کارآموزی استفاده از ربات در صنعت

اتوماسیون در بخشهای مختلف صنعت و كارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا كرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد بیش از چند دهه از ظهور كارخانجات كاملاً مكانیزه كه در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیك بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن كارخانجات مكانیزه ای بوده ایم كه طراحی، ساخت و نحوه كار
دسته بندی صنعتی
فرمت فایل doc
حجم فایل 4065 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 73

کارآموزی استفاده از ربات در صنعت

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

مقدمه ای بر رباتیك

-1مقدمه

اتوماسیون در بخشهای مختلف صنعت و كارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا كرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد. بیش از چند دهه از ظهور كارخانجات كاملاً مكانیزه كه در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیك بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد. اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن كارخانجات مكانیزه ای بوده ایم كه طراحی، ساخت و نحوه كار آنها واقعاً حیرت انگیز است. ایده و دانش كنترل اتوماتیك و استفاده از سیستمهای مكانیزه در كارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد. ما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سالهای اخیر بوقوع پیوسته است.

رباتها جدیدترین مرحله تلاش انسان جهت صنایع اتوماتیك به شمار می روند. رباتها آن دسته از ماشینهای ساخت بشر هستند كه لزوماً حركتهایی شبیه انسان ندارند ولی توان تصمیم گیری و ایجاد و كنترل فعالیتهای از پیش تعیین شده را دارند.

شكل 1 : نمونه ای از استفاده از ربات در صنعت

2- تعریف ربات

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

1- تعریفــی كه توسطConcise Oxford Dic. صورت گرفتــه است؛ ماشینی مكانیكی با ظاهر یك انسان كه 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 كه توسط مؤسسه ربات آمریكا صورت گرفته است؛ وسیله ای با دقت عمل زیاد كه قابل برنامه ریزی مجدد بوده و توانایی انجام چند كار را دارد و برای حمل مواد، قطعات، ابزارها یا سیستم های تخصصی طراحی شده و دارای حركات مختلف برنامه ریزی شده است و هدف از ساخت آن انجام وظایف گوناگون می باشد.

3- دسته بندی رباتها

رباتها در سطوح مختلف دو خاصیت مشخص را دارا می باشند :

1- تنوع در عملكرد

2- قابلیت تطبیق خودكار با محیط

به منظور دسته بندی رباتها لازم است كه قادر به تعریف و تشخیص انواع مختلف آنــــــها باشیم. سه

دسته بندی مختلف در مورد رباتها وجود دارد. دسته بندی اتحادیــــــه رباتهای ژاپنی، دسته بندی

مؤسسه رباتیك آمریكا و دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی.[9]

1-3-دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی

انجمن رباتهای صنعتی ژاپن، رباتها را به شش گروه زیر تقسیم می كند :

1- یك دست مكانیكی كه توسط اپراتور كار می كند : وسیله ای است كه دارای درجات آزادی متعدد بوده و توسط عامل انسانی كار می كند.

2- ربات با تركیبات ثابت : این دسته رباتها با تركیبات ثابت طراحی می شوند. در این حالت یك دست مكانیكی كارهای مكانیكی را با قدمهای متوالی تعریف شده انجام می دهد و به سادگی ترتیب كارها قابل تغییر نیست.

3- ربات با تركیبات متغیر : یك دست مكانیكی كه كارهای تكراری 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 كنترل ربات كاری را كه باید انجام شود، انجام می دهد و ربات مراحل انجام وظیفه را در حافظه ضبط می كند. هر وقت كه لازم باشد، می توان اطلاعات ضبط شده را از ربات درخواست نمود و ربات وظیفه درخواست شده را بصورت خودكار انجام می دهد.

5- ربات با كنترل عددی : اپراتور وظیفه ربات را توسط یك برنامه كامپیوتری به او تفهیم می نماید و نیازی به هدایت دستی ربات نیست. درواقع ربات با كنترل عددی، رباتی است كه با برنامه كامپیوتری كار می كند.

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

2-3- دسته بندی مؤسسه رباتیك آمریكا

انستیتوی رباتیك آمریكا 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 شكل زیر تقسیم كرده است :

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

نوع B : وسیلة حمل كننده خودكار با یك سیكل محاسبه شده از قبل (موارد 2 و 3 طبقه بندی قبل).

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

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

4- اجزاء اصلی یك ربات

مهندسی ربات، مهندسیهای نرم افزار، سخت افزار، برق و مكانیك را در خدمت خود گرفته است. بعضی مواقع این علوم به حد كافی پیچیده می باشند. همچنانكه در شكل 2-2 مشاهده می شود هر ربات دارای 5 مؤلفه به شرح ذیل می باشد [9]و[15]:

1-4- بازوی مكانیكی ماهر(Mechanical Manipulator)

بازوی مكانیكی شامل چندین واصل است كه با مفصلها به هم وصل می شوند. این واصلها در جهات مختلف در فضای كاری قادر به حركت می باشند. حركت یك مفصل بخصوص باعث حركت یك یا چند واصل می شود. عامل تحریك مفصل می تواند مستقیماً یا از طریق بعضی انتقالات مكانیكی بر واصل بعدی متصل شود. به واصل نهایی بازوی مكانیكی وسیله كاری ربات وصل شده است كه به آن عامل نهایی می گویند. هر یك از مفصلهای ربات یك محور مفصل دارند كه واصل حول آن می چرخد. هر محور مفصل یك درجه آزادی(D.O.F.) تعریف می كند. بیشتر رباتها دارای 6 درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای 6 مفصل، بمنظور حركت در 6 جهت. اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند. بطوركلی صرفنظر از جزئیات، محورهایی كه برای محاسبه موقعیت

شكل 2 : مؤلفه های یك ربات

و استقرار مچ استفاده می شونــد، محورهای اصلی ربات هستند. محورهای مفصلهای باقیمانده جهت قرار گرفتن دست ربات را مشخص می كنند، ولذا محورهای فرعی نامیده می شوند.

دو نوع مفصل اصلی به صورت گسترده در صنعت رباتها بكار گرفته می شود. مفصل دورانی كه نمایش دهنده حركت چرخشی حول یك محور است و مفصل انتقالی یا لغزشی كه نمایش دهنده حركت خطی در طول یك محور است، (جدول 1).

Description Notation Type

Rotary motion about an axis R Revolute

Linear motion along an axis P Prismatic

جدول 1 : انواع مفصل ربات

2-4- سنسورها

برای كنترل صحیح بازوی مكانیكی 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 كنترلر ابلاغ شود. خواندن اطلاعات سنسور، یا در اتمام حركت یا در حین حركت انجام می گیرد و با ارسال اطلاعات آنی سنسورها به كنترلر، كنترل صحیح و واقعی سیستم مكانیكی انجام می شود. این اطلاعات سنسوری، دیجیتال یا آنالوگ و یا تركیبی می باشند.

3-4- كنترلر

بخشی است كه به بازوی مكانیكی، هوش انجام كار را می دهد. كنترلر معمولاً از بخشهای ذیل تشكیل می شود :

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

2- حافظه جهت ذخیره داده هایی كه مختصات را تعریف می كنند تا بازو با توجه به این مختصات حركت كند (برنامه).

3- واحدی كه داده ذخیره شده در حافظه را تغییر می دهد و سپس داده را برای ارتباط دادن با مؤلفه های دیگر كنترل بكار می برد.

4- حركت مؤلفه هــای بخصوصی در نقاط معینــی مقدار دهی اولیه شده و در نقطه بخصوص

دیگری پایان می یابند.

5- واحــد محاسباتی كه محاسبــات لازم برای كنترلـر را انجام می دهد. به عبارت دیگر، برای

انجام صحیح اعمال بایست یك سری محاسبات جهت مشخص كردن مسیر، سرعت و موقعیت بازوی مكانیكی انجام شود.

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

7- واسطی جهت انتقال اطلاعات كنترلر به واحد تبدیل توان، به طوری كه محرك های مفصلها باعث بشوند كه مفصلها به صورت مطلوب حركت كنند.

8- واسط به تجهیزات دیگر، بطوری كه كنترلر ربات با واحدهای خارجی یا ابزارهای كنترل دیگر، ارتباط داشته باشد.

9- وسایل و تجهیزات لازم جهت آموزش ربات.

كنترلرهای رباتها كلاً به 5 دسته تقسیم بندی می شوند :

1- كنترل با قدم ساده(Simple Step Sequencer)

2- سیستم منطقی پنوماتیكی(Pneumatic Logic System)

3- كنترلر با قدمهای الكترونیكی (Electronic Sequencer)

4- میكرو كامپیوتر (Micro Computer)

5- مینی كامپیوتر (Mini Computer)

سه كنترلر اول در رباتهای كم هزینه به كار برده می شوند. بیشتر كنترلرهای امروزی براساس میكروكامپیوترهای معمولی می باشند و سیستم كنترل براساس مینی كامپیوتر زیاد رایج نمی باشد، چرا كه نسبت به میكروكامپیوترها هزینه بالاتری دارند.

4-4- واحد تبدیل توان

این واحد سیگنالهای كنترلر را گرفته و به یك سیگنال در سطح توان محرك ها و موتورها، جهت حركت، تبدیــل می كند. این واحــد شامل تقویت كننده هـای توان الكترونیكی برای رباتهای الكتریكی و شیرهای كنترلی و راه اندازهای هیدرولیكی برای رباتهای هیدرولیكی می باشد.

5-4- محرك مفاصل

این وسائـل تحت یك ســری شرایط كنتـــرل شده و دقیــق توان لازم را جهت مفصلها فراهم می آورند. این توان می تواند الكتریكی، هیدرولیكی یا پنوماتیكی باشد. پس به طور خلاصه یك ربات دارای مؤلفه های؛ اسكلت ساختاری، سیستم تحریك كننده مفصلها، سیستم سنسوری، كنترلر، سیستم تغییر سیگنال (تغییر سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعكس، تقویت سیگنال، فیلتر كردن سیگنال و …) می باشد.

در شكل 3 سلسله مراتب ساختاری یك ربات متحرك را مشاهده می كنید. هر ماجول در شكل قابل تجزیه به زیر سیستم هایی می باشد. هم اینك رباتها با مفصلهای متحرك به خاطر سادگی ساخت و سرعت عمل و نزدیكی آن به قابلیت انعطاف بازوی انسان، در صنعت به طور وسیع استفاده می شوند.

شكل 3 : سلسله مراتب زیر سیستم های یك ربات متحرك نمونه

5- طبقه بندی رباتها

تا بحال طرح های زیادی در طبقه بندی رباتها ارائه شده است كه بیشتر آنها به بعضی جوانب رفتاری یا فیزیكی 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 كرد و برای یك كاربرد بخصوص، ربات مناسب را انتخاب كرد.[9،11و21]

1-5- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر كاربرد

از نقطه نظر كاربرد، رباتها را می توان به سه دسته تقسیم كرد :

1-1-5- رباتهای صنعتی

بسیاری از رباتها قادر به انجام عملیات لازم برای تولیدات صنعتی می باشند. رباتهای جوشكار، رنگ پاش، مونتاژ كننده و غیره، رباتهایی می باشند كه در صنعت كاربرد فراوانی دارند.

2-1-5- رباتهای شخصی و علمی

بیشتر رباتهای علمی قابلیتهای بهتری نسبت به رباتهای صنعتی دارند. این گونه رباتها در تعداد كم 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 كنترلر بخصوصی ندارند و یك كامپیوتر از طریق زبانهــای برنامه نویســـی سطح بالا كنترلــر آنها می باشد. معمولاً به خاطر سرعت و دقت كم، قیمت كمتری 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 كنند. همچنین این رباتها قادر به ارتباط برقرار كردن با اپراتور انسان و دیگر سیستم ها می باشند.

2-5- طبقه بندی از نقطه نظر استراتژی كنترل در نسلهای ربات

این تقسیم بندی ها در حقیقت متكی به اصول سیستمهای كنترلی رباتهاست و بصورت زیر نامگذاری شده اند :

1-2-5- نسل اول

در اولین نسل، كنترل فقط در یك سری نقاط توقف انجام می گیرد. اینگونه كنترل به كنترل حلقه باز معروف می باشد. این نوع رباتها محدود به انجام حركات كوچك (حركت دادن قطعه ای از یك نقطه به نقطه دیگر) می باشند.

2-2-5- نسل دوم

ساختار كنترلی این نسل همان ساختار حلقه باز می باشد ولی بعوض یك سری كلیدهای كنترلی، حركات كنترلی توسط یك سری عدد كه در حافظه سیستم ضبط شده اند، انجام می گیرد. بعضی رباتهای امروزی جزو همین نسل می باشند كه به نسل اول كلی قابلیت و توان كامپیوتری اضافه كرده اند و تنها كار هوشمند آنها یادگیری یك سری از عملیات برای بازوی مكانیكی می باشد كه توسط اپراتور انسان و به كمك جعبه كنترل انجام می گیرد. این رباتها قابلیت نشان دادن عكس العمل در برابر حوادث پیش بینی نشده را ندارند. به عبارت دیگر، بخش كنترلر در نسل اول مكانیكی و در این نسل الكترونیكی می باشد.

برای این رباتها بایستی محیط كارخانه 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 كاربرد اینگونه رباتها در كاربردهای جوشكاری و رنگ پاشی می باشد. شكل 4-2 شماتیك كنترل نسل اول و دوم را نشان می دهد.

شكل 4 : كنترلر نسل اول و دوم رباتها

3-2-5- نسل سوم

از اختراع نسل سوم رباتها 15 تا 20 سال می گذرد. سیستم كنترلی این نسل به كنترل حلقه بسته معروف می باشد. در این نسل، كنترلر ربات یا یك كامپیوتر می باشد و یا یك پروسسور ارزان قیمت می باشد كه 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 كامپیوتری، محاسبات لازم برای كنترل حركت هر درجه ازادی جهت انجام حركت 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 كنترل بكار گرفته می شود. با حضور سنسورهای متفاوت، چندین ربات می توانند بی هیچ مشكلی كارهای متفاوتی را انجام دهند. برنامه ریزی اینگونه رباتها به كمك یك سری زبانهای سطح بالا انجام می گیرد.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *