-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 شیوة 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 حاضـر اکثر خودکار سازهای مّولد طوری به وسیله ماشین و یا دستگاهها طراحی شده اند که بتوانند تعیین شدة 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 استفادة 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 کنندة 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 :
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 نقطة 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 .
اتو ما سیون سخت اتو ما سیون نرم کار انسان
سرعت
پیوستگی – یکنواختی
قابلیت تغییر پذیری
هزینه اولیه
هزینه تولید هر قطعه بالا
بالا
پا ئین
بالا
پا ئین بالا
بالا
بالا
بالا
پا ئین پا ئین
پا ئین
بالا
پا ئین
بالا
جدول 1-1 : مقایسه بین اتو ماسیون نرم و 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 کنندة خلاء کارگر با تجربه .
6- نیاز به کارگر کمتر .
در جدول 2-1 عملکرد روبات و انسان با هم مقایسه شده است :
انسان روبات
1- کدام یک قا بلیت کار کردن در محیط خطرناک و نا مطبوع را دارد.
2- کدام یک می تواند نوبتهای زیادی بدون استراحت کار کند .
3- کدامیک قا بلیت حس و تشخیص را دارد .
4- کدام یک دارای هوشمندی است .
5- کدام یک قا بلیت تغییر پذیری دارد .
6- کدام یک دارای تداوم یکنواخت در کار است .
7- کدام یک قا بلیت انجام کارهای خیلی سنگین را دارد . خیر
خیر
بله
بله
بله
خیر
خیر بله
بله
بله
بله
بله
بله
بله
جدول 2-1 : قابلیتهای روبات
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 .
کار برد در صد (%)
جوش کاری
جا به جایی کالا و مواد
تخلیه و بار گیری
رنگرزی
مونتاژ
عملیات ما شینی 40%
25%
20%
5%
3%
2%
جدول 3ـ1 : کار برد روبات در صنعت
به غیر از استفاده های بالا روباتهای کمی هستند که در کار بازبینـی مورد استـفاده قرار می گیرند ، مثلاً پیدا کردن نشت گاز یکی از این موارد است . در فصلهای بعدی ، این نوع روباتها و عملکردشان در نحوة بازبینی مورد بررسی قرار خواهد گرفت .
فصل دوّم
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 .
2-2 سیستمهای روبات صنعتی :
روبات صنعتی از پنج قسمت که با هم در ارتباط اند تشکیل شده است که عبارتند از :
1- 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 دهندة 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 وسیلة 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 نحوة 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 محدودة 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 استفادة زیادی دارند .
جدول 1-2 مقایسه ای است بین برتریهای استفادة این سه نوع سیستم نیروی محرکه.
سیستم برق سیستم هیدرولیک سیستم پنو ماتیک
توانایی
دقت
تعمیر آسان
حرکت مستقیم
گرانی
امکان آتش سوزی -
+
+
+
-
- +
+
-
+
+
+ -
+
+
+
+
+
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 محرکه دارند ، سیستمهای انتقال نیروی محرکه میتوانند حرکت دورانی را به حرکت مستقیم و یا بر عکس تبدیل نمایند . آنها می توانند سرعت را بین مرکز تولید کنندة حرکت و اجزاء روبات کم و زیاد کنند .
یکی از خواص مهم سیستمهای انتقال نیرو متمایز بودن وزن تولید کنندة نیرو ( موتورها ) از دیگر نقاطی است که نیروها در آنجا عمل می کنند . چنین کیفیتی در کم کردن ماند یا اینرسی و نیروی جاذبه موثر بوده و در کمی وزن و سرعت روبات اثر مهمی دارد. امّا از موانعی که در استفاده سیستم انتقال نیروی محرکة روبات وجود دارد می توان به هزینه های اضافی و همچنین خرابی و کم شدن طول کار برد سیستم انتقال نیروی محرکه که به مرور زمان به وجود می آید اشاره کرد
در زیر تعدادی از سیستمهای انتقال نیروی محرکه را می توان نام برد :
دنده ها : سیستمهای انتقال نیروی محرکه مکانیکی اند که عمر طولانی دارند و مورد اطمینان نیز هستند .
قرقره ها :این سیستم ها در روبات استفادة زیادی دارند ، مخصوصاً در مورد نوار سنکرون و قرقره های زنجیره ای ، که ماند یا اینرسی آنها کمتر بوده و دارای مقاومت بالا و کاربرد بیشتری هستند ( حدوداً 95%) .
سیستم برق : در انتقال نیروی برق از یک نقطه به یک نقطه دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
4- سنسور یا سیستم حسی :
سنسورها چشمهای روبات اند که دارای شکلهای مختلف از قبیل لمس کننده ، برقی ، نوری و غیره هستند . سنسورها قسمت مهمی از روبات محسوب می شوند و به همین دلیل فصلی از این کتاب را به بررسی آنها اختصاص داده ایم .
5- دستگاه کنترلر و با کامپیوتر روبات :
قسمت اصلی در سیستم هر روبات ، دستگاه کنتـرلـر آن است . در حقیـقت بـرتـری یک روبات را
می توان از روی قابلیت هوشمندی دستگاه کنترلر آن تعیین کرد . کنترلر دریافت کننده اطلاعات از سنسورها است . روباتهایی که دارای کنترلر ساده اند در اینجا بیشتر حالت ماشین را پیدا می کنند.
در صورتی که در روباتهایی که دارای کنترلر برتر و پیشرفته ترند انجـام کارها با دفـت صورت
می گیرد و امکانات برنامه نویسی که قابلیت تغییر پذیری را فراهم می آورد نیز بیشتر است .
بدین نحو که برنامة کامپیوتری مورد نظر را که روی نوار و یا دیسک ثبت شده است ، می توان به قسمت کنترلر روبات فرستاده و با راندن برنامة کامپیوتری مربوطه ، روبات را وادار به انجام کاری کرد که در آن برنامه از او خواسته شده است . ولی روبات بدون داشتن حس فید بک یا بازخور نمی تواند یک روبات باهوش باشد . روباتهایی که دارای سیستم کنترلر کامپیوتری هستند،
بیش از آن قدرت دارند که فقط کارهای متداول صنعتی را انجام دهند . آنها دارای دقتی زیادند و قابلیت استفاده از برنامه نویسی کامپیوتری برای انجام کارهای متفاوت را دارند.
باید در نظر داشت که کنترلر روباتهایی که دارای هوش اند با کنترلر روباتهایی که سیستم کامپیوتری ساده در آنها به کار رفته است اختلاف زیادی دارند . به غیر از کنترل کردن قسمتهای مختلف روبات مانند بازوی مکانیکی کارگیر یا مؤثر نهایی ، یک روبات باهوش باید بتواند با بکارگرفتن سیگنالهایی که در سنسورهای موجود در روبات برگشت داده می شوند ، برای انجام کار بعدی تصمیم بگیرد . در نتیجه چنین کنترلر حساسی نیاز به یک سیستم هوش مصنوعی پیشرفتة کامپیوتری دارد .
3-2- پیکره روبات :
روبات صنعتی یک بازوی مکانیکی است که قابلیت انجام کارهای تقریباً عمومی را دارد و پیکره آن تشکیل شده است از چند بازوی متفاوت که بصورت متوالی به هم متصل و مانند لولا در یکدیگر قابلیت حرکت دارند و این حرکت همانطور که قبلاً نیز گفته شد به دو صورت دورانی و یا انتقالی است . یک سر این زنجیره به پایه ای ثابت که نگه دارندة روبات است وصل شده و سر دیگر آن آزاد است که قابلیت تغییر مکان در فضا را داشته و به ابزار انجام دهنده کار مورد نظر متصل است . از نظر مکانیکی ، یک روبات از دوقسمت تشکیل شده است که قسمت اوّل عبارت است از بدنة اصلی بازوی روبات به فاصله شانه تا مچ و قسمت دیگر از مچ بعلاوة ابزار کار است
قسمت بدنة اصلی بازوی روبات متشکل از سه درجة آزادی متحرک است . مجموعة این سه حرکت ، مشخص کنندة مکان مچ روبات در فضا است . قسمت مچ معمولاً از دو و یا سه درجه آزادی متحرک تشکیل شده که مجموعة حرکتهای آن جهت ابزار روبات را مطابق با ساختمان جسم یا قطعه کار مورد نظر که باید بوسیله ابزار روبات برداشته و یا کار روی آن انجام شود مشخص می کند . حرکت اجزای قسمت مچ اکثراً بصورت پایین و بالا ، راست و چپ ، دورانی است. روباتها به چهار نوع پیکره بندی می شوند ، که از نظر برد حرکت وتوانایی و کاربرد با هم فرق می کنند .
در شکل 3-2 – هر چهار نوع پیکره بندی و درجه آزادی حرکت آنها نشان داده شده است .
طراحی روبات به نحوی است که توانایی رسیدن به قطعه کار که در میدان عمل آن است را داشته باشد . مساحتی را که مچ روبات – بدون در نظر گرفتن و یا استفاده از کارگیر یا مؤثر نهایی – در آنجا قرار دارد میدان عمل می گویند .
1- کنترل نقطه به نقطه متوالی :
در کنترل نقطه به نقطه متوالی هر یک از محورها و یا مفصلهای روبات به نوبت حرکت کرده و این نوع کنترل معمولاً در روباتهایی که به وسیله موتورهای پله ای به حرکت در می آیند مورد استفاده قرار می گیرد و به وسیله یک ریز کامپیوتر واحد قابل کنترل است . یک ریز پردازنده واحد که تولید کننـده حـرکت تناوبـی برقـی یـا پالـس اسـت ، مـوتورهـای پله ای را بـه نوبـت به حرکت در می آورد. در نتیجه در این نوع کنترل تنها یک مفصل و یا محور در هر زمان قابل حرکت است . پس برای حرکت از یک مکان به مکانی دیگر، کامپیوتر به ترتیب محور اول را به مقصد مورد نظر رسانیده و سپس همین عمل را برای محور دوم انجام می دهد و بدین ترتیب برای محورهای دیگر ادامه داده تا اینکه تمام محورها به مقصد تعیین شده برسند . اگر چه این نحوه کنترل آسان است ولی نسبتاً زمان انجام کار و یا حرکتهایی که باید روبات انجام ده از دیگر روشهای کنترل P T P طولانی تر است .
2- کنترل نقطه به نقطه نا هماهنگ :
در کنترل ناهماهنگ بعلت اینکه تمام محورها یا مفصلها با هم در یک زمان حرکت می کنند روبات از سرعت بالاتری برخوردار است . در این روش معمولاً از موتورهای مستقیم استفاده می شود و بدین منظور هر یک از این موتورها باید قابل کنترل مکانی باشد ، امّا احتیاجی به کنترل سرعت بروی سیستمهای نیروی محرکه که همان موتورهای مستقیم باشند نیست . در نتیجه هر یک از نیروهای محرکه ، محورهای خود را در زمانهای مختلف به نقطه مورد نظر می رسانند و به همین دلیل که به وسیله کارگیر یا مؤثر نهایی پیموده می شود قابل پیش بینی نیست .
سرعت کلی یک روبات که بدین طریق کنترل می شود بستگی به نیروی محرکه ای دارد که از سرعت کمتری برخوردار است .
3- کنترل نقطه به نقطه هماهنگ نهایی:
کنترل هماهنگ نهایی ، محورها یا مفصلها را طوری کنترل می کند که سرعت نیروی محرکه به نحوی است که تمام محورها یا مفصلها در یک زمان شروع به حرکت می کنند و در یک زمان به مقصد می رسند . سرعت این نوع کنترل با کنترل ناهماهنگ یکی است ، ولی در کنترل هماهنگ نهایی تمام نیروهای محرکه با هم تا لحظه آخر به علت داشتن سرعتهای متفاوت حرکت کرده و همگی با هم در یک زمان از حرکت باز می مانند . به همین علت در این روش از کنترل سرعت بر روی سیستمهای نیروی محرکه استفاده می شود .
2-3-3- کنترل مسیر پیوسته :
همان طور که قبلاً نیز توضیح داده شد . در هیج یک از روشهای کنترل نقطه نقطه مسیری که به وسیله کارگیر یا مؤثر نهایی بین نقاط آغاز و مقصد طی می شود قابل کنترل نیست . ولی در یک کنترل مسیر پیوسته به خاطر اینکه مسیر حرکت مهم است ، کامپیوتر باید نقاط میانی ، یعنی نقاط بین آغاز و پایان حرکت مؤثر نهایی را درون یابی کند . اگر فاصله مکانهای درون یابی شده به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند ، مسیر طی شده به وسیله کار گیر یا مؤثر نهایی با مسیر مورد نظر شباهت بیشتری دارد .
کنترل مسیری که به وسیله کامپیوتر ، نقاط بین مبدأ و مقصد را درون یابی می کند کنترل مسیر پیوسته نامیده می شود . این تکنیک کیفیت بالاتری در دقت و قابلیت تکرار عمل روبات ارائه می دهد و حرکت صافتری در مسیر تعیین شده به وسیله مؤثر نهایی صورت می گیرد . استفاده از این نوع کنترل ، موجب کم شدن سرعت روبات می شود که به علت آن درون یابی کامپیوتری است که ممکن است این کم شدن سرعت بین 15 تا 25 % باشد . کم شدن سرعت روبات باعث اقتصادی نبودن این نحوة کنترل نسبت به کنترل P T P است . البته کاربردهای زیادی هست که نیاز به کنترل دقیق مسیر حرکت دارند ، مانند جوشکاری پیوسته و رنگرزی بوسیله اسپری که باید از کنترل مسیر پیوسته استفاده شود . برنامه ریزی کنترل مسیر پیوسته در زمان واقعی امکانپذیر است و یک فرم برنامه ریزی کنترل پیوسته بدین ترتیب است که با بدست گرفتن کارگیر یا مؤثر نهایی و هدایت آن در مسیر حرکت مورد نظر ، و نمونه برداری بر پایه زمان ، معمولاً بین 60 تا 80 هرتز اطلاعات مربوط به مکان و جهت را در نوار و یا دیسک کامپیوتر بایگانی می کند .
با قرار دادن قسمت مشخصی از اطلاعات بدست آمده در RAM کامپیوتر می توان این بار همان حرکت را بوسیلة روبات از طریق کامپیوتر و کنترلر انجام داد. بر عکس برنامه ریزی کنترل P P T P، درون یابی نقاط مابینی در برنامه ریزی کنترل C P رابطه مستقیم با طول انجام آن برنامه دارد . مثلاً یک برنامة 10 دقیقه ای دارای زمان نمونه برداری 10 میلی ثانیه دارای 6000 نقطه است .
به طور معمول یک روبات شاخص که در رنگرزی با اسپری استفاده می شود می تواند حدود 30 دقیقه انجام کار را در حافظه خود نگهداری کند .
اختلاف اساسی از نقطه نظر سخت افزار در برنامه ریزی کنترل C P ، نیاز بیشتر این برنامه به حافظه کامپیوتر نسبت به یک برنامه ریزی کنترل P T P است .
در کنترل روباتهای پیشرفته ، به همان سرعت که مختصات خوانده می شوند بایگانی هم شده و مستقیماً به عنوان مختصات مورد نظر در سیستمهای کنترل مکانی مورد استفاده قرار می گیرند . فرم دیگر کنترل C P ، درون یابی یا تعیین مسیر حرکت از طریق درون یابی ریاضی است که مؤثر نهایی باید در امتداد آن مسیر با دقت هر چه بیشتر حرکت کند همچنین درون یابی کامپیوتری باید طوری استفاده شود که با مسیر خواسته شده مطابقت داشته باشد . البته این دقت بستگی به کوتاهی فاصله نقاط مابینی مسیر دارد ، بدین ترتیب که هر چه تعداد نقاط مسیر درون یابی که از طریق ریاضی تعیین می شود بیشتر باشد مسیر صافتری توسط مؤثر نهایی پیموده خواهد شد . شکل 1-3 اثر دو بعدی یک مسیر دایره که از تکنیک درون یابی خطی استفاده شده است را نشان میدهد . از روی این شکل متوجه می شویم که چگونه مسیر در اثر زیاد شدن درون یابی نقاط مابینی بهبود پیدا می کند .
فصل سوم
نحوة کنترل روبات
1-3– مقدمه :
روباتها 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 . به طور کلی روبات را می توان به دو صورت کنترل کرد . کنترل غیر قابل بازخور یا فید بک و سرو کنترل یا کنترل بازخور یا قابل فید بک که در زیر به توضیح این سیستم می پردازیم :
2-3– کنترل غیر قابل بازخور یا فید بک :
آسانترین نوع سیستم ، کنترل غیر قابل فید بک است ، که نوعی سیستم مدار باز است و این بدان معنی است که بوسیله این نوع کنترل ، مثلاً روبات قطعه مورد نظر را برداشته و بفاصله مشخص مثلاً (( X)) در یک جهت معیین انتقال می دهد . البته کنترل غیر قابل فید بک خود به دو دسته تقسیم بندی می شود که عبارتند از :
الف – کنترل ایست مکانیکی :
یعنی حرکت روبات بوسیله مانعی که آن را ایست می نامند معین می شود .
ب – کنترل نقطه به نقطه :
این روش در روباتهای روغنی یا هیدرولیک بدین صورت است که با کنترل کردن مقدار روغن پمپ شده در داخل سیلندر ، بازوی روبات به اندازه ای که خواسته شده حرکت می کند .
3-3– کنترل خود تنظیم یا سرو کنترل :
اگر کنترلر روبات توانایی آن را داشته باشد که در هر لحظه موقعیت و مکان مفصلهای یک روبات را مشخص و آشکار کند و بتواند بدون استفاده از ایست مکانیکی محرک را در هر زمان از حرکت باز دارد یا به حرکت در آورد به آن کنترل قابل فید بک یا بازخور گویند البته داشتن چنین مزایایی برتری سیستـم سرۇ کنتـرل یا کنتـرل قابل فیـد بـک را بر سیستم کنترل غیر قابل فید بک نشان می دهد .
روباتی که مجهز به سیستم کنترل قابل فید بک است می تواند حرکت هر یک از مفصلهای خود را در نقطه دلخواه از حرکت باز دارد ، در نتیجه می توان آن را یک سیستم مدار بسته دانست که در آن متغیر های کنترل شده نیاز به اندازه گیری دارند . سیستم کنترل قابل فید بک به غیراز کنترل مکان ، می تواند سرعت و شتاب یک روبات را نیز کنترل کند . البته کنترل قابل فید بک یکی از موضوعات مهم تحقیقی در سالهای اخیر بوده است . مهمترین قسمتهایی که محققان مد نظر دارند عبارتند از :
افزایش قابلیت تغییر پذیری ، امکان کنترل خودکار از برخورد با اجسام و همچنین پیشرفت در رابطه با توانایی مطلوب که عملکرد سیستم دینامیک روبات کنترل سینماتیک را که مشخص کننده تغییرات مفصلهای روبات ، در رابطه با عملکرد مورد درخواست کارگیر یا مؤثر نهایی است ، نشان می دهد . بطور کلی در سیستم کنترل قابل فید بک می توان به دو صورت کنترل مسیر کرد که عبارتند از کنترل نقطه به نقطه و کنترل پیوسته که در زیر این دو نحوه کنترل مورد بررسی قرارگرفته است .
1-3-3- کنترل نقطه به نقطه :
زمانی که مسیر بین دو مکان مورد نظر که به وسیله کارگیر یا مؤثر نهایی روبات طی می شود مهم نباشد ، کنترل PTP مورد استفاده قرار می گیرد . با استفاده از تکنیک کنترل PTP ، روبات طوری برنامه ریزی می شود که فقط به مکان مورد نظر رسیده بدون اینکه مسیر طی شده دارای اهمیت باشد. معمولاً مسیری را که روبات بدین صورت طی می کند بستگی به حرکت شناسی یا سینماتیک هندسی روبات دارد .
کنترل PTP از دقت و قدرت تکرار زیادی بر خوردار است . این کنترل در جوشکاری نقطه این و یا در انتقال و جابجایی قطعات مورد استفاده قرار می گیرد . از کنترل P T P در خیلی از کارهایی که ماشین نیاز به حرکتهایی با فاصله های تقریباً زیاد مشخص ، مجزا و متوالی در محیط کار دارد استفاده می شود .
سه نوع کنترل P T P وجود دارد که عبارتند از : 1- متوالی ، 2- ناهماهنگ ، 3- هماهنگ نهایی .
در هر سه نوع کنترل نحوه به کارگیری مشترک بوده و مسیر طی شده توسط کارگیر یا مؤثر نهایی مورد نظر نیست و تنها مکان شروع و مکان پایان حرکت مؤثر نهایی در مرکز اطلاعاتی کامپیوتر بایگانی می شود . مسیر واقعی که توسط مؤثر نهایی روبات طی می شود بستگی به انتخاب یکی از این سه نوع کنترل دارد . در رابطه با نحوة عملکرد این سه نوع کنترل در زیر به طور خلاصه توضیحاتی داده شده است .
فصل چهارم
راههای مختلف برنامه ریزی روبات
1-4 – مقدمه :
مسلماً اطلاعاتی که از طریق سیستمهای حسی یا سنسورهای روبات به کنترلر روبات فرستاده و یا برگردانده می شود باید مورد بررسی قرار گیرد و این مسئلة مهمی در کنترل کردن به حساب می آید . در حال حاضر تحقیقات زیادی در قسمت نرم افزاری کنترلر در دست بررسی است .
اکثراً و شاید تمامی روباتها می توانند سنسورهای ساده ای را در خود به کار گیرند مانند : سنسورهای کلید پیوسته ، سنسورهای نوری ، سنسورهای هدایت کننده ، سنسورهای خازنی و نوعهای دیگر . در فصلهای آینده به بررسی عمیق تر این سنسورها می پردازیم . سیگنالهای لازم جهت بررسی از طریق دریچه ورود و خروج کنترلر روبات به سنسورهای حسی فرستاده می شوند ، ولی هنوز کنترلر روباتها آن هوشمندی کافی را ندارند که بتوانند از این اطلاعات در رابطه با اصلاح کردن رفتار و حرکت روبات طبق یک برنامه مشخص قبلی و به صورت بلادرنگ یا در یک زمان واقعی مورد استفاده قرار گیرند .
2-4 – روشهای مختلف برنامه ریزی روبات :
روشهای انتخاب شده در نحوه کاربرد روبات اکثراً بستگی به محدودیتهای کنترلر دارد . تحقیقاتی درباره چهار روش مختلف نحوه برنامه ریزی روبات انجام شده است که در زیر به بررسی آن می پردازیم :
(I)- برنامه ریزی دستی :
متصدی دستگاه یا اپراتور با استفاده از کلیدهایی مانند قطع کننده یا متوقف کننده برنامه مورد نظر را برای روبات مشخص می کند . الیته این نحوة برنامه ریزی در کارهای خیلی ساده مانند برداشتن و گذاشتن مورد استفاده قرار می گیرد .
(II)- برنامه ریزی هدایت مستقیم :
متصدی دستگاه یا اپراتور با استفاده از باز آموز دستی روبات و یا سیستمهای صدا که به کنترلر روبات مرتبط شده است کارگیر یا مؤثر نهایی را برای جابجایی در دست می گیرد . وقتی که مؤثر نهایی به مکان مورد نظر می رسد ، مقدار تغییر در مفصلها و یا بازوهای روبات در حافظه کنترلر روبات ضبط می شود . استفاده از این روش در مواقعی که نشان دادن مسیر مورد تقاضا از نظر ریاضی خیلی مشکل ولی انجام آن بوسیله متصدی یا اپراتور ساده باشد انجام می گیرد ، همچنین در مواقعی که روباتها برای داخل کردن قطعات حساس در یکدیگر به کار گرفته می شوند ، استفاده از برنامه ریزی هدایت مستقیم می تواند مناسبترین نوع برنامه ریزی برای روباتها باشد.
(III)- برنامه ریزی مسیر حرکت روبات :
این شیوه برنامه ریزی ، متداولترین نوع برای رنگرزی ، جوشکاری و کارهایی از این قبیل است در اینجا اپراتور می تواند دستة گیرنده روبات را که به سادگی قابلیت جدا شدن از روبات را دارد در دست گرفته و ابزار کار مورد نیاز را به آن متصل کند و برای کار مشخصی مورد استفاده قرار دهد . مثلاً در یک رنگرزی ، اپراتور با به دست گرفتن اسپری رنگپاش که به راحتی از روبات جدا می شود ، جسم مورد نظر را رنگ آمیزی می کند و در همان زمان این اطلاعات به صورت نمونه برداری از مسیر ( Sampling ) ( قبلاً در فصل سوم قسمت 2-3-3- توضیح داده شد ) در حافظه کامپوتر روبات جمع آوری می شود تا در دفعات بعدی روبات با استفاده از این اطلاعات همان کار را به تنهایی انجام دهد . دستورهایی مانند خاموش و یا روشن کردن اسپری رنگپاش ، کنترل ورود و خروج ، سرعت و غیره را می توان از طریق با آموز دستی نیز برنامه ریزی کرد .
(IV)- برنامه ریزی روبات خارج از خط تولید :
در این نوع برنامه ریزی از زبان برنامه نویسی سطح بالا استفاده می شود . خاصیت استفاده از این برنامه نویسی نزدیکی آن به زبان انسان است ، چون نحوه نوشتن و مدیریت آن آسانتر است. گاهی این برنامه به طریق کنترل از راه دور و یا خارج از خط تولید تهیه می شود . بدین طریق که برنامه کامپیوتری مورد نظر که در فاصله دور و جدا از خط روباتیک است از طریق خطوط ارتباطی به کنترلرفرستاده می شود . باید متذکر شد که هنوز چنین شیوه بهره برداری عمومیت پیدا نکرده و بیشتر در مرحله تحقیق است و احتمالاً در آینده اثر مهمی در عملکرد روبات خواهد داشت. اگر چه تحقیقات زیادی شده است که بتوان روبات را به صورت (( یک کامپیوتر دست دار )) ارائه داد ، ولی متأسفانه این تحقسقات از نظر برنامه ریزی تا کنون موفقیت چندانی نداشته است . در علم روباتیک همیشه تمایل زیادی وجود داشته که سیستمی که قادر به انتخاب مناسبترین زبان برنامه نویسی روباتیک برای انجام وظیفه های متفاوت باشد به وجود آید ، ولی تا این زمان موفق نبوده است . بخشهای زیادی در زمینه ایجاد برنامه ریزی روبات با استـفاده از ( High- Level Language ) و یا ترکیب زبان روباتیک وجود دارد تا بتوان در محیطهایی که برنامه ریزی روبات احتیاج به هوشمندی بالایی دارد از آن بهره برداری کرد. بعضی از زبانهای برنامه نویسی که برای استفاده کنندگان و یا محققان از اهمیت زیادی برخوردار است عبارتند از :
WAVE , AL, AUTOPASS, POINTY , SIGLA, MAL , HELP , PART , ROBOX , MCL , AML , VAL , RAP – ll .
3-4 – مشکلات اصلی در برنامه نویسی روبات :
در حال حاضر برنامه نویسی و کنترل روبات نیاز به تحقیقات زیادی دارد و شاید احتیاج اصلی این زمینه برنامه نویسی برای شبکه تولید باشد . مشکلات اصلی در رابطه با برنامه نویسی کامپیوتری را می توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد :
1-کمبود شناخت عمومی از روبات برای استفاده از آن در شبکه تولیدی .
2-کندی پیشرفت در به کاربردن کامپیوترهای قوی در کنترلر روبات .
3-کمبود ماشینهای پیشرفته سطح بالا در کنترلر نه فقط برای استفاده از زبانهای برنامه نویسی سطح بالا ، بلکه در استفاده از سیستمهای استاندارد برنامه نویسی پیشرفته روبات.
4-گرانی سیستمهای تصویری سه بعدی در تهیه اطلاعات بانکهای تصویری که قابلیت مرتبط ساختن آن با کنترلر روبات وجود داشته باشد .
5-سرعت کم و گرانی و روباتهای اتوماتیک که قابلیت تعویض ابزار دارند و موارد استفاده آنها در جابجایی و مونتاژ قطعات است .
6-سرعت کم و قیمت بالا در استفاده از تکنیک مدل کردن جامد یا سه بعدی در رابطه با طراحی قطعات و تولید طراحی – تولید کامپیوتری ( CAD / CAM )
مسلماً نکات بالا نیاز به تحقیقات چند ساله دارد و در حال حاضر تحقیقات زیادی در این زمینه در حال انجام است . ولی نمی توان ادعا کرد چنین تحقیقاتی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است در نتیجه استفاده از تحقیقات در این مورد خاص کاربرد کمتری است .
4-4 – برنامه نویسی و شبیه سازی گرافیکی روبات :
در حال حاضر علاقه زیادی در ایجاد توانایی رابطه سیستمهای ( CAD / CAM ) با برنامه نویسی های روبات و ماشینهای “ CN " وجود دارد . البته باید در نظر داشت در مقایسه با ماشینهای تراش “ CN " یا “ CNC " که اکثراً تا سه درجه آزادی دارند ، سیستمهای روبات که عموماً دارای 5 یا 6 درجه آزادی هستند ، شبیه سازی خیلی مشکلتر است .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 55 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله ربات
آموزش ساخت ربات تلگرام
