منابع و ماخذ پایان نامه استاندارد، ساختار فضایی، بهره بردار

١-٢-٤- دسته بندي از نظر هندسي
در اين روش روبات ها با توجه به ساختار فضايي شان دسته بندي مي گردند. بر اين اساس به روباتی که ازساختار فضایی آن یک زنجیر باز بسازد، روبات سریال و به روباتی که از زنجیرهای
بسته تشكيل شده باشد، روبات موازي مي گويند.
١-٢-٥- روبات هاي سريال و موازي
ساختار روبات هاي سريال، ساختار سینماتیکی مستقيم3 نام دارد كه از به هم پيوستن تعدادي (حداقل دو عدد) بازو كه در ميان آن ها مفصل ها (چرخشي،‌كروي يا رفت و برگشتي) قرار دارند،‌ تشكيل شده است. حدود ٪٩٩ از روبات هاي فعال در صنايع دنيا از همين نوع سريال مي باشند. دلايل اصلي اين كاربرد وسيع از روبات هاي سريال، اول فضاي كاري وسيع آن ها نسبت به فضاي اشغال شده توسط خود روبات و دوم امكان طراحي ساده و مفيد آنهاست. به طور مثال به سادگي مي توان در روبات هاي سريال زاويه و مكان لينك آخر را مستقل از هم كنترل كرد. عليرغم اين مزايا روبات هاي سريال ماتريس سختي كمي دارند و براي جبران اين نقيصه مي بايست از لينك هاي سنگين و سخت استفاده كرد تا به استحكام مورد نظر برسند كه اين خود موجب افزايش قيمت ساخت مي گردد. روبات هاي سنگين تر به موتورهاي قوي تري نيازمندند كه هزينه ساخت و كنترل را بالا مي برند.
در مقابل در روبات هاي موازي، ساختار فضايي بسته4 است (شکل ١-٥). در اين ساختار بازوها و مفاصل به صورت زنجيره اي پشت سر هم قرار ندارند و مي توانند در قالب زنجيرهايي مجزا كه ابتدا و انتهايشان به صفحات مشخصي متصل است، قرار گيرند. در روبات هاي موازي محرك ها شامل موتورها و يا جك ها اغلب نزديك (روبات استوارت) و يا بر روي پايه روبات (روبات هگزا) نصب مي شوند و در نتيجه به دليل اينكه موتورها در نقاط مفاصل گسترده نمي-
شوند، در نتیجه ماتریس جرم آن کاهش می یابد.
شکل ١-٥- روبات موازی استوارت-گاف ]٣١ [
اين امر موجب مي گردد كه روبات هاي موازي با موتورهاي يكسان نسبت به روباتهاي سريال به دامنه گسترده تري از شتاب و سرعت برسند. از همين رو، مي بينيم كه بیشترین کاربرد روبات هاي موازي در شبيه ساز پرواز و دستگاه هاي برداشت-نصب بسیار سریع است.
ويژگي ديگري كه روبات هاي موازي را مورد توجه مي سازد، دقت بالاتر آن ها نسبت به روبات هاي سريال است. مي دانيم كه در روبات هاي سريال خطاي بازوهاي متوالي (ناشي از خطاي زاويه سنج ها و يا لقي گيربكس) با هم جمع شده و نهايتاً با توجه به طول بازوها خطاي بزرگي را در مكان گيره روبات به وجود مي آورند.
در روبات هاي موازي به دليل تشكيل حلقه هاي هندسي و استقلال حركتي بيشتر بازوها نسبت به يكديگر، برخلاف روباتهاي سريال،‌ خطاي بازوها ميانگين گيري مي گردد. همين امر آنها را گزينه مناسبي براي كارهاي بيمارستاني ساخته است (شکل ١-٦). به عبارتي از ميان دو روبات سريال و موازي كه با هزينه يكساني ساخته شوند، روبات موازي توانايي حركت در ابعاد كوچكتري را خواهد داشت. اين امر روبات هاي موازي را دستگاه مناسبي براي فرزكاري دقيق و يا روبات هاي مورد كاربرد در جراحي ساخته است. البته بايد در نظر داشت كه اين دقت تنها به شرط ساخت و نصب دقيق قطعات قابل دستيابي بوده و در غير اينصورت اين مزيت تئوريك روبات هاي موازي بر سريال به دليل نصب غير دقيق مفاصل و ساير اجزا رنگ خواهد باخت.
شکل ١-٦- دستگاه تنفس مصنوعی، دانشگاه ماکئو چین، سال ٢٠٠٧] ٣١[
در طبقه بندي عملكرد روبات ها سه معيار اصلي زير جهت بررسي كيفيت كار انواع روبات وجود دارد.
١- دقت روبات در طي كردن مسير و رسيدن به مقصد.
٢- سرعت روبات در رسيدن به هدف مورد نظر.
٣- نسبت ميزان بار قابل حمل توسط روبات به وزن خود روبات.
اين خصوصيات معمولاً به صورت همزمان قابل دسترسي نيستند. از اين رو در طراحي يك روبات بايستي در حد امكان بين فضاي كاري و عملكرد مورد نظر روبات يك توزان برقرار كرد. دقت يك روبات از سه ديدگاه اصلي زير قابل بررسي است.
١- تكرارپذيري5 يعني توانايي رسيدن به يك هدف مشخص از نقاط شروع متفاوت با كمترين خطا در دفعات گوناگون.
٢- دقت مطلق که عبارت است از رسیدن به هدف معین با دقت مورد نظر.دقت مطلق انعطاف پذيري بازوها و مفاصل روبات و كيفيت تحقق شروط هندسي (مانند متعامد يا موازي بودن دو محور متوالي) ارتباط دارد.
٣- توان تفكيك كه به معني توانايي انجام كوچكترين حركت در رسيدن به هدف مي- باشد.
در خصوصيات دقتي، روبات هاي موازي عملكرد بهتري نسبت به روباتهاي سريال دارند. در جدول شماره ١-١ اين خصوصيات در برخي از روبات هاي سريال آمده اند.
جدول شماره ی١-١- مشخصات عملكرد برخي از روبات هاي سريال
نسبت بار به جرم
جرم (Kg)
بار قابل حمل (Kg)
تكرار پذيري
نام روبات
٠٥١/٠
٩٨
٥
٠٣/٠
ABB IRB 140T
٠١٨١/٠
٣٨٠
٧
٠٦/٠
ABB IRB 2400L
٠٤٥/٠
٩٨٠
٤٥
١/٠
ABB IRB 4400/45
٠٦/٠
١٦٠٠
١٠٠
١٥/٠
ABB IRB 6400R
٠٤٣٤/٠
١٣٨
٦
٠٨/٠
Fanuc-Mate 100i
٠٤٣٢/٠
٣٧٠
١٦
١/٠
Fanuc-Mate 120i
٠٦٤٥/٠
٦٢٠
٤٠
٥/٠
Fanuc M420i
١٣٦٣٦/٠
١٢١٠
١٦٥
٣/٠
Fanuc-2000i 165F
١٠١/٠
١٩٧٠
٢٠٠
٥/٠
Fanuc S-900iB200
٠٢٥٥/٠
٢٣٥
٦
١/٠
Kuka KR 6
٠٩٠٢/٠
٦٥٥
٦٠
٢/٠
Kuka KR 60-3
چنانچه از پيش مي دانيم، طبيعت هیچ مزيتي را بي عيب نمي گذارد، روبات هاي موازي نسبت به روبات هاي هم قيمت سريال خود فضاي كاري كوچكتر و پيچيده تري دارند. اين امر ناشي از استفاده از مفاصل غيرفعال6 (اغلب كروي) است كه موجب افزوده شدن قيود داخلي بين اجزاي مكانيكي گرديده و فضاي كاري را پيچيده و مبهم مي كند، بطوري كه بسياري از توليد كنندگان روبات هاي موازي ارزيابي دقيقي از فضاي كاري محصولاتشان ندارند و تنها آن ها را براي مسيرهاي خاصي كاليبره و راه اندازي مي كنند.
