مبانی مهندسی رباتیک - قسمت هشتم
رابط (link)
رابط یک جسم مکانیکی صلب است که دو مفصل را به یکدیگر وصل می نماید . البته رابط آخر ربات ممکن است فقط به یک مفصل متصل شده باشد .
بازو و مچ ربات های صنعتی پایه ثابت ( arm & wrist )
ربات های صنعتی پایه ثابت معمولا دارای 6 درجه آزادی و 6 درجه حرکت می باشند . یادآوری می شود برای مشخص کردن یک جسم صلب در فضا به 6 مختص لازم داریم . بنابراین ربات ها اکثرا دارای 6 درجه آزادی می باشند . همان طور که گفتیم درجه حرکت بیشتر باعث افزایش هزینه و کنترل سخت تر می شود . بنابراین سعی می شود که کمترین درجه حرکت را داشته باشیم . بنابراین بیشتر ربات ها داری 6 درجه حرکت می باشند . بنابراین معمولا ربات ها داری 6 مفصل می باشند 3 مفصل اول برای تعیین موقعیت و 3 مفصل دوم برای تعیین جهت مجری نهایی مورد استفاده قراری می گیرند .
به قسمتی از ربات ( مفصل و رابط ) که برای تعیین موقعیت استفاده می شود ، بازو می گویند . همان طور که در قسمت های قبل ذکر شد ربات ها بر اساس بازو نام گذاری می شوند .
به قسمتی از ربات که برای تعیین جهت استفاده می شود ، مچ می گویند . اغلب ربات ها از مچ کروی استفاده می کنند .
سیگنال
به هر کمیت فیزیکی که مقدار آن برای ما مهم است یا در ربات اثر می گذارد سیگنال گویند . مثلا ولتاژ دو سر موتور ، روشنایی محیط ، دمای محیط ، سرعت چرخ ها ، زاویه مجری نهایی و ....
مدل سازی
بیان قوانین فیزیکی بر اساس ریاضی را مدل سازی می گویند . ما برای طراحی ربات مجبور به مدل سازی ربات و قطعات آن می شویم . این مدل ها همواره دقیق نیستند برای همین ربات ها خطا دارند . هر چه مدل سازی دقیق تر باشد ربات نیز دقیق تر کار می کند . علت دقیق نبودن مدل ها نبود دانش کافی فیزیکی و یا نادیده گرفتن بعضی از کمیت های فیزیکی است و ریاضی را نمی توان ناقص دانست ریاضی کامل ترین علم جهان است و از هر گونه قوانین فیزیکی مجرد است . می توان گفت مهم ترین مرحله از طراحی ربات ، مدل سازی می باشد . اهمیت آن به حدی است که پایان نامه دکترای بعضی از مهندسین رباتیک ، مدل سازی یک ربات خاص می باشد .
کنترل ربات
منظور از کنترل ربات ، تنظیم سیگنال خروجی بر اساس سیگنال ورودی است . این عمل توسط کنترلر ها صورت می پذیرد . هر ربات دارای یک یا چند کنترلر است . یکی از کنترلر ها را کنترلر مرکزی می نامیم که وظیفه آن کنترل کل ربات به تنهایی و یا به کمک کنترلر های دیگر می باشد . کنترلر ها به دو صورت حلقه باز و حلقه بسته موجود اند . منظور از کنترل حلقه باز این است که وروی از خروجی تاثیر نگیرد و منظور از کنترل حلقه بسته تاثیر پذیرفتن وروی از خروجی است . برای حلقه بسته بودن یک کنترلر احتیاج به حسگر ( sensor ) داریم . به عنوان مثال برای تنظیم روشنایی محلی ؛ یک روش این است که بگوییم ساعت خاصی چراغ روشن شود (کنترل حلقه باز ) روش دیگر آن است که بگوییم اگر روشنایی از حدی کمتر شد روشن شود (کنترل حلقه بسته) . هر دو روش مزایا و مشکلاتی دارد مزیت کنترل حلقه باز ، هزینه کمتر و ساخت راحت تر می باشد و مزیت کنترل حلقه بسته دقت آن است مشکل اصلی کنترل حلقه باز این است که اگر در ورودی سیستم اغتشاش ایجاد شود این اغتشاش در خروجی کاملا ظاهر می شود و مشکل کنترل حلقه بسته هزینه ی بالای آن است . کنترل حلقه بسته را می توان به صورت های مشتقی یا انتگرالی یا تناسبی یا ترکیب هایی از آن ساخت . مثلا برای تنظیم سرعت ربات می توان از مسافت پیموده شده (انتگرالی) یا سرعت کنونی ربات (تناسبی) یا شتاب ربات (مشتقی) و یا ترکیب آن استفاده نمود البته نمی توان گفت کنترل حلقه بسته همیشه دقت بیشتری دارد حتی ممکن است در مواردی باعث ناپایدار شدن سیستم گردد . مانند تنظیم سرعت موتور الکتریکی، اگر موتور با مانعی برخورد کند که سرعت آن را بگیرد در کنترل حلقه بسته برای جلوگیری از کاهش سرعت ،کنترلر به موتور ولتاژ بیشتری اعمال می شود و این ولتاژ اگر از حدی بیشتر شود باعث سوختن موتور می گردد. در صورتی که کنترلر حلقه باز بود موتور با سرعت کم تر ادامه می داد و نمی سوخت .کنترلر مرکزی باید قابل برنامه ریزی باشد . از جمله کنترلر های مرکزی می توان به رایانه های رومیزی (pc) ، رایانه های صنعتی (pg) ، مدار های منطقی یا fpga ها ، میکروکنترلر ها (mcu) ، دیجیتال سیگنال کنترلر ها (dsc) ، رله های برنامه پذیر (plc) و ... اشاره کرد . ربات ها معمولا دارای چند کنترلر هستند و این کنترلر ها توسط شبکه به کنترلر مرکزی متصلند به عنوان مثال ربات های پایه ثابت هر مفصل دارای کنترلر مجزا می باشد و تمام آن ها با کنترلر مرکزی ارتباط دارند یا چراغ های راهنمایی سطح شهر که هر کدام جداگانه کنترل می شوند و تمام آن ها با مرکز کنترل ترافیک ارتباط دارند و با یک دیگر ارتباط دارند .
جهت طراحی کنترلر ما نیاز به مدل سازی داریم . علت خطای ربات نیز دقیق نبودن مدل سازی ها می باشد . مدل سازی ربات های متحرک نسبت به ربات های پایه ثابت ، بسیار پیچیده تر و مشکل تر است . بنابراین کنترل ربات متحرک بسیار مشکل تر از ربات پایه ثابت است .
دستگاه مختصات در طراحی ربات
در طراحی ربات ، برای توصیف وضعیت ربات ، از دستگاه های مختصات استفاده می شود . که محل و جهت دستگاه ها برای ما همیت دارد . مثلا در ربات های پایه ثابت هر رابط دارای 3 دستگاه مختصات اول ، انتها و مرکز جرم می باشد یا ربات مار که هر مهره ی ربات دارای چند دستگاه مختصات می باشد .
دستگاه مختصات مرجع
یکی از دستگاه های مختصات را مرجع می دانیم و جهت و موقعیت سایر دستگاه های مختصات را با آن می سنجیم . دستگاه مختصات مرجع در ریات های پایه ثابت معمولا در رابط صفر ( رابطی که به زمین پیچ شده است) قرار دارد . در ربات های متحرک اگر برای ما موقعیت ربات نسبت به نقطه خاص و ثابت ( محل شارژ یا ... ) اهمیت داشته باشد دستگاه مختصات مرجع را در خارج از ربات و روی زمین در نظر می گیریم و اگر موقعیت نسبت به نقطه ای ثابت اهمیت نداشته باشد دستگاه مختصات مرجع را روی شاسی ربات در نظر می گیریم .
ادامه در قسمت بعد
نویسنده محسن جعفرزاده
منبع سایت تخصصی مهندسی رباتیک
کد:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
مبانی مهندسی رباتیک
جواب بصورت نقل قول
