دانلود مقاله ربات

-1-مقدمه : کارهای دستی برای اکثر مردم می تواند رضایت بخش و برای بعضی هم لذّت بخش باشد ، ولی این رضایت و لذّت زمانی به پایان می رسد که اجرای کار به صورت عملی تکراری و یک محیط یکنواخت و دائمی به شیوه تکلیفی ساده و بدون هیچ گونه رقابت درآید .

وظیفه هایی که چنین ویژگیهایی دارد ، می تواند استفاده از دستگاههای مجهز به وسایل خودکار یا اتوماسیون را مد نظر قرار دهد .

همچنین نیاز به تولید انبوه ، مرغوبیت کالا و کیفیت یکنواخت باعث شده که صنعت امروزه هر چه بیشتر خود را به سمت دستگاههای مجهز به وسایل خودکار کامپیوتری یا اتوماسیون کامپیوتری سوق دهد .

در حال حاضر اکثر خودکار سازهای مّولد طوری به وسیله ماشین و یا دستگاهها طراحی شده اند که بتوانند تعیین شده قبلی را که در محیط تولیدی به دقت و فقط برای یک منظور ساخته شده است انجام دهند .

تغییر ناپذیری و گرانی دستگاههایی که معمولاً به نام دستگاههای اتوماسیون سخت معروف اند ، باعث شده که روبات با داشتن قابلیت تغییر پذیری در اجرای کار برای تولیدات متفاوت و ارزانتر در محیطهای مختلف به فراوانی در خطوط تولید به کار گرفته شود .

امروز می بینیم که در کشورهای پیشرفته صنعتی چگونه علم روباتیک در تکنولوژی وصنعت به طور وسیع گسترش یافته و همین امر باعث شده که این علم مورد تحقیق و بررسی بیشتری قرار گیرد و تکامل و پیشرفت زیادی در زمینه های مختلف روبات مانند حرکت شناسی یا سینماتیک ، دینامیک ، برنامه نویسی ، برنامه ریزی ، کنترل ، حس تشخیص و هوشمندی ماشین صورت گیرد.

آزادی حرکت و قابلیت تغییر پذیری روبات باعث گسترش استفاده علم و روباتیک شده است .

امّا متأسفانه هنوز وقتی صحبت از طراحی و کاربرد روبات می شود ، معیاری که بتوان با آن کاربرد روبات را مورد سنجش قرار داد وجود ندارد ، غیر از خصوصیات مکانیکی مانند قابلیت تکرار کار یا حداکثر قدرت جا به جایی بار به وسیله روبات از دیگر ویژگیهای آن سرعت و شتابی است که روبات میتواند از خود ارائه دهد .

با آگاهی از این نوع اطلاعات مکانیکی که تولید کننده روبات در دسترس استفاده کننده گان قرار می دهد ، هنوز مشکل بتوان کیفیت کامل کاربرد یک روبات را معلوم کرد .

چون روبات سیستمی است مرکب از یک تکنولوژی که دارای عامل مکانیک و کنترل است ، در نتیجه خصوصیات حرکت شناسی و دینامیک روبات باید به خوبی طراحی شوند که به سادگی قابل کنترل باشند .

طبیعی است که روبات باید از نقطه نظر کنترل نیز مورد بررسی قرار گیرد .

روباتهای صنعتی مختلفی وجود دارند که می توانند در خطوط تولید متفاوت مورد استفاده قرار گیرند .

سازندگان روباتهای صنعتی در امر نامگذاری روباتها تا حدودی به تعریفهای مشترک دست یافته اند که می توان آنرا به صورت زیر دسته بندی کرد : (جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است) 1- روبات با کمتر از 5 درجه آزادی – بهم پیوستن خودکار (Automation Assembely ) 2- روبات با 5 درجه آزادی - جا به جا کردن ( Pick and place ) 3- روبات با بیشتر از 5 آزادی – کنترل مسیر و دقت ( Path & Precision control ) همان طور که مشاهده می شود کاربرد و قابلیت روبات با درجه آزادی آن رابطه مستقیم دارد ( در فصلهای آینده در این باره بیشتر صحبت خواهیم کرد ).

ریشه واژه روبات از لغت روباتا که در زبان (( چک )) به معنی کار است گرفته شده است .

انجمن روبات بریتانیا (( BRA )) ربات را چنین تعریف می کند : روبات دستگاهی است با قابلیت برنامه ریزی مجدد و طراحی ویژه که توانایی به حرکت در آوردن قطعه ، ابزار کار و یا ابزار خاص تولید را دارد تا طبق یک برنامه ریزی مشخص برای انجام کاری معین در رابطه با یک تولید خاص به کار گرفته شود.

تعریف دیگری از روبات که خیلی متداول است و امروزه کاربرد بیشتری دارد از طرف اینستیتو روبات آمریکا عنوان شده است : روبات بازوی مکانیکی با طراحی ای ویژه و قابلیت برنامه ریزی برای انجام کارهای متفاوت است که طبق برنامه ریزی مشخصی در یه حرکت در آوردن قطعه و ابزار کار و یا ابزار تولید برای انجام کار معینی مورد استفاده قرار می گیرد.

تعریف بازوی مکانیکی : بازوی مکانیکی ماشینی است که عملکرد آن شبیه بازوی انسان است و در جا به جا کردن جسم و یا قطعه ای از یک نقطه به نقطه دیگر به کار گرفته می شود .

1 – اتو ماسیون سخت : اتو ماسیونی است که با استفاده از سیستمهای الکتریکی ، الکترونیکی و یا مکانیکی انجام می گیرد.

2 – اتوماسیون نرم : اتو ماسیون نرم آن است که در کنترل کردن آن از برنامه نویسی سطح بالا ، یا سطح پایین استفاده می شود .

جدول 1-1 مقایسه ای است بین اتوماسیون سخت ، اتوماسیون نرم و کار انسان .

یک اتوماسیون نرم ترکیبی است از اتوماسیون سخت و کار انسان .

کیفیتهای استفاده از روبات در یک سیستم تولیدی را می توان به صورت زیر جمع بندی کرد : 1- قابلیت تغییر پذیری زیاد نسبت به اتوماسیون سخت .

2- قابلیت استفاده روبات در محیط کار خطرناک و نا مطبوع .

3- بالا بردن سطح تولید .

4- یکنواختی کیفیت تولید .

5- پر کننده خلاء کارگر با تجربه .

6- نیاز به کارگر کمتر .

وقتیکه قابلیتهای روبات در نظر گرفته شود بعضی از تواناییهای آن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد .

95% از روباتها در حال حاضر در شش قسمت زیر ( 3-1 ) مورد استفاده اند .

به غیر از استفاده های بالا روباتهای کمی هستند که در کار بازبینی مورد استفاده قرار می گیرند ، مثلاً پیدا کردن نشت گاز یکی از این موارد است .

در فصلهای بعدی ، این نوع روباتها و عملکردشان در نحوه بازبینی مورد بررسی قرار خواهد گرفت .

ساختمان روبات 1-2 – مقدمه : روبات ماشین پیچیده ای است و برای اینکه بدانیم چگونه کار می کند ، مهم است که راجع به ساختمان و نیرویی که روبات را به حرکت در می آورد و سیستمی که آنرا کنترل می کند ، اطلاعات کافی داشته باشیم ، در این فصل به بررسی نکات ذکر شده می پردازیم .

(جداول و نمودار در فایل اصلی موجود است) 2-2 سیستمهای روبات صنعتی : روبات صنعتی از پنج قسمت که با هم در ارتباط اند تشکیل شده است که عبارتند از : مجموعه اندامهای مکانیکی : این مجموعه شامل بازوهای پیوسته ای است که به حالت لولا به هم متصل شده و قابل حرکت اند .

در شکل 1-2 روباتی را که بازوها و مفصلهایش در آن مشخص شده است مشاهده می کنیم .

مفصلهای روبات را می توان به یکی از د و صورت د ورانی یا منشوری به کار برد ( 2-2) .

هر مفصل و بازو ، تشکیل دهنده یک درجه آزادی است .

در نتیجه Nدرجه آزادی متشکل از تعداد N مفصل و N بازو که به وسیله بازوی (( 0 )) ( صفر ) که جزء بازوی روبات به حساب نمی آید به جایی وصل شده است .بنا براین بازوی ((0)) پا یه ای است که روبات به وسیله آن فقط به جایی نصب شده و در حرکتهای روبات اثری ندارد .

در این پایه است که مختصات اوّلیه روبات که معروف به مختصات جهانی است تعیین می شود .

آخرین بازوی بیرونی روبات به ابزاری که روبات با آن کار خود را انجام می دهد متصل است و نحوه شماره گذاری مفصلها و بازوها از پایه شروع شده و به سمت بالا شماره گذاری می شوند .

در نتیجه مفصل ((1)) بین پایه ((0)) و بازوی ((1)) قرار دارد و هر بازو حد اکثر به دو بازوی دیگر متصل است .

بازوهای روبات هیچ وقت یک مدار بسته را تشکیل نمی دهند، و همان طور که قبلاً نیز گفته شد هر دو بازو به دو شکل می توانند بهم متصل شوند : یکی دورانی که در هم به صورت لولا قرار می گیرند و در داخل هم قابلیت چرخش دارند و دیگری منشوری که آن هم لولا شده ولی فقط قابلیت پایین و یا بالا رفتن دارند.

2 – سیستم نیروی محرکه یا کار انداز : سیستمهای محرکه تولید کننده قدرت و یا نیرو هستند ، که زیر نظر یک سیستم کنترل شده با دقت مفصلها و بازوهای روبات را به حرکت در می آورند .

سه نوع سیستم نیروی محرکه که در روباتها استفاده می شوند عبارتند از : ( I ) – سیستم بادی یا پنوماتیک : این سیستم عموماً در روباتهای صنعتی که در مونتاژ یا جا به جا کردن قطعات به مراکز و محلهای ثابت به کار گرفته می شوند وجود دارد .

استفاده از فشار هوا ارزان شناخته شده است .ولی مشکل چنین سیستمی کمبود کنترل دقیق بر روی سیستم مربوطه است و حرکتها تنها بین نقاطی که قبلاً با مانعهای مکانیکی تعیین شده است مشخص و حرکتی بیش از این محدوده مکانیکی امکان پذیر نیست .

البته سرعت این سیستم خوب است و دقت آن تا زیر میلیمتر نیز می رسد .

(I I ) – سیستم روغنی یا هیدرولیک : این سیستم از قابلیت کنترل بالایی برخوردار است و توانایی ایجاد نیروی زیادی دارد .

البته روباتهایی که از سیستم روغنی یا هیدرولیک استفاده می کنند روباتهای تقریباً بزرگی هستند که برای طراحی و نگهداری نیاز به تخصص بالایی دارند .

این سیستم احتیاج به پمپ هیدرولیکی داشته و به همین دلیل در صورت خرابی ، محیط و روبات را روغنی می کند.

(I I I) – سیستم برقی : از این سیستم در روباتهای کوچک که متداولترین روباتها نیز هستند بیشترین بهره گیری به عمل می آید که بر دو نوع اند موتورهای پله ای و موتورهای سرو یا خود تنظیم (Servo) .

در زیر ، توضیحی درباره هر یک از آنها آمده است : الف – موتورهای پله ای : موتورهایی هستند که رابطه سیم پیچ و روتور یا چکش برق به نحوی است که مبدل خروجی از موتور را به صورت پله ای یا منفصل به گردش در می آورند .

با تغییر دادن شدت جریان برق در سیم پیچ ، چکش برق یا روتور به حرکت در آمده و به جای بعدی می رسد، و دیگر حرکتی نمی کند تا دوباره در شدت جریان تغییری به وجود آید .

این موتورها در انواع 6 پله ای تا 200 پله ای موجودند، البته در صورت لزوم می توان جعبه دنده را به موتورهای پله ای اضافه کرد .

ب : موتورهای سرو یا خود تنظیم : (Servo) : این موتورها معمولاً موتورهای مستقیم هستند ، شفت خروجی موتور به دستگاه کنترلی مانند پتانسیومتر وصل شده است که به وسیله آن میزان گردش موتور را می توان تنظیم کرد .

مدار کنترل الکترونیکی ، مکان مورد نظر را با استفاده از سیگنال الکترونیکی نشان می دهد ، آنگاه با سیگنالی که از دستگاه کنترل یا همان پتانسیومتر خارج می شود مقایسه کرده و بعد شدت جریان لازم را به موتور ، هدایت می کند تا اختلاف این دو سیگنال به حد اقل برسد .

مسلماً هر چه اختلاف این دو سیگنال کمتر باشد دقت تعیین مکان بیشتر است .

نیروی مورد نیاز موتورهای D C از یک مرکز برق 240 ولت و یا 110 ولت که بعد از عبور از یک سیستم مرکز تهیه برق به ولتاژ خیلی کمتر برق مستقیم (D C) ، مثلاً 12 ولت تبدیل شده تأمین می شود .

قیمت این موتورها ارزان است و از قابلیت کنترل ساده ای نیز برخوردارند .

اگر چه سیستم های هیدرولیکی و پنو ماتیکی در روباتهای با مقیاس بزرگ به طور خیلی متداول مورد استفاده قرار می گیرند ، ولی این نوع روباتها در آزما یشگاه استفاده ای ندارند ، امّا در مکانهایی که امکان آتش سوزی وجود داشته اشد موارد استفاده زیادی دارند .

جدول 1-2 مقایسه ای است بین برتریهای استفاده این سه نوع سیستم نیروی محرکه.

جدول 1-2 : مقایسه نیروی محرکه روبات 3ـ سیستم انتقال نیرو : دستگاه یا سیستم انتقال نیرو ، واسطه ای است بین مجموعه اندامهای مکانیکی و سیستم نیروی محرکه که می تواند نیروی محرکه را از محل تولید به یکی از اجزاء روبات مانند مفصلها ، بازوها ، مچ و انگشتهای گیرنده انتقال دهد.

روباتهایی که از سیستم نیروی محرکه هیدرولیکی و یا پنوماتیکی استفاده می کنند ، مستقیماً از طریق مرکز تولید نیرو و معمولاً بدون استفاده از واسطه های سیستم انتقال نیرو ، به حرکت در می آیند .

در صورتی که روباتهای برقی به دلیل وجود سرعت و نیروی دورانی و وزن موتورهای برق ، نیاز به سیستم انتقال نیروی