برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

مهندسی روباتیک چیست؟

برق-قدرت-الكترونیكvandjalili می نویسد "آشنایی با روباتیك
روبات چیست؟
روبات یك ماشین الكترومكانیكی هوشمند است با خصوصیات زیر:
- می توان آن را مكرراً برنامه ریزی كرد.
- چند كاره است.
- كارآمد و مناسب برای محیط است.
اجزای یك روبات:
- وسایل مكانیكی و الكتریكی:
شاسی، موتورها، منبع تغذیه، ...
- حسگرها (برای شناسایی محیط):
دوربین ها، سنسورهای sonar، سنسورهای ultrasound، ...
- عملكردها (برای انجام اعمال لازم)
بازوی روبات، چرخها، پاها، ...
- قسمت تصمیم گیری (برنامه ای برای تعیین اعمال لازم):
حركت در یك جهت خاص، دوری از موانع، برداشتن اجسام، ...
- قسمت كنترل (برای راه اندازی و بررسی حركات روبات):
نیروها و گشتاورهای موتورها برای سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، كنترل مسیر، ..


تاریخچه روباتیك:
- 270 ق م : زمانی كه یونانیان به ساخت مجسمه های متحرك میپرداختند.
- حدود سال 1250 م: بیشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus) ضیافتی ترتیب داد كه درآن، میزبانان آهنی از مهمانان پذیرایی می كردند. با دیدن این روبات، سنت توماس آكویناس (Thomas Aquinas) برآشفته شد، میزبان آهنی را تكه تكه كرد و بیشاب را ساحر و جادوگر خواند.
- سال 1640 م: دكارت ماشین خودكاری به صورت یك خانم ساخت و آن را Ma fille Francine " می نامید.این ماشین كه دكارت را در یك سفر دریایی همراهی می كرد، توسط كاپیتان كشتی به آب پرتاب شد چرا كه وی تصور می كرد این موجود ساخته شیطان است.
- سال 1738 م: ژاك دواكانسن (Jacques de Vaucanson) یك اردك مكانیكی ساخت كه از بیش از 4000 قطعه تشكیل شده بود. این اردك می توانست از خود صدا تولید كند، شنا كند، آب بنوشد، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع كند. امروزه در مورد محل نگهداری این اردك اطلاعی در دست نیست.
- سال 1805 م: عروسكی توسط میلاردت (Maillardet) ساخته شد كه می توانست به زبان انگلیسی و فرانسوی بنویسد و مناظری را نقاشی كند.
- سال 1923 م: كارل چاپك (Karel Capek) برای اولین بار از كلمه روبات (robot) در نمایشنامه خود به عنوان آدم مصنوعی استفاده كرد. كلمه روبات از كلمه چك robota گرفته شده است كه به معنی برده و كارگر مزدور است. موضوع نمایشنامه چاپك، كنترل انسانها توسط روباتها بود، ولی او هرگونه امكان جایگزینی انسان با روبات و یا اینكه روباتها از احساس برخوردار شوند، عاشق شوند، یا تنفر پیدا كنند را رد می كرد.
- سال 1940 م: شركت وستینگهاوس (Westinghouse Co.) سگی به نام اسپاركو (Sparko) ساخت كه هم از قطعات مكانیكی و هم الكتریكی در ساخب آن استفاده شده بود. این اولین باری بود كه از قطعات الكتریكی نیز همراه با قطعات مكانیكی استفاده می شد.
- سال 1942 م: كلمه روباتیك (robatics) اولین بار توسط ایزاك آسیموف در یك داستان كوتاه ارائه شد. ایزاك آسیموف (1920-1992) نویسنده كتابهای توصیفی درباره علوم و داستانهای علمی تخیلی است.
- دهه 1950 م: تكنولوژی كامپیوتر پیشرفت كرد و صنعت كنترل متحول شد. سؤلاتی مطرح شدند. مثلاً: آیا كامپیوتر یك روبات غیر متحرك است؟
- سال 1954 م: عصر روبات ها با ارائه اولین روبات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد.
امروزه، 90% روباتها، روباتهای صنعتی هستند، یعنی روباتهایی كه در كارخانه ها، آزمایشگاهها، انبارها، نیروگاهها، بیمارستانها، و بخشهای مشابه به كارگرفته می شوند.در سالهای قبل، اكثر روباتهای صنعتی در كارخانه های خودروسازی به كارگرفته می شدند، ولی امروزه تنها حدود نیمی از روباتهای موجود در دنیا در كارخانه های خودروسازی به كار گرفته می شوند.مصارف روباتها در همه ابعاد زندگی انسان به سرعت در حال گسترش است تا كارهای سخت و خطرناك را به جای انسان انجام دهند.برای مثال امروزه برای بررسی وضعیت داخلی رآكتورها از روبات استفاده می شود تا تشعشعات رادیواكتیو به انسانها صدمه نزند.
- سال 1956 م: پس از توسعه فعالیتهای تكنولوژی یك كه بعد از جنگ جهانی دوم، یك ملاقات تاریخی بین جورج سی.دوول(George C.Devol) مخترع و كارآفرین صاحب نام، و ژوزف اف.انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) كه یك مهندس با سابقه بود، صورت گرفت. در این ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسیموف پرداختند. ایشان سپس به موفقیتهای اساسی در تولید روباتها دست یافتند و با تأسیس شركتهای تجاری، به تولید روبات مشغول شدند. انگلبرگر شركت Unimate برگرفته از Universal Automation را برای تولید روبات پایه گذاری كرد. نخستین روباتهای این شركت در كارخانه جنرال موتورز (General Motors) برای انجام كارهای دشوار در خودروسازی به كار گرفته شد. انگلبرگر را "پدر روباتیك" نامیده اند.
