دانلود مقاله رباتیک

      مقدمه ای بر رباتیک

-1مقدمه

    اتوماسیون در بخشهای مختلف صنعت و کارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا کرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد.

بیش از چند دهه از ظهور کارخانجات کاملاً مکانیزه که در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیک بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد.

اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن کارخانجات مکانیزه ای بوده ایم که طراحی، ساخت و نحوه کار آنها واقعاً حیرت انگیز است.

ایده و دانش کنترل اتوماتیک و استفاده از سیستم های مکانیزه در کارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد.

ما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سالهای اخیر بوقوع پیوسته است.

ربات ها جدیدترین مرحله تلاش انسان جهت صنایع اتوماتیک به شمار می روند.

رباتها آن دسته از ماشینهای ساخت بشر هستند که لزوماً حرکتهایی شبیه انسان ندارند ولی توان تصمیم گیری و ایجاد و کنترل فعالیتهای از پیش تعیین شده را دارند.

تعریف ربات

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

    1- تعریفی که توسطConcise Oxford Dic.  صورت گرفته است؛ ماشینی مکانیکی با ظاهر یک انسان که باهوش و مطیع بوده ولی فاقد شخصیت است.

این تعریف چندان دقیق نیست، زیرا تمام رباتهای موجود دارای ظاهری انسانی نبوده و تمایل به چنین امری نیز وجود ندارد.

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

    3- دسته بندی رباتها

    ربات ها در سطوح مختلف دو خاصیت مشخص را دارا می باشند :

    1- تنوع در عملکرد

    2- قابلیت تطبیق خودکار با محیط

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

سه

 دسته بندی مختلف در مورد رباتها وجود دارد.

دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی، دسته بندی

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

   1-3-دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی

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

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

    2- ربات با ترکیبات ثابت : این دسته رباتها با ترکیبات ثابت طراحی می شوند.

در این حالت یک دست مکانیکی کارهای مکانیکی را با قدمهای متوالی تعریف شده انجام می دهد و به سادگی ترتیب کارها قابل تغییر نیست.

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

    4- ربات قابل آموزش : اپراتور در ابتدای امر به صورت دستی با هدایت یا کنترل ربات کاری را که باید انجام شود، انجام می دهد و ربات مراحل انجام وظیفه را در حافظه ضبط می کند.

هر وقت که لازم باشد، می توان اطلاعات ضبط شده را از ربات درخواست نمود و ربات وظیفه درخواست شده را بصورت خودکار انجام می دهد.

    5- ربات با کنترل عددی : اپراتور وظیفه ربات را توسط یک برنامه کامپیوتری به او تفهیم می نماید و نیازی به هدایت دستی ربات نیست.

درواقع ربات با کنترل عددی، رباتی است که با برنامه کامپیوتری کار می کند.

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

    2-3- دسته بندی مؤسسه رباتیک آمریکا

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

    3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی

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

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

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

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

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

    4- اجزاء اصلی یک ربات

    مهندسی ربات، مهندسیهای نرم افزار، سخت افزار، برق و مکانیک را در خدمت خود گرفته است.

بعضی مواقع این علوم به حد کافی پیچیده می باشند.

همچنانکه در شکل 2-2 مشاهده می شود هر ربات دارای 5 مؤلفه به شرح ذیل می باشد [9]و[15]:

    1-4- بازوی مکانیکی ماهر(Mechanical Manipulator)

    بازوی مکانیکی شامل چندین واصل است که با مفصلها به هم وصل می شوند.

این واصلها در جهات مختلف در فضای کاری قادر به حرکت می باشند.

حرکت یک مفصل بخصوص باعث حرکت یک یا چند واصل می شود.

عامل تحریک مفصل می تواند مستقیماً یا از طریق بعضی انتقالات مکانیکی بر واصل بعدی متصل شود.

به واصل نهایی بازوی مکانیکی وسیله کاری ربات وصل شده است که به آن عامل نهایی می گویند.

هر یک از مفصلهای ربات یک محور مفصل دارند که واصل حول آن می چرخد.

هر محور مفصل یک درجه آزادی(D.O.F.) تعریف می کند.

بیشتر رباتها دارای 6 درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای 6 مفصل، بمنظور حرکت در 6 جهت.

اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند.

بطورکلی صرفنظر از جزئیات، محورهایی که برای محاسبه موقعیت

و استقرار مچ استفاده می شوند، محورهای اصلی ربات هستند.

