صتایع مختلف دارند. بازوهای مکانیکی ماهر در طی سال‌های اخیر به شکل قابل ملاحظه‌ای تکمیل یافته و پیشرفت کرده‌اند. کارکردن با آن‌ها و نیز تعمیر و نگهداری‌شان آسان‌تر شده و ارتباط متناسب و بهینه‌ای میان توان٬ کنترل‌پذیری و مهارت آن‌ها ایجاد گشته‌است. در انتهای زنجیره رابط‌های تشکیل دهنده بازوی مکانیکی مجری نهایی وجود دارد که بر حسب کاربردی که از ربات انتظار می‌رود می‌تواند گیره یا چنگک یا ابزارهای دیگری از جمله لوازم برشکاری، جوشکاری و نظیر آن باشد. از این لحاظ بازوهای مکانیکی ماهر متنوعی وجود دارند که گونه‌های وسیعی و متفاوتی از کاربردهای صنعتی و نیز تحقیاتی را را پوشش می‌دهند. این کاربردها شامل انجام فعالیت‌های متنوع مونتاژ، برشکاری و جوشکاری در خطوط تولید تا انجام عملیات متنوع زیرآبی – نظیر نصب در ربات زیرآبی - مانند گرفتن و دنبال‌کردن کابل یا سیم، و یا محبوس کردن اجسام یا نمونه‌های پیچیده‌ای چون برقراریِ اتصال‌های خطوط الکتریکی یا هیدرولیکی هستند.

ملاحظات طراحی و ساخت

در انتخاب بازوهای مکانیکی آن چه اهمیت دارد این است که ساده‌ترین نمونه ممکن که بتواند وظیفه محوله را در زمان مطلوب انجام دهد، گزینش گردد. پیچیدگی طراحی ربات در عین افزایش قابلیت‌های عملکرد می‌تواند مشکلاتی در کنترل، هدایت و نیز اطمینان و دقت دستگاه و نیز تعمیر و نگهداری آن ایجاد نماید. انتخاب و تکمیل مجموعه بازوهای مکانیکی ماهر امر پیچیده‌ای است و طراح ربات باید نکات فراوانی را لحاظ نماید. تعداد و انواع بازوهای مورد نیاز، محل قرارگیری، نوع کنترلر، محدوده فضای عملکرد٬ حداکثر و حداقل نقطه دست‌رسی و نوع و ساختار کنترل بازوها توسط کاربر، از آن جمله این موارد است.

بخش مکانیکی – موتور ها

این قسمت شامل سیستم حرکتی ربات میشود. حرکت روباتها با استفاده از پا، چرخ یا ریل انجام می شود. چرخها یا پاها را می توان با موتورها، سولنوئیدها یا آلیاژهای حافظه دار (SMA) به حرکت درآورد. که معمولا در رباتهای ابتدایی از موتور و چرخ استفاده میشود. در یک پروژه مکاترونیک یا روبوتیک علاوه بر قطعات لازم جهت ساخت قسمتهای ذکر شده به یک یا چند منبع تغذیه هم نیاز داریم. قسمتهای مختلف یک روبات که نیاز به منبع تغذیه دارد: قسمتهای الکتریکی، مکانیکی شامل: موتورها و بخشهایی که بصورت هیدرولیک و پنوماتیک کار می کنند. اگر روبات متحرک باشد باید از باطری استفاده شود. اگر روبات ثابت باشد می توان از برق AC استفاده کرد. چون تغذیه روباتها اکثرا َ، برق DC می باشد بنابراین باید برق AC را بوسیله یکسوساز و فیلتر به DC تبدیل کرد.

هنگام انتخاب موتور باید به چه چیز هایی توجه داشت

1- دردست بودن منبع تغذیه 2- شرط یا عوامل راه اندازی 3- مشخصه‌های راه اندازی (گشتاور – سرعت) مناسب 4- سرعت عملکرد کار مطلوب 5- قابلیت کارکردن به جلو و عقب 6- مشخصه‌هی شتاب (وابسته به بار) 7- بازده مناسب در بار اسمی 8- توانایی تحمل اضافه بار 9- اطمینان الکتریکی و حرارتی 10- قابلیت نگهداری و عمر مفید 11- ظاهر مکانیکی مناسب (اندازه، وزن،‌ میزان صدا، محیط اطراف) 12- پیچیدگی کنترل و هزینه13-ولتاژ: 1.5-4-8 V 14-جریان: 50mA-2A

انواع موتورها

در یک دسته بندی کلی موتورها به انواع زیر تقسیم میشوند:• موتور DC• موتور AC• موتور پله‌ای (Stepper motor)•موتور خطی

موتورهای DC

متداولترین موتور مورد استفاده در روباتها موتور DC است چراکه دارای انواع مختلفی از نظر توان، اندازه، شکل و سرعت می باشد. جهت استفاده : تعویض جهت چرخش موتور DC با معکوس کردن جهت جریان امکان پذیر است. سرعت: سرعت موتور به جریان و بار موتور بستگی دارد سرعت کمتر=توان بیشتر سرعت بیشتر=جریان یا ولتاژ بیشتر

موتورهای AC

1- موتورهای AC تک فاز 2- موتورهای AC سه فاز این موتورها با جریان متناوب برق کار می‌کنند لذا به آنها موتور AC گفته می‌شود. یخچال، جاروبرقی و آبمیوه ‌گیری موتور ACدارند. برای کنترل میزان چرخش موتور از وسیله‌ای بنام شفت انکودر استفاده می‌شود.

موتور پله ای (Stepper Motor)

یکی از انواع مو تور الکتریکی است که حرکت آن کاملا دقیقو از پیش تعریف شده می باشد و با ارسال بیتهای 0,1به سیم پیچهای آن میتوان آنرا حرکت داد. یکی از مهمترین اجزای یک روبوت نیروی محرکه آن است. برای حرکت دادن سازه ای که ساخته اید نیاز به انرژی مکانیکی دارید. این انرژی معمولا توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود. موتور الکتریکی یا اصطلاحاً آرمیچر ها در واقع مبدل های انرژی هستند. موتورهای الکتریکی می توانند انرژی الکتریکی که از ترمینالهای آن وارد می شود را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. انرژی مکانیکی معمولاً به صورت دوران در شافت (محور) موتور ظاهر می شود. دوران این محور (شافت) دو مشخصه اساسی دارد : یکی سرعت دوارن آن و دیگری قدرت آن. از ضرب سرعت خطی (متر بر ثانیه) در نیروی موتور می توانید توان نهایی خروجی آن را محاسبه کنید. همان طور که گفته شد یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند. ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد. همان طور که گفته شد اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند. . با توجه به اینکه گفتیم موتور یک مبدل است، اگر موتور شما ایده آل باشد توان خروجی که بدست می آورید با توان ورودی یعنی انرژی الکتریکی مصرف شده برابر خواهد بود. موتورهای الکتریکی انوع مختلفی دارند از جمله استپ موتورها ، سرور موتورها ، موتورهای دی سی DC ، موتورهای AC و ...هر یک از موتورهای نام برده شده ویژگی خاصی دارد مثلا استپب موتورها دارای دقت بالایی هستند و با توجه به نوع موتور می توان دقت گردش موتور در حد چند درجه کنترل نمود. از ویژگی های اساسی موتورهای DC این است که جهت حرکت و سرعت حرکت آنها به راحتی قابل کنترل است. با تغییر متوسط ولتاژ ورودی می توانید سرعت موتور را تغییر دهید و با تغییر پلاریته ( جهت اتصال تغذیه به موتور ) جهت دوران شافت تغییر خواهد نمود. توان خروجی از ضرب سرعت در قدرت و با استفاده از فرمول W=f.d بدست می آید.بسته به کارکرد ربات ، توان مصرفی ، دقت لازم و پارامترهایی از این قبیل نوع موتور ربات انتخاب می شود. بی شک یکی از مشخصه های اصلی موفقیت یک ربات انتخاب صحیح موتور محرک ربات می باشد.کاربرد اصلی این موتورها در کنترل موقعیت است. این موتورها ساختار کنترلی ساده‌ای دارند. لذا در ساخت ربات کاربرد زیادی دارند. مطابق با تعداد پالسهایی که به یکی از پایه‌های راه‌انداز موتور ارسال می‌شود موتور به چپ یا راست می‌چرخد. این موتور یکی از انواع موتورهای الکتریکی است که حرکت آن کاملا دقیق و از پیش تعریف شده می باشد و با ارسال بیتهای 0,1به سیم پیچهای آن می توان آنرا حرکت داد.

ساختار موتور پله ای

این موتورعموما دارای چهار قطب میباشد که سیم پیچها بر روی این چهار قطب قرار می گیرند و شما با ارسال بیتهای 0و1به این سیم پیچها در واقع میدان مغناطیسی ایجاد می کنید که این میدان باعث حرکت روتورمغناطیسی موجود در داخل موتور پله ای می شود البته میبایست این سیم پیچها را به توالی 0 و 1 کرد و گرنه موتو ر مطابق میل شما نخواهد چرخید.

نحوه کنترل

1- نحوه کنترل 1 بیت2- نحوه کنترل 2 بیتی نحوه کنترل 1 بیتی :در حالت یک بیتی اگر اول سیم پیچ 1 را تحریک کنیم .سیم پیچ 2و3و4 بدون تحریک باید باشند جهت حرکت موتور پله ای در سمت حرکت عقربه های ساعت بعد از سیم پیچ 1 نوبت سیم پیچ 2 است تحریک شود.، و در این حالت نیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند بعد از آن نوبت سیم پیچ 3 و سپس که نوبت سیم پیچ شماره 4 است دقت کنید که در هر لحظه یک سیم پیچ تحریک شو د اگر بعد از سیم پیچ 1 سیم پیچ 4 را تحریک کنیم و سپس به سراغ3و2 برویم موتور در جهت عکس عقربه های ساعت خواهد چرخید.نحوه کنترل 2 بیتی :در حالت دو بیتی در لحظه دو سیم پیچ بار دار می شو ند مثلا اگر اول سیم پیچ 1 و2 تحریک شوند بعد سیم پیچ 2و3 سپس 3و4 ودر نهایت 4و 1 برای حرکت موتور پله ای بایست همین ترتیب را تا موقعییکه می خوا هید موتور حرکت داشته باشد ادامه دهید حال اگر این ترتیب را عوض کنید موتور در خلاف جهت فعلی حرکت می کند

موتور پله کامل و نیم پله :• در حالت عادی میزان چرخش موتور به تعداد پالسهای اعمالی و گام موتور بستگی دارد. هر پالس یک پله موتور را می‌چرخاند.• با تحریک دو فاز مجاور در موتور می‌توان موتور را به اندازه نیم پله حرکت داد. به این ترتیب تعداد پله‌های موتور دو برابر می‌شود و در نتیجه دقت چرخش موتور هم دوبرابر می گردد.

راه اندازی موتور پله‌ای

• تراشه L297 یک راه انداز مناسب برای موتور پله‌ای است.• مدارهای<یک




ارسال توسط حسین

چرخ های ربات ها


1-دسته بندي رباتهاي متحرك ومعرفي انواع چرخ ها

به طور كلي رباتها به دو دسته ي ثابت و متحرك تقسيم مي شوند و رباتهاي متحرك از نظر نوع سيستمي كه براي حركت استفاده ميكنند اين گونه تقسيم بندي ميشوند:1)روباتهاي چرخ داربا انواع چرخ عادي و يا شني تانک 2)روباتهاي پادار 3)روباتهاي پرنده 4)روباتهاي چند گانه(هايبريد) که ترکيبي از روباتهاي بالاهستند

چرخ ها

تقریباً تمامی چرخ¬ها در ساختار روبات¬ها کاربرد دارند. برخی از چرخ¬ها به اندازه¬ای متداولند که می¬توانید به سهولت آنها را خریداری کنید. اما در مورد برخی دیگر لازم است به فکر ساخت باشید. معمولا سه دلیل برای ساخت چرخ طرح می¬شود نخست آنکه طرح چرخ به اندازه¬ای تخصصی است که نمونۀ ساخته شده ندارد. علت دیگر آن است که در طراحی برخی محدودیت¬ها موجب طراحی اندازه¬ای از چرخ شده است که مشابهی ندارد و قابل جایگزینی نیست مهمترین علت این است که تنوع چرخ¬های موجود در بازار داخلی محدودتر از آن است که بتوانیم گزینۀ مناسبی را بیابیم. طبقه¬بندی چرخ¬ها به شرح زیر است:

1-1- چرخ¬های هرزگرد

چرخ هرزگرد ساده

این چرخ¬ها از یک دیسک یا طوقه تشکیل شده است که در خارج آن ماده¬ای انعطاف¬پذیر یا خشک وجود دارد. در مرکز این چرخ¬ها یک یا دو بلبرینگ وجوددارد. چرخ جلوی دوچرخه، چرخ کالسکۀ کودکان، چرخ فرغون و چرخ¬های برخی تجهیزات کشاورزی و باغبانی مثال¬های آشنایی از این نوع چرخ است. برای اتصال این چرخ¬ها به روبات باید شافتی روی روبات نصب شود و شافت درون چرخ فرورفته و با مکانیسمی مانند خار در جای خود ثابت شود. این گونه چرخ¬ها روی روبات کاربرد محدودی د ارند و برخی کاربران بلبرینگ آنها را درآورده، به چرخ نیروی محرکه داده و نقش چرخ را تغییرمی¬دهند.

چرخ هرزگرد آزاد

این چرخ¬ها با مکانیسم¬های بسیار متنوعی ساخته شده است که تبیین آنها در این مقاله نمی¬گنجد. در مرکز چرخ یک یا چند بلبرینگ و یاتاقان وجود دارد که از درون آنها یک شافت عبور کرده است. دو انتهای شافت به کمک یک ورقۀ فلزی یا غیرفلزی U شکل مهار شده است. قطعۀ U شکل در بالای خود بلبرینگی دارد که به آن اجازۀ دوران در صفحه X,Y را می¬دهد و در مجموع می¬توان گفت چرخ، دو درجۀ آزادی دارد. نمونه¬های این چرخ¬ها در صندلی¬های ادارات و چرخ دستی فروشگاه¬ها مشاهده می¬شود. این چرخ¬ها در روبات¬ها کاربرد گسترده¬ای دارند. در بالای برخی از این چرخ¬ها اهرمی وجود دارد که اگر آنرا جابه¬جا کنیم قفل می¬شود. اما معمولاً چنین قابلیتی کاربرد کمی در ساختار روبات¬ها دارد.

چرخ هرزگرد ثابت

این چرخ¬ها ساختاری شبیه به چرخ¬های هرزگرد آزاد دارند، با این تفاوت که نمی¬توانند مانند آنها تغییر جهت دهند. کاربرد این چرخ¬ها در روبات¬ها بسیار محدود است. در صورتی که قرار باشد چرخی روی ریل حرکت کند اقلام خاصی از این چرخ مناسب¬ترین گزینه است. این چرخ¬ها برای جلوگیری از افتادگی بالای شنی روبات¬ها نیز به کار می¬روند. .......

1-2- چرخ امنی دایرکشنال

برای درک بهتر این چرخ¬ه مثال ساده¬ای طرح می¬شود: فرض کنید یک چرخ دستی چهار چرخ دارید. این چرخ را می¬توان به آسانی جلو و عقب برد. اما اگر چرخ را به پهلو روی زمین بکشید از جای خود تکان نمی¬خورد و مانند آن است که یک جسم بدون چرخ را روی زمین می¬کشید. به این منظور روی آن، چرخ-های ریزی نصب می¬کنیم که هنگامی که چرخ را از پهلو می¬کشیم نیروی کمی مصرف شود. این مکانیسم، مکانیسم امنی دایر کشنال نام دارد. چند نمونه از روبات¬هایی که از این مکانیسم بهره می¬برند در بخش-های مربوط به روبات¬های امنی دایرکشنال تبیین شده است.این چرخ¬ها به دلیل آنکه کاملاً گرد نیستند و دور بالایی دارند، ارتعاش زیادی ایجاد شده و به روبات منتقل می¬شود.هرچه تعداد رول¬های یک چرخ امنی دایرکشنال بیشتر باشد قدرت تخریبی ارتعاشات کاهش می-یابد. روی محیط این چرخ¬ها معمولاً سه یا چهار غلتک قرار دارد. با نگاهی از پهلو به این غلتک¬ها، می-بینیم که انحنای موجود روی آنها، بخشی از محیط خارجی دایره است. همچنین معمولاً در ساختار روبات¬های بهره¬مند از این چرخ¬ها، دو چرخ در کنار هم نصب می¬شوند و یکدیگر را به¬گونه¬ای پوشش می-دهند که همواره یک غلتک روی زمین قرار دارد و این امر موجب می¬شود که چرخ محیطی کاملاً دایره¬وار داشته باشد و هنگام حرکت ارتعاشات کمی تولید کند. هرچه تعداد غلتک¬ها بیشتر باشد عرض چرخ کمتر بوده، ساخت چرخ دشوارتر است و امکان پیاده¬سازی آن در اندازه¬های کوچک کمتر می¬شود و ارتعاشات چرخ افزایش می¬یابد. غلتک¬ها هسته¬ای فلزی پوشیده باماده¬ای منعطف مانند لاستیک یا پلی-اورتان هستند. نگارنده، پلی¬اورتان را بیشتر توصیه می¬کند، زیرا ضریب اصطکاک بالایی داشته. مقاومت سایش آن بالاست و اتصال خوبی با هستۀ فلزی برقرار می¬کند. همچنین قالب¬ریزی آن بدون پخت و به کمک هاردنر امکانپذیر است.بهتر است روی هسته¬های فلزی تیغه¬هایی باشند تا سطح چسبندگی مادۀ منعطف افزایش یافته و میزان ارتجاع آن نیز کنترل شود. نیز بهتر است غلتک¬ها با روش سری¬تراشی ساخته شوند. این چرخ¬ها تنها نمونۀ پرکاربرد در صنعت بوده و به صورت آماده یافت می¬شوند........

1-3- چرخ غلتکی مایل

این چرخ¬ها مانند چرخ¬های غلتکی معمولی بوده با این تفاوت که غلتک¬ها به صورت مایل نصب می¬شوند معادلات طراحی انحنای چنین چرخی اندکی متفات است. این چرخ¬ها بسیار نرم حرکت می¬کنند و همواره دو غلتک به صورت همزمان با زمین در تماسند. این غلتک¬ها به صورت آماده وجود ندارند و ساخت آنها دشوار است. بنابراین تعداد کمی از روبات¬ها از وجود آنها بهره می¬برند. پهنای این چرخ¬ها از دیگر نمونه¬ها بیشتر است. مهار چرخ¬ها معمولاً از دو طرف است ولی در این چرخ¬ها، غلتک به دو روش مهار می¬شود. نخست آن که مهار آن دو طرفه بوده و دیگر آنکه هر غلتک در واقع دو غلتک است و یک تیغه هر دو را مهار می¬کند مثل این که غلتک¬های معمولی از وسط مهار شوند........

2- مفهوم درجه آزادی

حرکت در یک جهت یا خلاف همان جهت، یک درجه¬ی آزادی محسوب می¬شود. برای مثال هر بند انگشت انسان یک درجه¬ی آزادی دارد. هر پلک انسان یک درجه¬ی آزادی دارد. زانوی انسان نیز یک درجه آزادی دارد. چرخ¬های ثابتی مانند چرخ عقب دوچرخه یک درجه آزادی دارد. اعضایی مانند چشم که به چپ و راست، بالا و پایین حرکت می¬کند یا ترکیبی از این دو حرکت را به نمایش می¬گذارند، دو درجه¬ی آزادی دارد. چرخ جلو دوچرخه علاوه بر دوران می¬تواند تغییر جهت دهد، پس از دو درجه¬ی آزادی بهره مند است. دست انسان در ناحیه¬ی کتف می¬تواند به جلو و عقب، چپ و راست حرکت کند و همچنین موجب دوران و تغییر زاویه شود. بنابراین دست انسان در ناحیه¬ی کتف سه درجه آزادی دارد. یک اسکوتر نیز که فقط دو چرخ و یک فرمان دارد از سه درجه آزادی بهره مند است.منظور از درجه آزادی قسمتی از روبات، آن است که آن بخش در جهتی حرکت یا دوران می¬کند. معمولاً هر مفصل و اتصال در روبات، بیانگر یک درجه آزادی است. بیشتر روبات¬ها امروزه پنج تا شش درجه¬ی آزادی دارند. معمولاٌروبات¬های جوشکاری بیشترین درجه¬ی آزادی یعنی شش را دارند، ولی روبات¬های ساده¬ی حمل مواد دارای سه درجه¬ی آزادی هستند........

3- معرفي مكانيسم هاي متداول در رباتهاي متحرك

تاکنون الگوهای بسیاری برای ساختن روبات¬های متحرک ابداع شده است. در این بخش برخی از این الگوها که در کابردهای عملیاتی و مطالعاتی حضور چشمگیرتری دارند معرفی شده و نقاط برتری پلتفرم¬- های مختلف بیان شده است. این مطلب به شما کمک می¬کند تا پلتفرمی مناسب برای روبات خود انتخاب کنید. به طراحان مکانیک توصیه می¬کنیم الگویی را انتخاب کنند که علاوه بر ویژگیهای مورد نظر، فضای کافی برای جاسازی مدارات الکترونیکی را داشته باشد، در غیر این صورت به موفقیت طرح خدشه وارد خواهد شد. با در نظر گرفتن این مسئله از تحمیل بحران به همکاران بخش الکترونیک جلوگیری می¬شود. قبل از انتخاب سیستم حرکتی ربات تعدادی از پارامترهای آن باید مورد بررسی قرار گیرند. این پارامترها شامل اندازه و وزن ربات، جنس سطح، قدرت موتورها و مسائل زیباشناختی می¬باشند که هر سیستمی معایب و مزایای خودش را دارد........

4- مکانیسم افتراقی

متداول¬ترین سیستم متحرک است که معمولاً کاربردهای مطالعاتی دارد. از مزایای این نوع روبات¬ها، می-توان به سرعت فرایند طراحی و پایین بودن هزینه ساخت آنها اشاره کرد. همچنین به دلیل ساده بودن اجزاء مکانیکی در این روبات، فضای وسیعی برای نصب تجهیزات الکترونیکی وجود دارد. نیروی محرکه در این روبات از طریق دو چرخ تأمین و تعادل آن توسط یک یا چند چرخ هرزگرد حفظ می¬شود. اندازه¬ی این روبات¬ها بسیار متنوع و وزن آنها می¬تواند از چند گرم تا چند صد کیلوگرم باشد........

5- روبات¬های جهنده

روبات¬هاي دارای این مکانیسم، بیشتر به منظور مصارف تحقیقاتی ساخته می¬شوند و با توجه به سرعت بالا و توانایی شگفت انگیز آنها در عبور از موانع، در آینده¬ای نزدیک شاهد حضور آنها در کاربردهای عملیاتی نیز خواهیم بود.این نوع روبات دارای دو چرخ بزرگ و نسبتاً باریک است که تحرک روبات توسط آنها صورت می¬پذیرد. در پشت این روبات دنباله¬ای وجود دارد که تعادل روبات را حفظ می¬کند. ساختار این دنباله به گونه¬ای است که بر روی زمین کشیده شده یا ممکن است بر روی آن یک یا دو چرخ هرزگرد نصب شود.برای افزایش تعادل می¬توان زاویه¬ی بین چرخ¬های حرکتی و زمین را بیش از نود درجه تنظیم کرد. ویلچرهای مسابقات سرعت، از این خاصیت برای ایجاد تعادلی پایدار بهره می¬برند. وزن این روبات¬ها بسیار کم و دور یا خروجی موتور آنها، بسیار بالا است. به همین دلیل، این روبات¬ها دارای سرعت و شتاب بالایی هستند. مناسب¬ترین موتورهایی که ویژگی¬های لازم برای به کارگیری در این نوع روبات¬ها در آنها وجود دارد، موتورهای براشلس است. البته، دور خروجی در این نوع موتورها باید از طریق یک گیربکس کاهش یافته و گشتاور آنها تقویت شود.هنگامی که چرخ¬ها در این روبات با مانعی کوچک یا متوسط برخورد کند، بدنه لاستیکی آنها به داخل فشرده و جمع شده و مجدداً به حالت اولیه باز می¬گردد. این فرایند باعث جهش روبات به بالا می¬شود. برخی از این جهش¬ها ممکن است به ارتفاع دو متر یا بیشتر باشد. با وجود این قابلیت، یک اپراتور ورزیده می¬تواند روبات را به گونه¬ای هدایت کند که از موانعی مانند دیوارهای کوچک، جهیده و عبور کند........

6- روبات کالسکه¬ای

این نوع روبات عموماً به منظور مصارف تحقیقاتی ساخته می¬شود. ساختار آنها به گونه¬ای است که می¬توان آنها را در مدتی کوتاه طراحی کرده و با هزینه¬ای قابل قبول ساخت. این روبات¬ها از توانایی تحرک در محیط¬های ناهموار برخوردار هستند و نقشه¬ای که از مسیر حرکت خود ارایه می¬دهند، دارای خطای کمی است.این روبات بر روی چهار چرخ حرکت می¬کند. چرخ¬های جلو نیروی محرکه¬ی روبات را تأمین و همچنین تغییر جهت حرکت توسط آنها انجام می¬گیرد. چرخ¬های عقب هرزگرد هستند. بدنه روبات از دو قسمت تشکیل می¬شود. چرخ¬های حرکتی در قسمت جلو و چرخ¬های هرزگرد در قسمت عقب قرار دارند و این دو قسمت به وسیله یک لولای عمودی به یکدیگر متصل هستند.هر یک از چرخ¬های جلو از یک موتور مجزا نیرو گرفته و حرکت و تغییر جهت روبات توسط آنها ممکن می¬شود. در عمل، ساختار این روبات¬ها نیز مشابه سیستم افتراقی است و قسمت عقب روبات، نقش چرخ هرزگرد را ایفا می¬کند. در برخی از این روبات¬ها، زاویه دوران محور چرخ¬های جلو محدود است که این امر باعث کاهش قابلیت تغییر جهت آنها نسبت به روبات¬های افتراقی می¬شود. البته بسیاری دیگر از انواع روبات¬های این خانواده دارای این محدودیت نبوده و محور چرخ¬های جلو در آنها می¬تواند بیش از نود درجه تغییر جهت یابد. البته مقایسه¬ی دو روباتی که در این ویژگی با یکدیگر تفاوت دارند، منطقی نیست. ماموریت هر روبات ممکن است علت وجود محدودیت در میزان تغییر جهت آن شده باشد. برای اطلاع از جهت حرکت روبات، می¬توان از یک سنسور انکودر یا یک پتانسیومتر متصل به لولای عمودی استفاده کرد........

7- روبات سه چرخ با تغییر جهت یک چرخ

این نوع روبات سه چرخ دارد. دو چرخ عقب وظیفه تأمینن نیروی محرکه را بر عهده دارند. چرخ جلو با تغییر زاویه، جهت حرکت روبات را تغییر می¬دهد. در معدودی از روبات¬های این خانواده، چرخ جلو علاوه بر تغییر زاویه حرکت، تأمین نیروی محرکه روبات را نیز بر عهده دارد. در این نوع روبات¬ها تنها از دو موتور استفاده می¬شود. یکی از دو موتور، تأمین کننده نیروی محرکه روبات و دیگری جهت چرخ راهنما را تغییر می¬دهد.نکات مهمی که باید در طراحی و ساخت چرخ¬های این خانواده از روبات¬ها مورد توجه قرار داد، تقریباً همان نکات اشاره شده در مورد روبات¬های افتراقی است........

8- روبات های دارای سیستم چهار چرخ موازی

این نوع روبات ها در اندازه های متنوع و برای مصارف گوناگون ساخته می شوند. مأموریت این نوع روبات ها می تواند از حرکت در درون لوله های کوچک، تا گستزنی در خطوط مرزی باشد. این روبات ها دارای چهار چرخ بوده و همه آنها از نیروی محرکه برخوردارند. چرخ های سمت راست و چپ دارای راستا و گشتاور یکسان هستند. در این نوع روبات ها، فاصله کف از سطح زمین، نسبت به مأموریت و ناهمواری مناطقی که در آنها انجام وظیفه خواهند کرد، تعیین می شود.نیروی محرکه در این نوع روبات ها توسط دو یا چهار موتور تأمین می شود. در روبات های دو موتوره از این نوع، معمولا چرخ های سمت چپ توسط یک موتور و چرخ های سمت راست، توسط موتوری دیگر نیرو گرفته وبا گردش در می آیند. نیروی محرکه ایجاد شده توسط هر موتور، توسط یک زنجیر یا تسمه و با استفاده از یک سیستم رگلاژ، به دو چرخ منتقل می شود. در بسیاری از روبات های ا ین خانواده، یک توتور مستقیما به محور یکی از چرخ ها متصل شده و سپس از محور ا ین چرخ به محور چرخ دیگر در همان سمت، منتقل می شود. برای تنظیم زنجیر یا تسمه، استفاده از یک سیستم رگلاژ توصیه می شود.برای تنظیم تسمه تایمینگ یا زنجیر، دو روش وجود دارد. روش اول، ایجاد امکان تغییر جزیی در فاصله بین چرخ های هر سمت ا ست. به این ترتیب می توان تسمه را بدون نیاز به قطعات اضافه، تنظیم کرد. روش دوم، ا ستفاده از یک چرخ یا چرخ دهنده کوچک در مسیر زنجیر یا تسمه است. این چرخ یا چرخ دهنده با قابلیت تغییر ارتفاع و اعمال فشار بر زنجیر یا تسمه، آن را تنظیم می کند.در نوع چهار موتوری این خانواده از روبات ها، نیروی محرکه هر چرخ، از یک موتور تأمین می شود و بین چرخ ها سیستم انتقال نیرو وجود ندارد. این نوع روبات ها دارای وزن بالاتری هستند و معمولا با مشکل کمی فضاثی درونی روبرو می شوند. موتورها را در این نوع روبات می توان مستقیما به محور چرخ ها متصل کرد. در صورت استفاده از چرخ های پهن، می توان موتورهای در دورن آن ها، با اتصال مستقیم نصب کرد. در صورتی که چرخ ها دارای پهنای کافی نباشد، می توان هر موتور را درون لوله ای جای داده، بلبرینگی برر وی لوله نصب و محور چرخ را برروی بلبرینگ تنظیم کرد تا حول آن دوران کند.سیستم دورزدن در این روبات ها مانند سیستم دورزدن در بولدوزرهاست. هنگامی که چرخ های یک سمت به جلو و چرخ های سمت دیگر به عقب دوران کنند، روبات می تواند در جای خود دور بزند. اگر تنها چرخ های یک سمت دوران کنند، این روبات تغییر جهت می دهد. هر چه طول روبات کمتر و پهنای آن بیشتر باشد، دور زدن روبات آسان تر خواهد شد. چرخ هایی که در انواع دیگر روبات ها کاربرد دارند، در این نوع روبات نیز قابل استفاده هستند. برای مثال برخی طراحان برای ایجاد قابلیت بیشتر در دور زدن، از چرخ های امنی دایر کشنال و برخی دیگر، از چرخ های دوچرخه و ساختار سبک و کارآمد آن ها استفاده می کنند. سازندگان انواع کوچک این روبات ها، به کارگیری چرخ های استوانه ای شیاردار مجهز به اورینگ را ترجیح می دهند.این روبات ها را می توان بر روش شاسی های صفحه ای، جعبه ای یا ستونی نصب کرد.برای توانایی عبور از مناطق ناهموار، کف این نوع روبات باید دارای ارتفاع لازم از زمین باشد. هر چه ارتفاع کف در این نوع روابت از زمین کمتر باشد، توانایی آن در عبور از سطوح دارای شیب تند، بیشتر خواهد بود. شاید تصور روباتی با توانایی تغییر ارتفاع، در این خانواده از روبات، کمی دشوار باشد. اما اگر بتوان این قابلیت را به چرخ ها اضافه کرد، روبات از این توانایی برخوردار خواهد شد. در ابتدا ممکن است ایجاد چنین قابلیتی دشوار به نظر آید، به نحوی که حتی از صحبت وتفکر درباره آن چشم پوشی کنید.اما با اندکی تأمل، راه های متعددی در پیش روی دیده خواهند شد که پاره ای از آنها به سهولت قابل اجرا و پیاده سازی هستند. اصولا، ساختار روابت های چهارچرخ، بیش از طرح سایر انواع روبات ها، امکان اجرای چنین فرایندی را فراهم می سازد. استفاده از عمل گزارهای خطی، مدارات هیدرولیکی ابداعی، به کارگیری بادامکها و چنین روش های م تعدد دیگر، دستیابی به این فناوری را ممکن می کند.این نوع روبات ها را می توان به آسانی به شنی مجهز کرد. برای این منظور، کافی است یک شنی با ساختاری مشابه خودروهای برف تهیه و آن را بر روی چرخ ها نصب کنید. این کار با باز و بسته کردن یکی از چرخ های ابتدا یا انتهای هر سمت، انجام می شود. استفاده از شنی ها، نحوه حرکت این نوع روبات را به مکانیسم حرکتی تانک ها شبیه می کند. افزایش پایداری و تسهیل عبور از موانع، در این نوع ربات نیز از طریق تجهیز آن به یک سیستم تعلیق مکانیکی ممکن می شود. برای انجام این کا ر، دو روش متداول وجود دارد. روش اول، تقسیم طولی (چپ و ر است) روبات به دو نیمه برابر و قراردادن یک یاتاق در بین دو نیمه است. این یاتاقان امکان تغییر زاویه بین دو نیمه روبات را فراهم می سازد. این تغییر زاویه باعث می شود در برخورد و عکس العمل در مقابل موانع، چرخ خای روابت به بالا و پایین حرکت کرده و در هر حال، چهارچرخ آن با زمین در تماس باشند. البته اگر این تغییر زاویه به بیش از اندازه مورد نیاز برسد، خود به ع نوان یک مانع، گریبان گیر روبات خواهد شد. برای محدود کردن این تغییر زاویه، چند روش وجود دارد. ساده ترین و ارزان ترین آن ها، استفاده از کابل فولادی نازکی است که هر سر آن به یک نیمه از روبات متصل می شود. کابل بین دو نیمه دارای کشیدگی نیست و مقداری آزاد است. این ساختار مانع از تغییر زاویه بین دو نیمه روبات نمی شود. اما اگر تغییر زاویه قصد ادماه به بیش از اندازه مجاز داشته باشد، توسط این کابل محدود خواهد شد. نمونه این ک ابل ها را در دوچرخه ها،موتورسیکلت ها، هواپیماهای سبک و ماشین های سری تراشی می توان یافت. تهیه انواع این کابل ها با قطرهای مختلف، از نازک تاضخیم، بسیار آسان است. انعطاف پذیری این کابل ها، شگفت انگیز است.سازندگان این نوع روبات ها معمولا دو نیمه روبات را کاملا مشابه یکدیگر طراحی می کنند. د رحقیقت، عرض دو نیمه این روبات ها همیشه یکسان طراحی می شود. اما خرق عادت، ابتکار و ابداع طرح های جدید، اغلب باعث پویایی است. به عنوان مثال، ناهمگون ساختن دو نیمه این روبات ها به صورتی که پهنای یک نیمه تا اندازه ممکن بیشتر از نیمه دیگر باشد، دو مزیت عمده به همراه خواهد داشت:در نیمه پهن تر، فضای بزرگی برای نصب تجهیزات الکترونیک بزرگ، مانند بردهای اصلی، وجود خواهد داشت. مدارات الکترونیکی و بسیاری از اجزای دیگر، در یک سمت روابت قرار می گیرند و انتقال سیم ها از یک نیمه به نیمه دیگر کاهش می یابد. هنگامی که هر نیمه از روابت توسط یک موتور به حرکت در می آید، ممکن است مجبور به استفاده از موتورهای بزرگ شده و امکان طراحی مکانیسم دو نیمه ای برای سیستم تعلیق به دور از منطق جلوه کند. برای رفع این مشکل، می توان یکی از دو نیمه را به شکل حرف L طراحی کرد. روش دیگر، تقسیم روابت به دو نیمه عرضی (جلو و عقب) است. مانند مکانیسم قبلی، این دو نیمه نیز به کمک یک یاتاقان به یکدیگر متصل می شوند. در این نوع روبات ها، هر چرخ از یک موتور نیرو می گیرد. در این روش نیز مانند روش قبل، نامتقارن بودن دو نیمه روبات، خالی از فایده نیست.برای آنکه روبات عملکرد بهتری داشته باشد، می توان چرخ های هر سمت را در یک راستای متقاوت نصب کرد. برای مثال، چرخ جلوی سمت راست، جلوتر از چرخ جلوی سمت چپ قرار داشته باشد. در این صورت، چرخ های عقب باید دارای الگوی معکوس باشند........

9- سیستم تسمه¬ای ساده

این روبات ظاهری شبیه به تانک داشته و حرکتش مانند تانک به کمک شنی صورت می¬پذیرد. شنی به کمک چرخ دنده¬ای به نام پولی در جای خود باقی مانده و به حرکت در می¬آید. این روبات برای عبور از پله، آوار و عبور از گل و لای بسیار مناسب استو در بسیاری از شرایط ناملایم حرکتی، تنها روبات تسمه¬ای قادر به ایفای نقش است. ساخت این روبات، سازنده را با موارد مکانیکی متنوعی مانند سیستم انتقال نیرو، طراحی تسمه، سیستم رگلاژ تسمه و مواردی از این دست مواجه می¬سازد و گاه ناچار می¬شود به فضای ریسک قدم بگذارد. در صورت ساخت این روبات برای محیط¬های بسیار ناهموار، بهتر است کف آن از زمین فاصله زیادی داشته باشد تا موانع به زیر روبات گیر نکند. همچنین برای این گونه محیط¬ها بهتر است از تسمه¬های پهن¬تر استفاده شود. در محیط¬های متعارف، می¬توان ارتفاع کف روبات را کمتر در نظر گرفت........

10- ربات هاي پادار

امروزه بيشتر تحقيقات محققان بر روي ربات هاي پادار متمركز شده و كثرت اين پروژه ها به گونه اي است كه تصاوير ربات هاي انسان نما ذهن ما را احاطه كرده است. اولين بارژاپني ها اقدام به ساخت اين ربات ها كردند و ربات معروف آسيمو توسط شركت هوندا ساخته شد. بايد توجه كرد كه ربات هاي پادار فقط محدود به دو پا نيستند و به صورت چهار پا، هشت پا و حتي يك پا نيز ساخته شده اند. همچنين ربات ايبو نيز توسط شركت سوني ارئه شد كه يگ سگ اسباب بازي بود. و برخي رفتارهاي سگ ها را انجام مي داد. بزرگترين مزيت اين ربات ها كه آنها را از ديگر انواع رباتها متمايز ميكند، اين است كه مانند انسان قابليت عبور از مناطق صعب العبور و پستي وبلندي ها يي كه ربات هاي چرخ دار در عبور از آن ناتوانند را دارند. بيگ داگ نيز رباتي چهار پا وغول پيكر وبا هوش مصنوعي ميباشد كه توسط كمپاني رباتيك بوستون ديناميك وجهت مقاصد نظامي ساخته شده است اين ربات ميتواند همراه سربازان بدود و يا آرام حركت كند و از موانع سخت و ناهموار عبور ميكند. در طراحي اين ربات از ژيروسكوپ پيشرفته اي استفاده شده كه موجب مي شود در حالت ربات نقطه ي ثقلش معلوم باشد و بتواند تعادل خودش را حفظ كند........

مراجع

http://www.robotslife.com

http://www.robotstore.com

http://www.robotics.com/robots.html

http://www.machinebrain.com

http://www.omnixtechnology.com

http://www.fingertechrobotics.com

http://www.kornylak.com

http://www.andymark.biz/ballbearings.html

http://www.roboticsdaily.com

یک


ارسال توسط حسین

مراحل ساخت روبو موشی بصورت تصویری

با سلام به همه کسانی که دوست دارند روبات بسازند ولی به خاطر هزینه

 

زیاد قادر به ساختن آن نمی باشند در این وبلاگ سعی بر این شده که روباتی

با هزینه حدودا 10 هزار تومان و زمان کمتر از 1 ساعت روبات مد نظر را بسازید.

 

وسایل مورد نیاز برای ساخت این روبات:


1) یک عدد موس غلطکی قدیمی(در بازار حدودا 2 یا 3 هزار تومان می باشد)
2) دو عدد موتور کوچک(همان آرمیچر که داخل اسباب بازیها وجود داره که هزار تومان میشه)
3) دو عدد چرخ کوچک(می تونید از لاستیک کروی داخل ضبط صوتهای قدیمی استفاده کنید)
4) دو عدد سنسور نوری (داخل موس وجود داره که در شکلهای پایین مشخص است)
5) یک عدد ال ای دی
6) یک عدد کلید
7) یک عدد مقاومت 1 کیلو اهم و1 عدد مقاومت 10 کیلو اهم
8) یک عدد خازن 22 میکرو فاراد
9) یک عدد ترانزیستور مدل 3904
10) یک عدد رله 8 پایه 5 ولت
11) یک عدد اپ امپ مدل LM386

12) یک عدد باطری کتابی 9 ولت


 

نحوه کارکرد روبو موشی

برای ساخت ربات روبو موشی ابتدا شما به یک سازه مکانیکی به همراه موتور و گریبکس نیاز دارید. پس از آن باید بخش الکترونیکی را به گونه ای بسازید که روبات بتواند در محیط به دنبال منبع نور بگردد و هوشمندانه به سمت آن حرکت کند. اصولاً روباتهای هوشمند نیاز به حسگرهایی دارند که اطلاعات مورد نظر را از محیط دریافت کرده و در قالب جریان الکتریکی وارد مدا کند. همانگونه که مشخص است ربات روبو موشی باید اطلاعات مربوط به شدت نور اطراف خود را دریافت نماید که این کار توسط یک فتوسل انجام می شود.فتوسل یا حسگر نور در واقع یک مقاومت متغیر است که مقدار آن با توجه به نور محیط تغییر می یابد. در صورتی که نور محیط را افزایش دهید مقاومت فتوسل کاهش یافته و جریان بیشتری از آن عبور می کند. همین تغییر جریان است که با توجه به الگوریتم تصمیم گیری ربات شما را هدایت می کند. سعی شده است که ساده ترین مدار ممکن که در عین حال به خوبی هم کار می کند تشریح شود. به همین دلیل ممکن است در برخی از موارد اصول حرفه ای طراحی مدار رعایت نشده باشد. دوباره متذکر می شویم که این مدار در عین سادگی بسیار کارآمد است والگوریتم کاری این ربات نوریاب به این صورت است که ربات در ابتدای کار شروع به گردش در جای خود می نماید . (برای این کار کافی است که یکی از موتورهای آن روشن و دیگری خاموش باشد) این گردش آنقدر ادامه می یابد تا جلوی ربات به سمت منبع نور قرار گیرد. دی این لحظه ربات به حرکت گردشی خود پایان داده و به سمت منبع نور حرکت می کند. (این کار با روشن کردن هر دو موتور ربات اتفاق می افتد) در صورتی که در بین راه به هر دلیل راستای حرکت ربات و منبع نور تغییر نمود ، روبات مجدداً حرکت گردش خود را آغاز می نماید تا دوباره به سمت منبع نور قرار گیرد.