- دهه 1960 م: روباتهای صنعتی زیادی ساخته شدند. انجمن صنایع روباتیك این تعریف را برای روبات صنعتی ارائه كرد:
"روبات صنعتی یك وسیلة چند كاره و با قابلیت برنامه ریزی چند باره است كه برای جابجایی قطعات، مواد، ابزارها یا وسایل خاص بوسیلة حركات برنامه ریزی شده، برای انجام كارهای متنوع استفاده می شود."
- سال 1962 م: شركت خودروسازی جنرال موتورز نخستین روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به كار گرفت.
- سال 1967 م: رالف موزر (Ralph Moser) از شركت جنرال الكتریك (General Electeric) نخستین روبات چهارپا را اختراع كرد.
- سال 1983 م: شركت Odetics یك روبات شش پا ارائه كرد كه می توانست از موانع عبور كند و بارهای سنگینی را نیز با خود حمل كند.
- سال 1985 م: نخستین روباتی كه به تنهایی توانایی راه رفتن داشت در دانشگاه ایالتی اهایو (Ohio State Uneversity) ساخته شد.
- سال 1996 م: شركت ژاپنی هندا (Honda) نخستین روبات انسان نما را ارائه كرد كه با دو دست و دو پا طوری طراحی شده بود كه می توانست راه برود، از پله بالا برود، روی صندلی بنشیند و بلند شود و بارهایی به وزن 5 كیلوگرم را حمل كند
روباتها روز به روز هوشمندتر می شوند تا هرچه بیشتر در كارهای سخت و پر خطر به یاری انسانها بیایند.
قانون روباتیك مطرح شده توسط آسیموف:
1- روبات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.
2- روباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا كنند.
3- روباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت كنند.
انواع ربات ها :
رباتهای امروزی كه شامل قطعات الكترونیكی و مكانیكی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مكانیكی برای جابجایی قطعات و یا كارهای ساده و تكراری كه موجب خستگی و عدم تمركز كارگر و افت بازده میشد بوجود آمدند. اینگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای كاملا كنترل شده در كارخانه نصب میشوند و به غیر از وظیفه ای كه به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام كار دیگری نیستند. این وظیفه میتواند در حد بسته بندی تولیدات, كنترل كیفیت و جدا كردن تولیدات بی كیفیت, و یا كارهای پیچیده تری همچون جوشكاری و رنگزنی با دقت بالا باشد.
نوع دیگر رباتها كه امروزه مورد توجه بیشتری است رباتهای متحرك هستند كه مانند رباتهای جابجا كننده در محیط ثابت و شرایط كنترل شده كار نمیكنند. بلكه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی میكنند و سیر اتفاقاتی كه ربات باید با انها روبرو شود از قبل مشخص نیست. در این نوع ربات هاست كه تكنیك های هوش مصنوعی میبایست در كنترلر ربات(مغز ربات) به كار گرفته شود.
رباتهای متحرك به دسته های زیر تقسیم بندی میشوند:
1-رباتهای چرخ دار
با انواع چرخ عادی
و یا شنی تانك
و با پیكربندی های مختلف یك, دو یا چند قسمتی
2-رباتهای پادار مثل سگ اسباب بازیAIBO ساخت سونی كه در شكل بالا نشان داده شد یا ربات ASIMO ساخت شركت هوندا
3-رباتهای پرنده
4-رباتهای چند گانه(هایبرید) كه تركیبی از رباتهای بالا یا تركیب با جابجاگرها هستند
و ...
مزایای روباتها:
1- روباتیك و اتوماسیون در بسیاری از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و كیفیت محصولات را افزایش دهند.
2- روباتها می توانند در موقعیت های خطرناك كار كنند و با این كار جان هزاران انسان را نجات دهند.
3- روباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد. روباتها هیچگاه خسته نمی شوند.
4- دقت روباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میكرو اینچ دقت دارند.
5- روباتها می توانند در یك لحظه چند كار را با هم انجام دهند ولی انسانها در یك لحظه تنها یك كار انجام می دهند.
معایب روباتها:
1- روباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند كه این مطلب می تواند بسیار خطرناك باشد.
2- روباتها هزینه بر هستند.
3- قابلیت های محدود دارند یعنی فقط كاری كه برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند.