با توجه به نكات فوق روبات هاي موازي و سريال بعنوان مكمل يكديگر عمل مي كنند. با كمي احتياط مي توان گفت نقاط قوت روبات هاي موازي نقاط ضعف روبات هاي سريال و نقاط ضعف آن ها نقطه قوت روبات هاي سريال است (جدول١-٢).
١-٢-٥-١- نگاهي بر تاريخچه روبات هاي موازي
اگرچه بسياري دهه ١٩٥٠ ميلادي را به واسطه ساخت روبات استوارت سال تولد روبات ها و مكانيزم هاي خودكار موازي مي دانند، اما اولين ايده ثبت شده حركت موازي خودكار به دهه ١٩٣٠ بر مي گردد. ويليارد پولارد يك سازه موازي پنج درجه آزادي براي پاشيدن خودكار رنگ را در آن سال ها طراحي و به نام خود ثبت كرد كه بعنوان اولين روبات موازي و حتي توسط برخي بعنوان اولين روبات صنعتي شناخته مي شود و البته هيچ گاه ساخته نشد (شکل ١-٧).
شکل ١-٧- نخستین طرح ثبت شده از روبات های موازی، سال١٩٣٠]٣١[
جدول شماره ی ١-٢- مروری بر خواص روبات های موازی و سریال
پارامترمشترك/ روبات
روبات سريال
روبات موازي
سرعت
كم
زياد
شتاب
كم
زياد
سختي
كم
زياد
فضاي كاري
زياد
كم
مساله معكوس
سخت
ساده
مساله مستقيم
ساده
سخت
سادگي طراحي
ساده
سخت
دقت
كم
زياد
يك دهه پيش از اولين روبات موازي در سال ١٩٢٨ اولين سازه براي كنترل يك صفحه بر اساس استفاده از خواص مفاصل كروي توسط جيمز گينت صورت پذيرفت. سازه مورد نظر او در اصل يك سكوي تماشاچيان سينماي سه بعدي بود. او در نظر داشت براي ايجاد هيجان بيشتر در سينماهاي سه بعدي زاويه و شتاب جايگاه تماشاچيان را متناسب با تصاوير تغيير دهد. وي براي رسيدن به هدف خود سكوي تماشاچيان را بر روي جند مفصل كروي استوار كرد. طرح گينت نيز به دليل پيچيدگي و دشواري ساخت در همان دفتر ثبت باقي ماند و هيچ گاه ساخته نشد (شکل ١-٨).
شکل ١-٨- طرح سینمای متحرک، احتمالاً نخستین طرح از یک مکانیزم موازی، سال ١٩٣١] ٣١ [
پس از اين كوشش هاي اوليه، نخستين روبات موازي در سال ١٩٤١ توسط پسر ويليارد پولارد ساخته شد. روبات او بر پايه يك پانتوگراف بود و با دو موتور الكترونيكي كار مي كرد. در سال ١٩٤٧ با طراحي و اختراع دستگاه استاندارد تست چرخ اتومبيل توسط اريك گاف روبات هاي موازي براي نخستين بار اعتبار صنعتي يافتند و توجه صنايع را به سوي خود جلب نمودند. كارخانه دانلوپ پروژه ساخت يك شبيه ساز نيروهاي وارده بر ارابه هواپيما در زمان فرود و تأثير آن بر چرخ هواپيما را مد نظر خود قرار داده بود. پيش از اين پروژه، ‌سازه هاي شش-پاي موازي با محرك هاي جك هيدروليك شناخته شده بودند و حتي موارد استفاده بسياري هم در شبيه سازهاي لرزش MAST7 داشتند. اين سازه ها اغلب از سه جك هيدروليك افقي و سه جک هیدرولیک عمودی ساخته می شدند (شکل ١-٩). دلیل توجه به جک ها توانایی ایجاد حرکات دقیق و پیچیده با حرکات ساده خطی رفت و برگشتی و با اتصالات کروی بوده است.
شکل ١-9- نمونه یک سیستم MAST، دانشگاه کاسل ]٣١[
آنچه دستگاه اريك گاف را متفاوت مي ساخت نحوه جايگيري جك هاي هيدورليك آن بود. او براي دستيابي به بيشترين فضاي كاري براي دستگاه خود شش جك هيدورليك را به صورت متقارن و به نحوي كه در فضا يك هشت وجهي مي ساختند،‌ قرار داد. صفحه انتهايي روبات گاف شش درجه آزادي، با تونايي تحمل بار بسيار زياد و البته با فضاي كاري كم داشت. دستگاه مورد نظر وي در سال ١٩٥٠ ساخته شد و در سال ١٩٥٤ به بهره برداري صنعتي رسيد و ده سال بعد دستگاه او به كنترلرهاي ديجيتال دقيق تر مجهز شد (شکل ١-١٠).
شکل ١0-١- روبات گاف، ١٩٥٤، راست نمونه جدید روبات گاف، سال ٢٠٠٠ کارخانجات چوب دانلوپ ]٣١[
گاف در سال ١٩٦٧ دكتراي افتخاري خود را به دليل تحت تاثير قرار دادن صنعت با اختراع خود از دانشگاه لندن دريافت كرد و روباتش بعنوان دستگاه استاندارد جهاني تست ارابه هواپيما پذيرفته شد. پنج سال بعد اريك گاف در سال ١٩٧٣ زماني كه تعداد زيادي از روباتش در جهان ساخته شده و يا در حال ساخت بود، چشم از جهان فرو بست. روبات وي اكنون در موزه ملي دانش و صنعت بريتانيا نگهداري مي شود.
در سال ١٩٦٥ مقاله جنجالي استوارت كه در آن يك شبيه ساز پرواز شش درجه آزادي طراحي شده بود، منتشر شد. گاف با اعتراض به استوارت به وي يادآور شد كه طرح او همان دستگاه تست چرخ مي باشد و طرح جديدي ارائه نشده است. علي رغم مسايل پيش آمده مقاله وي راه جديدي در پردازش سينماتيك سازه هاي موازي در محافل علمي و دانشگاهي گشود (شکل ١-١١).
شکل ١-١١- طرح استوارت برای شبیه ساز پرواز، سال ١٩٦٥] ٣١[
پيش از طرح شبيه ساز پرواز استوارت در سال ١٩٦٢ موسسه فرانكلين از كارمند خود كلاوس كاپل خواست تا دستگاه هفت درجه آزادي تست لرزش MAST خود را بهبود بخشد. درجه اضافي اين شبيه ساز براي كاهش نيروهاي عكس العمل در جكهاي هيدروليك بود، اما طرح را بسيار پيچيده و ناكارآمد ساخته بود و عاقبت همين درجه آزادي اضافي موجب شكستن صفحه انتهايي دستگاه گرديد. اين همه باعث شد تا كلاوس كاپل به ايده يك شبيه ساز شش-پای هشت وجهي بينديشد. او اين طرح را بعنوان اختراع در حالي كه چيزي از دستگاه اريك گاف نمي دانست، در آمريكا به ثبت رساند. دستگاه وي توسط شركت سيكورسكي براي استفاده به عنوان اولين شبيه ساز پرواز هلي كوپتر به كار گرفته شد (شکل ١-١2).
شکل ١-١2- اولین شبیه ساز پرواز بر پایه یک روبات شش پای موازی، دهه ١٩٦٠]٣١[
در دهه ١٩٨٠ ريموند كلاول ايده جالب استفاده از متوازي الاضلاع را براي ساخت روبات هاي موازي با سه درجه آزادي جابجايي فضايي و يك درجه آزادي چرخشي مطرح كرد. او روبات موازي دلتا را بعنوان يكي از موفق ترين طراحي هاي روبات موازي در قرن بيستم به

دیدگاهتان را بنویسید