محورهای مفصلهای باقیمانده جهت قرار گرفتن دست ربات را مشخص می کنند، ولذا محورهای فرعی  نامیده می شوند.

            دو نوع مفصل اصلی به صورت گسترده در صنعت رباتها بکار گرفته می شود.

مفصل دورانی که نمایش دهنده حرکت چرخشی حول یک محور است و مفصل انتقالی یا لغزشی که نمایش دهنده حرکت خطی در طول یک محور است، (جدول 1).

    2-4- سنسورها

    برای کنترل صحیح بازوی مکانیکی بایستی وضعیت هر مفصل شناخته شده باشد.

منظور از وضعیت، موقعیت مفصل، سرعت و شتاب می باشد.

بنابراین در مفصلها بایستی سنسورهایی جهت دید مفصلها و وصلها جهت تعیین موقعیت، گشتاور، سرعت، شتاب، و ...

نصب شود، تا وضعیت مفصلها به کنترلر ابلاغ شود.

خواندن اطلاعات سنسور، یا در اتمام حرکت یا در حین حرکت انجام می گیرد و با ارسال اطلاعات آنی سنسورها به کنترلر، کنترل صحیح و واقعی سیستم مکانیکی انجام می شود.

این اطلاعات سنسوری، دیجیتال یا آنالوگ و یا ترکیبی می باشند.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

    3-4- کنترلر

    بخشی است که به بازوی مکانیکی، هوش انجام کار را می دهد.

کنترلر معمولاً از بخشهای ذیل تشکیل می شود :

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

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

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

            4- حرکت مؤلفه های بخصوصی در نقاط معینی مقدار دهی اولیه شده و در نقطه بخصوص

دیگری پایان می یابند.

            5- واحد محاسباتی که محاسبات لازم برای کنترلر را انجام می دهد.

به عبارت دیگر، برای

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

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

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

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

            9- وسایل و تجهیزات لازم جهت آموزش ربات.

کنترلرهای رباتها کلاً به 5 دسته تقسیم بندی می شوند :

            1- کنترل با قدم ساده(Simple Step Sequencer)

            2- سیستم منطقی پنوماتیکی(Pneumatic Logic System)

            3- کنترلر با قدم های الکترونیکی (Electronic Sequencer)

            4- میکرو کامپیوتر (Micro Computer)

            5- مینی کامپیوتر (Mini Computer)

سه کنترلر اول در ربات های کم هزینه به کار برده می شوند.

بیشتر کنترلرهای امروزی براساس میکروکامپیوترهای معمولی می باشند و سیستم کنترل براساس مینی کامپیوتر زیاد رایج نمی باشد، چرا که نسبت به میکروکامپیوترها هزینه بالاتری دارند.

    4-4- واحد تبدیل توان

    این واحد سیگنال های کنترلر را گرفته و به یک سیگنال در سطح توان محرک ها و موتورها، جهت حرکت، تبدیل می کند.

این واحد شامل تقویت کننده های توان الکترونیکی برای رباتهای الکتریکی و شیرهای کنترلی و راه اندازهای هیدرولیکی برای رباتهای هیدرولیکی می باشد.

     5-4- محرک مفاصل

    این وسائل تحت یک سری شرایط کنترل شده و دقیق توان لازم را جهت مفصلها فراهم می آورند.

این توان می تواند الکتریکی، هیدرولیکی یا پنوماتیکی باشد.

پس به طور خلاصه یک ربات دارای مؤلفه های؛ اسکلت ساختاری، سیستم تحریک کننده مفصلها، سیستم سنسوری، کنترلر، سیستم تغییر سیگنال (تغییر سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعکس، تقویت سیگنال، فیلتر کردن سیگنال و ...) می باشد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

    در شکل 3 سلسله مراتب ساختاری یک ربات متحرک را مشاهده می کنید.

هر ماجول در شکل قابل تجزیه به زیر سیستم هایی می باشد.

هم اینک رباتها با مفصلهای متحرک به خاطر سادگی ساخت و سرعت عمل و نزدیکی آن به قابلیت انعطاف بازوی انسان، در صنعت به طور وسیع استفاده می شوند.

هم اینک رباتها با مفصلهای متحرک به خاطر سادگی ساخت و سرعت عمل و نزدیکی آن به قابلیت انعطاف بازوی انسان، در صنعت به طور وسیع استفاده می شوند.

شکل 3 : سلسله مراتب زیر سیستم های یک ربات متحرک نمونه 5- طبقه بندی رباتها تا بحال طرح های زیادی در طبقه بندی رباتها ارائه شده است که بیشتر آنها به بعضی جوانب رفتاری یا فیزیکی ربات توجه داشته اند.

ولی طبقه بندی استانداردی در مورد ربات وجود ندارد.

با طبقه بندی رباتها می توان مشخصه های آنها را با هم مقایسه کرد و برای یک کاربرد بخصوص، ربات مناسب را انتخاب کرد.[9،11و21] 1-5- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر کاربرد از نقطه نظر کاربرد، رباتها را می توان به سه دسته تقسیم کرد : 1-1-5- رباتهای صنعتی بسیاری از رباتها قادر به انجام عملیات لازم برای تولیدات صنعتی می باشند.

رباتهای جوشکار، رنگ پاش، مونتاژ کننده و غیره، رباتهایی می باشند که در صنعت کاربرد فراوانی دارند.

2-1-5- رباتهای شخصی و علمی بیشتر رباتهای علمی قابلیتهای بهتری نسبت به رباتهای صنعتی دارند.

این گونه رباتها در تعداد کم ساخته می شوند و هدف اصلی بهره برداری علمی از آنهاست.

این گونه رباتها بیشتر در زمینه تحقیق در هوش مصنوعی ساخته می شوند و کنترلر بخصوصی ندارند و یک کامپیوتر از طریق زبانهــای برنامه نویســـی سطح بالا کنترلــر آنها می باشد.

معمولاً به خاطر سرعت و دقت کم، قیمت کمتری دارند.

3-1-5- رباتهای نظامی این رباتها دارای مواد منفجره و سلاح های گردان می باشند و با محیط خود از طریق سنسور ارتباط برقرار می کنند.

همچنین این رباتها قادر به ارتباط برقرار کردن با اپراتور انسان و دیگر سیستم ها می باشند.

2-5- طبقه بندی از نقطه نظر استراتژی کنترل در نسلهای ربات این تقسیم بندی ها در حقیقت متکی به اصول سیستمهای کنترلی رباتهاست و بصورت زیر نامگذاری شده اند : 1-2-5- نسل اول در اولین نسل، کنترل فقط در یک سری نقاط توقف انجام می گیرد.

اینگونه کنترل به کنترل حلقه باز معروف می باشد.

این نوع رباتها محدود به انجام حرکات کوچک (حرکت دادن قطعه ای از یک نقطه به نقطه دیگر) می باشند.

2-2-5- نسل دوم ساختار کنترلی این نسل همان ساختار حلقه باز می باشد ولی بعوض یک سری کلیدهای کنترلی، حرکات کنترلی توسط یک سری عدد که در حافظه سیستم ضبط شده اند، انجام می گیرد.

بعضی رباتهای امروزی جزو همین نسل می باشند که به نسل اول کلی قابلیت و توان کامپیوتری اضافه کرده اند و تنها کار هوشمند آنها یادگیری یک سری از عملیات برای بازوی مکانیکی می باشد که توسط اپراتور انسان و به کمک جعبه کنترل انجام می گیرد.

این رباتها قابلیت نشان دادن عکس العمل در برابر حوادث پیش بینی نشده را ندارند.

به عبارت دیگر، بخش کنترلر در نسل اول مکانیکی و در این نسل الکترونیکی می باشد.

برای این رباتها بایستی محیط کارخانه با دقت هر چه تمامتر مناسب آنها وفق داده شود، قطعات با دقت زیاد در موقعیت مناسب خود قرار گیرند و روابط بین ماشینها به دقت معین شوند.

بیشتر کاربرد اینگونه رباتها در کاربردهای جوشکاری و رنگ پاشی می باشد.

شکل 4-2 شماتیک کنترل نسل اول و دوم را نشان می دهد.

شکل 4 : کنترلر نسل اول و دوم رباتها 3-2-5- نسل سوم از اختراع نسل سوم رباتها 15 تا 20 سال می گذرد.

سیستم کنترلی این نسل به کنترل حلقه بسته معروف می باشد.

در این نسل، کنترلر ربات یا یک کامپیوتر می باشد و یا یک پروسسور ارزان قیمت می باشد که به آن اضافه شده است.

بدین ترتیب رباتهای نسل دوم دارای قابلیتهای زیادتری شده و نسل سوم بوجود آمده است.

با اضافه شدن قدرت محاسبات کامپیوتری، محاسبات لازم برای کنترل حرکت هر درجه ازادی جهت انجام حرکت صاف عامل نهایی در طول مسیر تعیین شده، بصورت بلادرنگ انجام می گیرد.

وضعیت محیط اطراف از طریق سنسورهای نیرو و گشتاور اخذ شده و در کنترل بکار گرفته می شود.

با حضور سنسورهای متفاوت، چندین ربات می توانند بی هیچ مشکلی کارهای متفاوتی را انجام دهند.

برنامه ریزی اینگونه رباتها به کمک یک سری زبانهای سطح بالا انجام می گیرد.

شماتیک کل این سیستمها را در شکل 5-2 مشاهده می کنید.

کاربردهای این نسل جوشکاری نقطه ای، رنگ پاشی، مونتاژ می باشند.

شکل 5 : کنترلر نسل سوم رباتها 4-2-5- نسل چهارم نسل چهارم رباتها در چند سال اخیر معرفی شده است ولی پتانسیل کامل کاری آنها به زودی محقق نمی شود.

در این نسل، رباتها دارای هوش مصنوعی بوده و ادراکاتی بیشتر از نسل سوم مانند قدرت تصمیم گیری و تشخیص طرح و ابعاد قطعه و همچنین تکمیل و تصحیح حرکات در عملیات مختلف را دارا می باشند.

قدرت بینایی، مشابه سازی از تأثیرات محیطی به صورت دیجیتال و استفاده از سنسورها از ویژگیهای این نسل از رباتها است.

در این رباتها، چندین پروسسور وجود دارند که هر یک بصورت آسنکرون یک سری عملکرد بخصوص را انجام می دهند و یک کامپیوتر ناظر، مسئول هماهنگی و نظارت بر این پروسسورها بوده و عملکردهای سطح بالا را برای آنها مهیا می کند.

هر پروسسور سیگنالهای سنسوری داخلی (موقعیت، سرعت و جهت) را دریافت می کند، بخشی از کنترل کننده سرو سیستم می باشد.

کامپیوتر ناظر بر پروسسورها، محاسبات هماهنگ کننده بین عملیات پروسسورها را انجام می دهد و با سنسورهای خارجی و تجهیزات و کامپیوترهای دیگر ارتباط دارد و برنامه های متنوع را اجرا می کند.

هدف اصلی در این نسل طراحی پردازش سلسله مراتبی توزیعی می باشد که قابلیت انعطاف را بالا برده و بسادگی تغییرات را فراهم می کند.

در این نسل سنسورها در نهایت باهوشی پیرامون خود را احساس کرده و با استفاده از مفاهیم هوش مصنوعی و با زیرکی هر چه تمامتر و با وجود کمترین اطلاعات، کار خود را بنحو احسن انجام می دهند.

شکل 6-2 شماتیک کنترل این نسل را نمایش می دهد.

شکل 6 : کنترلر نسل چهارم رباتها 3-5- طبقه بندی از نقطه نظر محرک مفصلها هر محور حرکت دارای یک کارانداز می باشد که سیگنالهای الکتریکی کامپیوتر را به حرکات مکانیکی تبدیل می کند.

در بیشتر رباتهای تحت کنترل کامپیوتر، محورهای حرکت تحت سیستم های حلقه بسته کنترل می شوند.

سیگنال برگشتی با مقدار واقعی مقایسه شده و تصمیم گیری مناسب برای رفع میزان خطا انجام می گیرد تأمین کننده های محرک مفصلها عبارتند از : نیروی الکتریکی، نیروی هیدرولیکی و نیروی پنوماتیکی.

1-3-5- سیستمهای الکتریکی سیستمهای انرژی الکتریکی یکی از انواع سیستمهای تأمین نیروی محرکه ربات می باشد.

یکی از مزیتهای این سیستم ها ایجاد نیرو و افزایش آن به نرمی و با سرعت کم و کاهش آن به نرمی و بدون هیچگونه شوک می باشد.

سیستمهای الکتریکی برای جوشکاری با قوس الکتریکی، جوشکاری نقطه ای، حمل مواد و سوراخ کاری در خط تولید مورد استفاده قرار می گیرند.

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

البته هر کدام از محدودیتها و استفاده های خاص خود را دارا می باشد.

قصد نداریم که کارکرد تک تک آنها را شرح دهیم و توضیح مختصری درباره موتورهایی که بیشتر در رباتها استفاده می شوند، خواهیم داشت.

1-1-3-5- موتورهایDC موتورهایDC بشکلهای سری، شنت (موازی) و ترکیبی (کمپوند) وجود دارند.

کنترل کردن سرعت موتورهایDC می تواند با تنظیم ولتاژ یا جریان و یا هر دو صورت گیرد.

جهت حرکت آنها به راحتی با معکوس کردن قطبها و جهت جریان اعمالی، معکوس می شود.

مقاومتهای متغیر نیز می توانند برای کنترل سرعت موتورهایDC مورد استفاده قرار گیرند.

مقاومت بصورت سری با سیم پیچها بسته می شود و با تنظیم آن ولتاژ مورد نیاز موتور کاهش یا افزایش می یابد.

2-1-3-5- مقایسه موتورهای DC برای اینکه بتوان دریافت که در چه مواقعی از کدام موتور DC باید استفاده نمود.

می بایستی مشخصه های آنها را با هم مقایسه کرد.

برای مقایسه کافی است که به مشخصه های گشتاور و سرعت نوع موتورها توجه کنیم، (نمودار 1).

اگر موتورهای مختلف DC، با توان اسمی یکسان را با هم مقایسه کنیم.

در این صورت تمامی مشخصه ها در یک نقطه تلاقی خواهند داشت و این نقطه مربوط به مقادیر اسمی مشترک می باشد.

با توجه به محدوده تغییرات باری که باید توسط موتور بچرخد، می توان موتور مناسبی را انتخاب نمود.

نمودار 1 : مقایسه موتورهای DC 5-3-1-3- موتورهای AC موتورهای AC برای راه اندازی کمپرسورهای هوا یا پمپ های هیدرولیکی و دیگر تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

4-1-3-5- مزایا و معایب سیستمهای الکتریکی موتورهای الکتریکی رایجترین کاراندازهای به کار رفته برای بازوهای مکانیکی ماهر هستند.

زیرا : 1- براحتی با یک کامپیوتر و یا یک ریز پردازنده قابل کنترل می باشند.

2- براحتی جهت حرکتشان را می توان معکوس کرد.

3- تنظیم میزان حرکت و سرعت با سهولت صورت می گیرد.

4- قابلیت تکرار بالاتری دارند.

اما نسبت توان به وزن در این موتورها به بزرگی سیستمهای هیدرولیکی و پنوماتیکی نیست.

2-3-5- سیستمهای هیدرولیکی هیدرولیک شکلی از انتقال نیرو با موارد استعمال گوناگون است.

ریشه لغت "هیدرولیک" یونانی است و تقریباً به معنی "چیزی که از آب استفاده می کنند" و یا دقیقاً به معنای "آب و لوله ها" می باشد.

از مواقعی که یکسانی رفتار آب با سیالات دیگر محقق گشت کلمه هیدرولیک چنین معنی شده است : "علم رفتار فیزیکی سیالات".

اما در مهندسی تعریف مذکور بدین صورت است: "استفاده از سیالات برای تبدیل و انتقال انــرژی".

روغن بنــا بر خواص بهتر (مقاوم در برابر فساد، دارای خواص لغزندگی، نرمی و غیره).

بعنوان سیال در سیستم ربات مورد استفاده قرار می گیرد.

تقریباً 45% رباتهای صنعتی مورد استعمال امروزه بوسیله نیروی هیدرولیکی کار می کنند.

سیستمهای هیدرولیکی در جوشکاری قوس الکتریکی، جوشکاری نقطه ای، ریخته گری و رنگرزی مورد استفاده قرار می گیرند.

1-2-3-5- مزایا و معایب سیستم های هیدرولیکی دلایل متعددی جهت استفاده از سیستمهای هیدرولیکی وجود دارد که عبارتند از : 1- نسبت توان به وزن بالا 2- کارآیی نرمتر و انعطاف پذیر برای نیروهای بزرگ را داراست.

اما سیستمهای هیدرولیک برای کاربردهای کوچک و دقیق مناسب نیستند و همیشه صدای زیاد، آلودگی وسیع، لوله کشی پرحجم، دقت کم و عملکرد دینامیکی سطح پائین از مشخصات جداناپذیر آنهاست.

3-3-5- سیستمهای پنوماتیکی اصطلاح "پنوما" از کلمه زبان یونانی قدیم مشتق شده است و به عنوان "تنفس" و در فلسفه بعنوان روح آمده است.

پنو در لاتین بمعنی هوا می باشد و پنوماتیک به قسمتی از علم فیزیک گفته می شود که در رابطه با حرکات و وقایع هوا می باشد.

در حدود یک سوم رباتهای صنعتی برای به حرکت درآوردن محورهای خود از نیروی پنوماتیکی استفاده می کنند.

نیروی پنوماتیکی از هوای فشرده تغذیه می شود.

هوای فشرده از طریق لوله های طراحی شده به جهتهای مختلف رانده می شود و باعث حرکت ربات در جهات مختلف می شود.

هوای فشرده، باعث حرکت بازو یا کل ربات می شود.

سیستمهای پنوماتیکـــی بر روی ربات هایی کار گذاشته می شوند که کارهای ساده تولیدی انجام می دهند.

این سیستمها در صنعت برای بلند کردن قطعات و نگه داشتن محصولات در نقطه ای ثابت بکار می روند، مانند : ریخته گری، حمل مواد و ...

1-3-3-5- مزایا و معایب سیستمهای پنوماتیک نکات مثبت راه اندازهای بادی را می توان بطور خلاصه چنین توصیف نمود : - سرعت بالا و نسبت توان به وزن مناسب و بالا - بازده گشتاوری بالا - قیمت پائین - امکان کنترل ساده - احتمال کم در آلوده سازی محیط (نسبت به سیستمهای هیدرولیک) - دارای ساختمانی ساده اما این سیستم بخاطر عملکرد دینامیکی پائین نسبت به سیستمهای الکتریکی و هیدرولیکی کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

4-5- طبقه بندی از نقطه نظر هندسه حرکت مکان هندسی نقاطی در فضای سه بعدی که به وسیله مچ ربات قابل دستیابی است، پوشش کاری یا محیط کاری یک ربات نامیده می شود.

این نوع طبقه بندی، ربات را از نقطه نظر ترتیبهای مکانیکی یا مهندسی بازوهای ربات دسته بندی می کند : 1-4-5- مختصات کارتزین(Cartesian - Coordinate) در این حالت ربات تنها سه محور حرکت در مسیر مستقیم دارد.

بازوی ربات در این حالت یک بازوی افقی می باشد که به یک محور عمودی متصل شده است.

به عبارت دیگر محورهای حرکت بازوی ربات، در جهات مختصات کارتزین می باشد.

این سیستم چند عیب به قرار ذیل دارد : - برای بردن بازو به نقطه هدف الگوریتم پیچیده ای لازم می باشد.

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

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

در شکل 7 این مختصات را مشاهده می کنید.

شکل 7 : ربات کارتزین 2-4-5- مختصات استوانه ای (Cylindrical - Coordinate) در این سیستم، ربات دو محور خطی و یک محور چرخشی دارد.

به طوری که هر نقطه در مختصات ربات با سه مؤلفه زاویه، شعاع و ارتفاع تعریف می شود.

ترکیب یک بازوی افقی با یک بازوی عمودی که قادر به چرخش می باشد، این سیستم را تشکیل می دهد.

و بدین ترتیب بازوی افقی هم در مسیر مستقیم می تواند حرکت کند و هم به دور محور عمودی به چپ یا به راست بچرخد.

توجه داشته باشیم که گرچه سیستم چرخش بسیار کاراتر از سیستم کارتزین می باشد ولی رسیدن به چنین سیستمی کار سختی می باشد.

گشتاور لازم برای یک مفصل بستگی به محل و سرعت و شتاب مفصل و حتی بعضی مواقع به وضعیت مفصلهای دیگر، دارد.

شـــکل 8 این مختصات را نشــان می دهد.

شکل 8 : ربات استوانه ای 3-4-5- مختصات کروی (Spherical - Coordinate) در این سیستم دو محور چرخشی و یک محور خطی داریم.

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

شکل 9 این مختصات را نشان می دهد.

شکل 9 : ربات کروی 4-4-5- مختصات لولایی (دورانی) (Articulated - Coordinate) این مختصات متشکل از سه قطعه متصل به هم است که شبیه بازوی انسان می باشد و در سرعتهای زیاد به خوبی کار می کند و دارای انعطاف پذیری بالایی می باشد.

این سیستم ها در ابعاد کوچک و متوسط و بزرگ به راحتی قابل تولید می باشند.

ضعف عمده این سیستم ها کمی دقت آنهاست به طوری که جمع خطاهای مفصل منجر به بیراهه بردن بازوی آخر می شود.

شکل 10این مختصات را نشان می دهد.

بطور خلاصه، نحــوه استفــاده از این اتصـــالات و نحوه ترکیب آنهــا در سه محـور اصلی، که نمایش دهنده هندسه محیط کاری ربات است، در جدول 2 ارائه گردیده است.

شکل 10 : ربات دورانی Total revolute Axis3 Axis2 Axis1 Robot 0 P P P Cartesian 1 P P R Cylindrical 2 P R R Spherical 2 P R R SCARA 3 R R R Articulated P = prismatic; R = revolute.

جدول 2 : هندسه حرکت براساس محورهای اصلی 5-5- طبقه بندی از نقطه نظر کنترل حرکت رباتها نسبت به کاربردی که دارند می توانند طوری ساخته شوند که با یک طراحی مکانیکی و یا با استفاده از برنامه نویسی کامپیوتری قابل کنترل باشند.

کنترل ربات به دو شکل زیر انجام پذیر می باشد: - کنترل غیر سرو مکانیزم - کنترل سرو مکانیزم 1-5-5- کنترل غیر سرو مکانیزم (Non - Servo Control) این رباتها با اسامی دیگری چون Open Loop یا End Point Robot یاPick and Place Robot یا Bang - Bang Robot نیز شناخته می شوند.

در این ربات ها، کنترل ربات در نقطه توقف انجــــام می گیرد و نه در مسیر حرکت.

در زمان حرکت سنسورها بهیچوجه فعال نمی شوند حد نهایی حرکت در هر محور قابل تنظیم شدن به وسیله موانع مکانیکی است و هیچ دستور کنترل به محورها صادر نمی شود.

هر یک از محورهای این نوع رباتها یک حد مکانیکی ثابتی در انتهای حرکتشان دارند.

رباتهای نسل اول که دارای یک چنین کنترلی می باشند محدود به حرکات کوچک هستند و بیشتر برای کارهای صنعتی از جمله جابجا کردن قطعه ای از یک نقطه به نقطه دیگر به کار برده می شود.

سنسورها معمولاً به فرم سوئیچ حدی می باشد که متصل به هر کدام از محورهای حرکتی می شوند و در ضمن قابل میزان کردن هستند تا حداقل و حداکثر میزان حرکت را مشخص نمایند و توجه داشته باشید تنها در نقطه انتهایی قابل کنترل شدن هستند و در نقاط مابین کنترلی وجود ندارد.

اینگونه رباتها چند خاصیت مهم به قرار ذیل دارند : - به خاطر اینکه کل توان به محرکهای محور اعمال می شود، سیستمهای ارزانی بوده و برای برنامه ریزی و نگهداری عملیات ساده به کار می روند.

- سیستم های قابل اطمینانی می باشند.

- سرعت نسبتاً بالایی دارند.

- از نقطه نظر برنامه نویسی، برنامه قابلیت انعطاف کمتری دارد.

- در هر زمان اغلب یک محور حرکت می کند و در نتیجه بازوها نمی توانند همزمان به یک نقطه خاص برسند.

- از نقطه نظر موقعیت و قابلیت جابجایی انعطاف پذیری زیادی ندارند.

2-5-5- کنترل سرو مکانیزم (Servo Controlled) این رباتها توسط موتورهای سرو مکانیزم رانده می شوند.

سیگنال رانش تابعی از محل و موقعیت فرمــان با میزان موقعیت اندازه گیری شده واقعی می باشد.

چنین سیستمی قادر به توقف یا حرکت از میان یک سری نقاط عملاً نامحدود در ترتیب اجرای برنامه می باشد.

ترتیب عملیات برای سیستم ربات با کنترل سرو مکانیزم به قرار ذیل می باشد : - در آغاز برنامه، موقعیت اولین نقطه برنامه ریزی شده از حافظه خوانده می شود.

همچنین موقعیت فعلی محورهای بازوی مکانیکی از طریق سیستم فیدبک سنسور اندازه گیری می شود.

- برای هر مفصل دو مقدار بدست آمده از نقاط مطلوب و فعلی مقایسه می شود.

مقدار اختلاف که به سیگنال خطا معروف است تقویت شده و همانند سیگنال فرمان برای تحریک هر محور ارسال می گردد.

- پروسه فوق تا زمانیکه سیگنال خطا در تمام محورها به صفر برسد، انجام می گیرد و در این حالت جریان انرژی به محرکها قطع می شود.

- کنترلر مرکزی نقطه بعدی را از حافظه بدست آورده و برنامه فوق تا زمانیکه ربات به کل نقاط از پیش تعیین شده برسد، انجام می گیرد.

در این سیستم کنترلی می توان به دو صورت کنترل مسیر کرد که عبارتند از : - کنترل نقطه به نقطه (P.T.P) - کنترل مسیر پیوسته (Continuos Path) 5-5-2-1- روش کنترلی نقطه به نقطه (Point to Point) زمانی که مسیر بین دو مکان موردنظر که به وسیله عامل نهایی ربات طی می شود مهم نباشد، کنترل P.T.P مورد استفاده قرار می گیرد.

با استفاده از تکنیک کنترل P.T.P، ربات طوری برنامه ریزی می شود که فقط به مکان موردنظر رسیده بدون آنکه مسیر طی شده دارای اهمیت باشد.

معمولاً مسیری را که ربات بدین صورت طی می کند بستگی به سینماتیک هندسی ربات دارد.

در این روش ربات برای حرکت از یک نقطه به نقطه دیگر توسط کاربر برنامه ریزی می‌شود.

عامل نهایی ربات به نقطه ای که با یک عدد مشخص می شود حرکت می کند.

وقتی به نقطه موردنظر رسید توقف کرده و پس از انجام کار مربوطه اش به نقطه دیگری حرکت می کند.

سیکل فوق تا اتمام کل کار ربات ادامه می یابد.

موارد کاربرد این سیستم در جوشکاری نقطه ای و یا در انتقال و جابجائی قطعات می باشد.

سه نوع کنترل P.T.P وجود دارد که عبارتند از : 1- متوالی (Sequential) 2- ناهماهنگ (UnCoordinated) 3- هماهنگ نهایی (Terminaly Coordinated) در هر سه نوع کنترل، نحوه کنترل مشترک بوده و مسیر طی شده توسط عامل نهایی مورد نظر نیست و تنها مکان شروع و مکان پایان حرکت عامل نهایی در مرکز اطلاعاتی کامپیوتر بایگانی می شود.

مسیر واقعی توسط یکی از این سه نوع کنترل طی می شود.

ساختار پیاده سازی برای این گونه رباتها به روش ذیل است : هر یک از محورهای حرکت با هر سرعتی که می توانند داشته باشند به طرف نقطه تعیین شده حرکت می کنند (بی آنکه کنترل در مسیر حرکت وجود داشته باشد) به عبارت دیگر سرعت مفصلها بسته به نظر کاربر تغییر می کند.

در این حالت ماکزیمم زمان برای طولانی ترین حرکت محوری حساب شده و پایه ای برای تنظیم سرعت محورهای دیگر می گردد.

نمونه ای از این سیستم ها، جوشکاری با جریان الکتریکی می باشد.

به طوری که الکترودهای متصل به T.C.P ربات قطعاتی را که قرار است جوش داده شوند گرفته و جوش می دهد و سپس به نقطه دیگر رفته و این کار را مجدداً انجام می دهد.

2-2-5-5- روش کنترلی مسیر پیوسته (Continous Path) در این سیستم ربات وظیفه خود را در موقع حرکت محورها انجام می دهد.

در عمل کلاسی از کاربردها وجود دارد که در آن حرکت در مسیر پیچیده و با سرعت بالا برای بازو اهمیت دارد و ابزار انجام کار بسیار سبک می باشد ولی حرکت لازم برای انجام وظایف بسیار پیچیده است (کارهایی نظیر جوشکاری و رنگ پاشی).

روش فوق کیفیت بالاتری در دقت و قابلیت تکرار عمل ربات ارائه می دهد و حرکت تقریبی در مسیر تعیین شده به وسیله عامل نهایی صورت می گیرد.

استفاده از این نوع کنترل باعث کم شدن سرعت ربات می شود.

کم شدن سرعت ربات باعث اقتصادی نبودن این نحوه کنترل نسبت به کنترل نقطه به نقطه است.

لذا رباتهای CP برای تعداد محدودی از کاربردها بکار برده می شوند.

روش یاددهی در این گونه رباتها بدین ترتیب است که نقاط مختلف را بر پایه زمانی در حافظه ضبط می کنند.

برنامه نویس در حقیقت با در دست گرفتن ربات به صورت فیزیکی و هدایت آن در مسیر موردنظر، نقاط مختلف را ثبت و ضبط می کند.

سرعت نمونه گیری به حد کافی بالا می باشد تا یک حرکت تمیز شکل گیرد.

یک حافظه بالا برای این کار لازم می باشد.

قبل از اجرای برنامه، ربات بایست از تمام نقاط اطلاع داشته باشد.

محورهای حرکت ممکن است به صورت همزمان هر کدام با یک سرعت بخصوصی تحت نظارت کامپیوتر کنترل کننده، حرکت کنند.

کنترلر مسیر حرکت بازوها را مدام در فواصل ثابت زمانی با درون یابی تعداد معینی از نقاط حرکت و با دخالت موقعیت فعلی هر محور محاسبه می کند.