http://eletm-uni.blogfa.com/8701.aspx

 

روبات چیست؟

روبات یك ماشین الكترومكانیكی هوشمند است با خصوصیات زیر:
- می توان آن را مكرراً برنامه ریزی كرد.
- چند كاره است.
- كارآمد و مناسب برای محیط است.

اجزای یك روبات:

- وسایل مكانیكی و الكتریكی:

شاسی، موتورها، منبع تغذیه، ...

حسگرها (برای شناسایی محیط):

دوربین ها، سنسورهای sonar، سنسورهای ultrasound، ...

- عملكردها (برای انجام اعمال لازم)

بازوی روبات، چرخها، پاها، ...

- قسمت تصمیم گیری (برنامه ای برای تعیین اعمال لازم):

حركت در یك جهت خاص، دوری از موانع، برداشتن اجسام، ...

- قسمت كنترل (برای راه اندازی و بررسی حركات روبات):

نیروها و گشتاورهای موتورها برای سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، كنترل مسیر، ...

تاریخچه روباتیك:

- 270 ق م : زمانی كه یونانیان به ساخت مجسمه های متحرك میپرداختند.

- حدود سال 1250 م: بیشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus) ضیافتی ترتیب داد كه درآن، میزبانان آهنی از مهمانان پذیرایی می كردند. با دیدن این روبات، سنت توماس آكویناس (Thomas Aquinas) برآشفته شد، میزبان آهنی را تكه تكه كرد و بیشاب را ساحر و جادوگر خواند.

- سال 1640 م: دكارت ماشین خودكاری به صورت یك خانم ساخت و آن را Ma fille Francine " می نامید.این ماشین كه دكارت را در یك سفر دریایی همراهی می كرد، توسط كاپیتان كشتی به آب پرتاب شد چرا كه وی تصور می كرد این موجود ساخته شیطان است.

- سال 1738 م: ژاك دواكانسن (Jacques de Vaucanson) یك اردك مكانیكی ساخت كه از بیش از 4000 قطعه تشكیل شده بود.
این اردك می توانست از خود صدا تولید كند، شنا كند، آب بنوشد، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع كند. امروزه در مورد محل نگهداری این اردك اطلاعی در دست نیست.

- سال 1805 م: عروسكی توسط میلاردت (Maillardet) ساخته شد كه می توانست به زبان انگلیسی و فرانسوی بنویسد و مناظری را نقاشی كند.

- سال 1923 م: كارل چاپك (Karel Capek) برای اولین بار از كلمه روبات (robot) در نمایشنامه خود به عنوان آدم مصنوعی استفاده كرد. كلمه روبات از كلمه چك robota گرفته شده است كه به معنی برده و كارگر مزدور است. موضوع نمایشنامه چاپك، كنترل انسانها توسط روباتها بود، ولی او هرگونه امكان جایگزینی انسان با روبات و یا اینكه روباتها از احساس برخوردار شوند، عاشق شوند، یا تنفر پیدا كنند را رد می كرد.

- سال 1940 م: شركت وستینگهاوس (Westinghouse Co.) سگی به نام اسپاركو (Sparko) ساخت كه هم از قطعات مكانیكی و هم الكتریكی در ساخب آن استفاده شده بود. این اولین باری بود كه از قطعات الكتریكی نیز همراه با قطعات مكانیكی استفاده می شد.

- سال 1942 م: كلمه روباتیك (robatics) اولین بار توسط ایزاك آسیموف در یك داستان كوتاه ارائه شد. ایزاك آسیموف (1920-1992) نویسنده كتابهای توصیفی درباره علوم و داستانهای علمی تخیلی است.