اگر در کار روبات کمی دقت کنید متوجه می شوید که یکی از موتورها همواره روشن و کنترل ربات از طریق خاموش و روشن کردن موتور دیگر انجام می شود. پس موتوری که همیشه روشن است به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل می نماییم.

مدار تغذیه موتور دوم نیز دارای یک فتوسل است ، هنگامی که فتوسل به سمت منبع نور قرار گیرد مدار تحریک شده و موتور روشن می شود. در این مدار از دو ترانزیستور استفاده شده است که وظیفه تقویت جریان عبوری از فتوسل را به عهده دارند. به دلیل اینکه جریان موتور از ترانزیستور دوم عبور می کند لازم است ترانزیستور T2 از نوعی انتخاب شود که قابلیت جریان دهی خوبی داشته باشد. ترانزیستور پیشنهادی از نوع منفی و به شماره Tip41 است که در صورت نیاز می توانید آن را با انوع مشابه تعویض نمایید. در طبقه اول تقویت نیز از یک ترانزیستور منفی به شماره BD139 استفاده شده . پس از ساخت و تست ربات ممکن است که ترانزیستور Tip41 کمی گرم شود که با نصب حرارت گیر مناسب بر روی آن می توانید این مشکل را حل کنید. دیود موجود در مدار به صورت معکوس دو سر موتور قرار گرفته است تا از آسیب دیدن ترانزیستور در برابر جریان برگشتی از موتور حفاظت نماید. همانگونه که در سایر بخشهای این مقاله توضیح داده شده است ، یکی از موتورها به صورت مستقیم به منبع تغذیه متصل بوده و همیشه روشن است. و موتور دوم با استفاده از مدار فوق راه اندازی می شود. به گونه ای که در هنگام نور خوردن فتوسل و راه اندازی موتور ربات به سمت جلو حرکت خواهد نمود. در صورتی که پس از نصب جهت گردش موتور عکس جهت مورد نظر بود جای سیم های اتصالی به ترمینالهای موتور را با یکدیگر تعویض نمایید. در صورتی که در قسمتهای مختلف ربات ولتاژهای متفاوتی نیاز دارید می توانید از رگولاتور ولتاژ برای کاهش سطح ولتاژ به مقدار مورد نظر خود استفاده کنید.

تنظیم : پتانسیومتر موجود در مدار را به گونه تنظیم نمایید که موتور در مرز خاموشی قرار گیرد. حال اگر نور تابیده شده بر روی فتوسل کمی زیاد شود خواهید دید که موتور به گردش در می آید. با تمرین و تکرار می توانید ربات خود را در بهترین حساسیت قرار دهید.

 

مراحل ساخت بصورت تصویری



http://www.instructables.com/files/deriv/F5C/K0HI/GBVJBSEJ/F5CK0HIGBVJBSEJ.MEDIUM.jpg


 

 

 

یک


ارسال توسط حسین
ارسال توسط حسین


ژاپن دارای تسلط جهانی طولانی مدت در زمینه ربات های انسان نما با بدن کامل می باشد که گام بر میدارند .
از ربات های پیشرو Waseda ، سریهای تاثیر گذار HRP ، ربات کوچک ولی فرز و چابک Sony Qrio و ربات های گروه تویوتا گرفته تا مشهورترین آنها: آسیموی هوندابااندازه کودک، کاریزماتیک وشبیه فضانورد که یورتمه میرود، میدود وتقریبا"با دقت کامل ازپله ها بالا میرود. تا مدتی قبل، فقط کشورکره جنوبی با ربات های Hubo و Mahru ،ربات های انسان نما با پا را ساخته بودند که به تاثیرپذیری رقبای ژاپنی خودشان بودند. درحال حاضر،کشورهای دیگرنیزواردشده اند.
ولی درابتدا،گریزی میزنیم . هرزمان که یک متخصص رباتیک ، ربات های انسان نما با پا میسازد، من این سئوال رامطرح میکنم ، چرا به ربات های انسان نما با پا احتیاج داریم؟ بنظرمیرسد که چرخها آسانتر و ارزانتر جهت اجرا بوده و قابلیت مانور بیشتری دارند . بنابراین چرا ازپاها استفاده میکنیم؟
جواب آنها دو بخش دارد 1 – رباتهایی با بدنی مشابه بدن انسان بیشتر با حرکت در فضا و محیط انسانی ، مناسبت وهمخوانی دارند . بنابر این اگر رباتهایی می خواهیم که در منازل و ادارات ما فعالیت نمایند ، مکانهایی که دارای پله ، سطوح نا صاف ، قالیچه های کرک دار میباشند ، به پا احنیاج داریم . قسمت دوم جواب نیز این است که با ساختن ربات های راه رونده ، بهترمی توانیم از چگونگی راه رفتن ، تعادل و حرکت بدنمان جهت انجام دادن اموری از قبیل چرخش سریع ( چرخش روی پاشنه یا چرخیدن روی یک پنجه یا انگشت) و یا اجرای حرکات غیر قابل باورمطلع شویم .
بعد از شنیدن این جواب ، سئوال بعدی من به سازندگان ربات های انسان نما ، این است که ، چرا ساختن یک ربات انسان نمای راه رونده (بابدن کامل ) بسیار سخت می باشد ؟ محققین بمدت بیش از سه دهه روی این موضوع کار کرده اند و به نظر میرسد که هنوزدرابتدای راه هستیم واین رباتها همانند بچه قدم بر میدارند . چه زمانی، می توانیم انتظار یک جهش ( خیز ) زاویه دار در حرکت ربات های انسان نمای با پا راداشته باشیم ؟ پاسخ این سئوال بسیار پیچیده ودرعین حال بسیار جالب می باشد .
جهت خلاصه کردن در این جا ، مجبور خواهم بود که متن دیگری روی این موضوع بنویسم . در حال حاضر، اجازه دهید فقط به این موضوع اشاره نمایم که یک برنامه ارجح درزمینه کنترل حرکت (راه رفتن)وجود دارد. ولی بعضی از محققین ، برروی رویکرد رقابتی (مسابقه ای) برنامه ریزی می کنند. ودرعین حال که موتورهای dc محرک های ارجح می باشند، بعضی از گروه ها، در جستجوی موارد جایگزین از قبیل محرک های خطی پر قدرت و فشرده هستند .
در این قسمت در مورد چهار ربات انسان نما صحبت می کنیم و اجازه دهید تاکید کنیم که فقط به توضیح ربات های انسان نما با بدن کامل واندازه یک انسان بالغ میپردازیم . بله ، ربات های انسان نمای کوچک مثل Nao نیزوجودداشته که قابلیت راه رفتن دارند . همچنین پاهای رباتیکی وجود دارند که می توانند با سرعت کامل بدوند ولی بدون قسمت (تنه) بالایی بدن میباشند و ربات های اتسان نما با بدن کامل نیز وجود دارند که می توانند فقط یک قدم بر دارند . بنابراین در اینجا در مورد ربات هایی صحبت می کنیم که فکر میکنیم، میتوانند با آسیمو Asimo در یک مسابقه رباتیک یا مسابقه فوتبال شرکت کنند. اگر فکر می کنید ، رباتی را در این قسمت ، از قلم انداخته ایم ، در قسمت نقطه نظرات ما را مطلع نمائید.
منبع http://www.iranrd.net/Fa/?Page=NewsItem&ncID=6&nID=155

یک


ارسال توسط حسین

Justin
انستیتوی رباتیک و مکاترونیک در مرکز هوا فضای آلمان (DLR) ، oberpfaffenhofen –Wessling، آلمان

Justin ، یکی ازتاثیرگذارترین ربات های انسان نما درسال های اخیرمی باشد. این ربات با داشتن وزنی سبک و بازوهایی با شکل عجیب ، بطورمتحیرکننده وشگفت انگیزی، دارای چابکی وفرزی می باشد و محققین آلمانی بطور پیوسته برروی پوشش آن ازلحاظ سخت افزاری و نرم افزاری کار کرده وبه سمت جلو پیش میروند.
درهرکنفرانس بزرگ رباتیک ، میتوانید انتظاریک حرکت جدید ازJustin را داشته باشید. دراینجا باید اشاره کنیم که Justin در حقیقت یک ربات انسان نما با بدن کامل نمی باشد ودرحال حاضردارای یک بدن ( تنه ) بالایی باسر،خاصیت پیچ و تاب خوردن و دو بازو میباشد که می تواند روی یک پایه ثابت ویا یک سکوی دارای چهار چرخ، سوار شود .
دلیل ذکرکردن Justin در این بخش ، این است که محققین DLR در اوایل امسال ، یک جفت پا را نشان دادند که فکرمی کنیم ، تنه پایینی Justinباشد .پاها ازهمان قدرت استفاده می کنند درعین حالی که موتورهایی با وزن سبک ، در بازوهای Justin بکاررفته اند. این دیدگاه براساس مفهوم کنترل مفصل(بند) یرپایه گشتاوربرای تعادل وراه رفتن حیوان دوپا می باشد که طبق نظرآقایChristian Ott ،محقق ارشدی است که روی پاها کارمی کند. اگر قسمت پایینیJustin ، به چابکی و فرزی قسمت بالایی آن باشد ، این روبات قادر به انجام کارهایی خواهد بود که تاکنون از هیچ رباتی دیده نشده است .

یک


ارسال توسط حسین

CHARLI
آزمایشگاه مکانیسم وتکنولوژی رباتیک ویرجینیا-ایالات متحده آمریکا

ما قبلاً درمورد CHARLI صحبت کرده ایم.بنا به نظرآقای Dennis Hong -متخصص تکنولوژی رباتیک ویرجینیا ، این ربات، اولین ربات انسان نمای خودکار راه رونده با اندازه کامل درایالات متحده آمریکا میباشد.
آقای Hong علاقه فراوانی به استفاده از سرنام (کلمه مخفف ) برای رباتهایش دارد.
CHARLI مخفف "ربات خودکارانسان نمای دارای ادراک با هوش (توانایی) یادگیری" می باشد .
درحقیقت دومدل CHARLI وجود دارد. نوع اول کوچکتر بوده و CHARLI_L نامیده میشودکه از موتور و یک سیستم پیوندی قرقره و فنرجهت حرکت استفاده میکند.درحال حاضر، آقای Hong و تیمش درحال ساخت مدل سنگین تربنام CHARLI_H می باشند که پا محرک های خطی سفارشی تجهیزخواهد شد. درسمت راست ، به تصویر پای آینده CHARLI_H نگاه کنید. آقایHong در مورد این محرک های جدید ، رازدار بوده وفقط به این نکته اشاره میکند که آنها به چگونگی تقلید ازنحوه حرکت اعضاء انسان ( دست یا پا ) کمک خواهد کرد.
منتظردیدن بازی CHARLI_H در لیگ ربات های انسان نما درRobo Cup هستیم .
آیا این ربات می تواند، همانند روبرتو کارلوس (Roberto Carlos) ضربه بزند؟
به CHARLI_L نگاه کنید که تا حدی قدم های محتاطانه برمیدارد ولی با این حال،قدم هستند.

منبع http://www.iranrd.net/Fa/?Page=NewsItem&ncID=6&nID=155

یک


ارسال توسط حسین

SURENA 2
انجمن
تخصصی مراکز تحقیق و توسعه صنایع و معادن ایران

سرانجام دراین قسمت، به ربات ایرانی Surena 2 اشاره میکنیم که چند ماه گذشته رونمایی گردید ، صرفا"بدین دلیل که بک توسعه غافلگیرکننده بود. بعدازانتشاراولین گزارشها، بعضی ازاشخاص شک کردند که این روبات چیزی بیشترازیک بدنه یا پوشش پلاستیکی شبیه Asimo نبست .
ولی سرانجام ، فیلم ویدوئی ثابت کرد که ربات انسان نما ، براستی یک ربات انسان نما می باشد . آقای عقیل یوسفی کما- استاد دانشگاه تهران به IEEE گفت که این ربات 45/ متری ، جهت کمک به محققین برای کشف جوانب حرکت بادوپا توسعه یافت.
تیم ایشان برروی سیستم کنترل بازخوردی کارمیکند که ثمره اش حرکت وراه رفتن بیشتری شبیه انسان می باشد. سورنا ممکن است به آهستگی گام بردارد، ولی حرکات منحصربه خودش را دارد. می تواند خم شود، بر روی یک پا بایستد و بر اساس بعضی از گزارشات خبری، برقصد .
درتصویر، سورنا 2 مهارت هایش را نشان میدهد .

یک


ارسال توسط حسین

REEM-B
PAL Robotics- بارسلونا- اسپانیا

آقای Davide Faconti موسس Pal Robotics می گوید ، هدف از ساخت وطراحیReem-B ، کمک به انسان ها در امور روزمره بود . این ربات47/1 متری که دو سال گذشته رونمایی گردید ، می تواند با سرعت نسبتاً پایین و درحدود 1/5 کیلومتردر ساعت راه برود . همچنین آقای Faconti اشاره می کند که با توجه به محرک های قوی درپاها و بازو ها ، به احتمال زیادReem-B ، قوی ترین ربات انسان نما در جهان می باشد ، واشاره میکند که رباتش می تواند یک بار 12 کیلوئی را حمل کند ( یک هندوانه بزرگ ).



http://www.iranrd.net/Fa/?Page=NewsItem&ncID=6&nID=155 منبع

یک


ارسال توسط حسین

اطلاعیه اخرین مسابقات

مسابقاتی که امسال قرار است برگزار شوند بدین ترتیب است:

 

 

 

 

 

اولین دوره مسابقات ربات های شطرنج باز – زمستان ۱۳۹۱

گروه مکاترونیک پردیس بین المللی کیش دانشگاه تهران، قصد دارد اولین دوره مسابقات ربات های شطرنج باز را در زمستان ۱۳۹۱ برگزار نماید.

 

 

جهت اطلاعات بیشتر می توانید به آدرس زیر مراجعه نمایید.

http://chess.mechatronici.com

=================================================

 

 

 


یک


ارسال توسط حسین

صفحه قبل 1 2 3 صفحه بعد

صفحه قبل 1 2 3 صفحه بعد

آرشیو مطالب
پيوند هاي روزانه
امکانات جانبی

نام :
وب :
پیام :
2+2=:
(Refresh)

خبرنامه وب سایت:





آمار وب سایت:  

بازدید امروز : 2
بازدید دیروز : 0
بازدید هفته : 11
بازدید ماه : 63
بازدید کل : 117511
تعداد مطالب : 26
تعداد نظرات : 1
تعداد آنلاین : 1





ربات