- دهه 1950 م: تكنولوژی كامپیوتر پیشرفت كرد و صنعت كنترل متحول شد. سؤلاتی مطرح شدند. مثلاً: آیا كامپیوتر یك روبات غیر متحرك است؟

- سال 1954 م: عصر روبات ها با ارائه اولین روبات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد.

امروزه، 90% روباتها، روباتهای صنعتی هستند، یعنی روباتهایی كه در كارخانه ها، آزمایشگاهها، انبارها، نیروگاهها، بیمارستانها، و بخشهای مشابه به كارگرفته می شوند.در سالهای قبل، اكثر روباتهای صنعتی در كارخانه های خودروسازی به كارگرفته می شدند، ولی امروزه تنها حدود نیمی از روباتهای موجود در دنیا در كارخانه های خودروسازی به كار گرفته می شوند.مصارف روباتها در همه ابعاد زندگی انسان به سرعت در حال گسترش است تا كارهای سخت و خطرناك را به جای انسان انجام دهند.برای مثال امروزه برای بررسی وضعیت داخلی رآكتورها از روبات استفاده می شود تا تشعشعات رادیواكتیو به انسانها صدمه نزند.

- سال 1956 م: پس از توسعه فعالیتهای تكنولوژی یك كه بعد از جنگ جهانی دوم، یك ملاقات تاریخی بین جورج سی.دوول(George C.Devol) مخترع و كارآفرین صاحب نام، و ژوزف اف.انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) كه یك مهندس با سابقه بود، صورت گرفت. در این ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسیموف پرداختند. ایشان سپس به موفقیتهای اساسی در تولید روباتها دست یافتند و با تأسیس شركتهای تجاری، به تولید روبات مشغول شدند. انگلبرگر شركت Unimate برگرفته از Universal Automation را برای تولید روبات پایه گذاری كرد. نخستین روباتهای این شركت در كارخانه جنرال موتورز (General Motors) برای انجام كارهای دشوار در خودروسازی به كار گرفته شد. انگلبرگر را "پدر روباتیك" نامیده اند.

- دهه 1960 م: روباتهای صنعتی زیادی ساخته شدند. انجمن صنایع روباتیك این تعریف را برای روبات صنعتی ارائه كرد:

"روبات صنعتی یك وسیلة چند كاره و با قابلیت برنامه ریزی چند باره است كه برای جابجایی قطعات، مواد، ابزارها یا وسایل خاص بوسیلة حركات برنامه ریزی شده، برای انجام كارهای متنوع استفاده می شود."

- سال 1962 م: شركت خودروسازی جنرال موتورز نخستین روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به كار گرفت.

- سال 1967 م: رالف موزر (Ralph Moser) از شركت جنرال الكتریك (General Electeric) نخستین روبات چهارپا را اختراع كرد.

- سال 1983 م: شركت Odetics یك روبات شش پا ارائه كرد كه می توانست از موانع عبور كند و بارهای سنگینی را نیز با خود حمل كند.

- سال 1985 م: نخستین روباتی كه به تنهایی توانایی راه رفتن داشت در دانشگاه ایالتی اهایو (Ohio State Uneversity) ساخته شد.

- سال 1996 م: شركت ژاپنی هندا (Honda) نخستین روبات انسان نما را ارائه كرد كه با دو دست و دو پا طوری طراحی شده بود كه می توانست راه برود، از پله بالا برود، روی صندلی بنشیند و بلند شود و بارهایی به وزن 5 كیلوگرم را حمل كند

روباتها روز به روز هوشمندتر می شوند تا هرچه بیشتر در كارهای سخت و پر خطر به یاری انسانها بیایند.


قانون روباتیك مطرح شده توسط آسیموف:

1- روبات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.

2- روباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا كنند.

3- روباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت كنند.


انواع ربات ها :

رباتهای امروزی كه شامل قطعات الكترونیكی و مكانیكی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مكانیكی برای جابجایی قطعات و یا كارهای ساده و تكراری كه موجب خستگی و عدم تمركز كارگر و افت بازده میشد بوجود آمدند. اینگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای كاملا كنترل شده در كارخانه نصب میشوند و به غیر از وظیفه ای كه به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام كار دیگری نیستند. این وظیفه میتواند در حد بسته بندی تولیدات, كنترل كیفیت و جدا كردن تولیدات بی كیفیت, و یا كارهای پیچیده تری همچون جوشكاری و رنگزنی با دقت بالا باشد.

نوع دیگر رباتها كه امروزه مورد توجه بیشتری است رباتهای متحرك هستند كه مانند رباتهای جابجا كننده در محیط ثابت و شرایط كنترل شده كار نمیكنند. بلكه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی میكنند و سیر اتفاقاتی كه ربات باید با انها روبرو شود از قبل مشخص نیست. در این نوع ربات هاست كه تكنیك های هوش مصنوعی میبایست در كنترلر ربات(مغز ربات) به كار گرفته شود.

رباتهای متحرك به دسته های زیر تقسیم بندی میشوند:
1-رباتهای چرخ دار
با انواع چرخ عادی

و یا شنی تانك

و با پیكربندی های مختلف یك, دو یا چند قسمتی

2-رباتهای پادار مثل سگ اسباب بازیAIBO ساخت سونی كه در شكل بالا نشان داده شد یا ربات ASIMO ساخت شركت هوندا

3-رباتهای پرنده


4-رباتهای چند گانه(هایبرید) كه تركیبی از رباتهای بالا یا تركیب با جابجاگرها هستند

و ...

مزایای روباتها:

1- روباتیك و اتوماسیون در بسیاری از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و كیفیت محصولات را افزایش دهند.

2- روباتها می توانند در موقعیت های خطرناك كار كنند و با این كار جان هزاران انسان را نجات دهند.

3- روباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد. روباتها هیچگاه خسته نمی شوند.

4- دقت روباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میكرو اینچ دقت دارند.

5- روباتها می توانند در یك لحظه چند كار را با هم انجام دهند ولی انسانها در یك لحظه تنها یك كار انجام می دهند.

معایب روباتها:

1- روباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند كه این مطلب می تواند بسیار خطرناك باشد.

2- روباتها هزینه بر هستند.

3- قابلیت های محدود دارند یعنی فقط كاری كه برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند.


- در
این سایت میتوانید طرز ساخت یك روبات از اول تا اخر را یاد بگیرید (حتما توصیه میشود)

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.

a)کنترل موقعیت[1]: بازوهای دارای چنگک[2] 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[3] کنترل می شود.

 

 

b)کنترل سینماتیک[4]: 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.

c)کنترل دینامیک[5]: 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.

d)کنترل تطبیقی[6]: 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.

e)کنترل خارجی[7]: 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"[8] 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 بعه

 

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. مثالی از این حالت در شکل 3-1 نشان داده شده است.

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 (LDR ها، به عنوان مثال سلول های CdS یا فوتورزیستورها)، 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[9] 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



[1] - Position  Control

[2] - Grip

[3] - One-axis  control  block

[4] - Kinematic Control

[5] - Dynamic  Control

[6] - Adaptiv Control

[7] -External  Control

[8] - Interface

[9] - Automatons


بخش مکانیکی روبات ها( موتور ها)

 

این قسمت شامل  سیستم حرکتی ربات میشه. 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 میشه.

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.

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.


 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 هزینه

13-ولتاژ: 1.5-4-8 V
14-جریان: 50mA-2A  

 

 


 در یک دسته بندی کلی موتورها به انواع زیر تقسیم میشوند:


· موتور DC
· موتور AC
· موتور پله‌ای (Stepper motor)

. موتور خطی

 

 

1- 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

 

2- 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.

 

3- موتور پله ای (Stepper Motor)

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 بیت

2- 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 که تحریک شود.، و در این حالت نیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند بعد از آن نوبت سیم پیچ 3 و سپس 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 راه‌انداز متنوعی برای استفاده از موتورهای پله‌ای وجود دارد. در اینجا از مدارمجتمع L297  و L298 برای راه‌اندازی موتور پله‌ای استفاده می‌شود. که طریقه بستن آن در شکل زیر نشان داده شده است.

·   جهت کنترل موتور به قابلیت هایی همچون حرکت به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور احتیاج داریم و این نیازها را درایور مورد نظر ما یعنی L298 براحتی تامین می نماید. L298 یک آیسی پل-H دوتایی (  DUALH-Bridge) دارای ۱۵ پایه می‌باشد که  قادر است وظایفی چون چرخش موتور به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور را انجام دهد. کنترل موتور به این شرح است که پس از محاسبه میزان چرخش موتور برای جابجایی مورد نظر با استفاده از میکرو کنترلر به تعداد مورد نظر پالس به پایه راه انداز ارسال می‌کنیم.

·   یک پایه برای تعیین جهت چرخش (ساعتگرد و پاد ساعتگرد) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

·   پایه Enableمدار راه‌انداز را فعال و غیر فعال می‌نماید.

 

 


صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :