منابع و ماخذ پایان نامه بهره بردار، پژوهشگران

موازی
مقدمه
١-١- تاريخچه تكامل روبات ها
بشر در طول تاريخ كوشيده است كه از نيروي طبيعت در راستاي نيازهاي خود استفاده كند. نقاشي هاي غارهای متعلق به ١٥٠٠٠ سال پيش نشان از رام شدن اسب و گاو و نخستين بهره برداري مكانيكي بشر از طبيعت دارد. انسان توانست با سوار شدن بر اسب به سرعت جابجايي بسيار بيشتري كه ضرورت حياتي زندگي عصر يخبندان در كوچ هاي مكرر بود، دست يابد. همچنين او پس از يكجانشيني و كشف كشاورزي يوغ خيش را بر گردن گاو، حيوان مقدس جهان باستان نهاد كه بدون او زميني آماده كشت نمي شد و حيات انسان در معرض نابودي قرار مي گرفت.
گرچه اين همه كشف هاي بزرگي در تاريخ حضور انسان بر زمين بودند، اما به جز چرخ كه جابجايي را سهل تر و اقتصادي تر مي كرد، تا دو سه سده اخير هزاره دوم پس از ميلاد مسيح زمين، عرصه تلاطم شكل گيري خرد نو و جنگ بقاي بقاياي تمدنهاي باستاني بود. در اين فضا چندان مجالي براي اختراع و اكتشاف بزرگي وجود نداشت و چنانچه چيزي هم صورت مي- پذيرفت يا به آتش دادگاه هاي تفتيش عقايد غرب مي سوخت و يا در فراموشخانه مردم خسته شرق مدفون مي گرديد. در گرد و غبار اين همه هياهو جابر اين حيان به واسطه كتاب اسرار آميز الاشجار به عنوان يكي از پيشگامان علم روباتيك شناخته مي شود. او ١٢٠٠ سال پيش در اين كتاب مكانيزم هايي را براي تقليد حركت عنكبوت و مار طراحي كرد. جالب است كه جابر روشهاي نمادگذاري خاصي براي توضيحات نقشه هايش ابداع نمود كه آن را تنها براي شاگردانش مفهوم مي ساخت. ٤٠٠ سال پس از جابر دانشمند ديگر مسلمان الجزري مكانيزم هاي بسياري را كه با آب كنترل مي شدند طراحي و ارائه و يا تكميل كرد. شايد اگر بجاي مكانيزم هايي كه درآن موتورها با نيروي محركه آب به حركت در مي آمدند، ‌مكانيزمي كه به آن بسيار علاقه مند بود به نيروي بخار آب توجه كرده بود انقلاب صنعتي ٥٠٠ سال پيش از اروپا در مشرق زمين، با اختراع موتور بخار رخ داده بود. به گفته امروزين الجزري يك مهندس مكانيك علاقه مند به طراحي مكانيزم ها بود. الجزري نخستين كسي است كه يك روبات آدم نما با كنترل حركات بر اساس جريان آب طراحي كرد (شکل ١-١).
شکل ١-١- نمونه طراحی های الجرزی، سال ١٢٠٠ میلادی ]٣١[
پس از انقلاب صنعتي و توجه به علوم تجربي تلاش بسياري در طراحي و ساخت دستگاه هاي خودكار و يا خود تنظيم صورت پذيرفت. منشأ اين حركات اختراع ماشين بخار توسط جيمز وات انگليسي بود (شکل ١-٢). اين رويداد شاه كليد استفاده کنترل شده بشر از سیستم های حرکتی و جایگزینی نیروی بازوی انسان واسب و گاو با ديگ هاي جوشان بخار بود.
پس از آن موتورهاي بخار مختلف، سود سرشاري را روانه جيب طراحان و سرمايه داران حامي آنها نمود و موجب رشد فزاينده توليد و كاهش زمان ساخت گرديد و بر خلاف تصور عمومي، اتوماسيون به دليل افزايش حجم توليد فرصت هاي شغلي بيشتري براي كارگران و واسطه ها فراهم نمود.
شکل ١-٢- موتور بخار جیمز وات، قرن ١٨ میلادی ]٣١[
در ابتداي قرن هجدهم ميلادي ژاكار يك دستگاه بافندگي قابل برنامه ريزي را اختراع كرد. در آن زمان كسي نمي انديشيد اين ابتكار وي بعدها به يكي از مهمترين اجزاي صنعتي تبديل شده و حتي به شكل يك رقيب براي انسان ظاهر شود. پس از ژاكار، ميلادرت عروسكي مكانيكي ساخت كه مي توانست نقاشي كند. نزديك به يك سده هيچكس اين اختراع ها را جدي نگرفت. اختراع آن ها سازه هاي بسيار پيچيده و در ضمن، غير قابل اعتماد براي توليد انبوه صنعتي بودند. ضمناً موتورها و جك ها هنوز يا وجود نداشتند و يا بسيار غير دقيق و غيرقابل كنترل بودند. از اين نكته بگذريم كه هنور هيچ حسگر الكترونيكي ساخته نشده بود و حسگرها غير دقيق، ‌سنگين، مكانيكي و بزرگ بودند.
سه سال پس از پايان جنگ جهاني اول،كلمه روبات از سوي كارل كاپك نويسنده نمايشنامه “Rossum’s Universal Robots” در سال ١٩٢١ از كلمه چك “robotnic”‌ به معني كارگر به كار گرفته شد. در اين نمايشنامه يك ماشین انسان- نما، قدرتي بيش از انسان يافته بود و در پايان به شورش عليه سازندگان خود مي پرداخت (شکل ١-٣).
شکل ١-٣- صحنه ای از فیلم کارل کاپک، سال ١٩٢١] ٣١[
٢٥ سال زمان نياز بود تا اولين جرفه انفجار فناوري روباتيك در سال ١٩٤٦ توسط جي. سي. دول آمريكايي زده شود. او وسيله اي اختراع كرد كه مي توانست علايم الكترونيكي را به طور مغناطيسي ثبت كند و آن ها را دوباره براي يك ماشين مكانيكي مورد استفاده قرار دهد.
اختراع وي مسير علم كنترل را از روي كاغذ كتاب به كارگاههاي ساخت و كارخانجات تغيير داد. يك سال بعد تولد تزانزيستور در آزمايشگاه بل، طوفاني در عرصه تكنولوژي برپا كرد. تئوري هاي رياضي اكنون عرصه عمل خود را مي يافتند و در اين ميدان دانش معادلات ديفرانسيل به كنترل محيط زندگي انسان پرداخت. شش سال بعد در سال ١٩٥٢ اولين نمونه ماشين كنترل عددي پس از چند سال تحقيق در دانشگاه ام.آي.تي. به نمايش درآمد. بخشي از زبان برنامه ريزي آن، اي.پي.تي. بعدها تكامل يافت و در سال ١٩٦١ منتشر شد.
در سال ١٩٥٤ كن داورد مخترع بريتانيايي تقاضاي ثبت روبات را براي تخستين بار مطرح كرد. همزمان با اين درخواست اريك گاف مهندس يك شركت انگليسي روبات موازي خود را براي آزمايش ارابه فرود هواپيما به كار گرفت. اين اولین روبات موازي استفاده شده در صنعت بود. پنج سال بعد از گاف شركت پلانت نخستين روبات تجاري را به بازار معرفي نمود.
در سال ١٩٦١ نخستين روبات تجاري Unimate در كارخانه فورد، براي جابه جايي ماشين ريخته گري تحت فشار نصب شد (شکل ١-٤).
شکل ١-٤- روبات Unimate كارخانه فورد، سال ١٩٦١] ٣١[
پنج سال پس از آن يك شركت نروژي روباتي را براي رنگ پاشي در كارخانه خود نصب كرد. در سال ١٩٦٧ روبات سياري به نام شيكي در موسسه پژوهشي استانفورد ساخته شد. اين روبات داراي حسگري گوناگون از جمله دوربين و حسگرهاي لمس كننده بود و مي توانست به اطراف خود حركت كند. اين دانشگاه تا سال ١٩٧٢ يك روبات دست برقي و زبان برنامه ريزي روبات به نام ويو1 و به دنبال آن زبان ال را به دنيا معرفي نمود. بعدها اين دو زبان به زبان تجاري وال تبديل شدند. شركت آ.ث.آ. در سال ١٩٧٤ روباتي كاملاً برقي به نام آي.آر.بي.٦ عرضه كرد. يك سال بعد، روبات زيگما در عمليات مونتاژ به كار گرفته شد، اين يكي از نخستين كاربردهاي روبات درخط مونتاژ بود. در ابتداي دهه ١٩٨٠ سيستم برداشتن اشيا از جعبه توسط روبات در دانشگاه ردآيلند به نمايش درآمد. اين روبات توانست با استفاده از يك دوريبن،‌ قطعات پراكنده را از جعبه بردارد. دهه هشتاد، دهه ظهور و تكامل روباتها بود. شركت آي.بي.ام در ١٩٨٢ پس از چند سال تلاش روبات آر.اس.١ را عرضه كرد. سال بعد گزارش هايي در مورد پژوهش هاي شركت وستينگهاوس به سرپرستي بنياد علوم آمريكا در مورد سيستم مونتاژ برنامه پذير و قابل تطبيق منتشر شد كه طرح آزمايشي براي برنامه ريزي خط مونتاژ با استفاده از روبات محسوب مي شد. در يك نمايشگاه روبات در سال ١٩٨٤ چند نوع سيستم برنامه ريزي غيرمستقيم عرضه مي شد. اين سيستم ها اين امكان را فراهم آورده بودند تا برنامه روبات را بتوان با استفاده از يك محيط گرافيكي بر روي كامپيوترهاي شخصي تهيه و سپس به روبات منتقل كرد. در همين زمان ايده ساخت روبات موازي دلتا توسط ريموند كلاول ارائه شد. در سال ١٩٩١ فرانسيس پيروت با اصلاح ساختار روبات موازي دلتا، روبات موازي هگزا را با شش درجه آزادي براي صفحه انتهايي آن در يك مقاله معرفي نمود.
تحقيقات در زمينه هاي مختلف روباتيك همچنان ادامه دارد. از جمله موضوع هاي جالب امروزه روباتيك مي توان به طراحي و كنترل روباتهاي هيبريد (كه روبات هايي مركب از ساختارهاي سريال و موازي هستند)، روبات هاي همكار و روبات هاي با درجات آزادي بالاتر از
شش اشاره نمود. همچنين دريافت وضعيت روبات با استفاده از دوربين(ها) و پردازش تصاویر مورد توجه پژوهشگران بسياري بوده است.
١-٢- دسته بندي روبات ها
جهت انجام مطالعات دقيقتر و طبقه بندي روباتها بر اساس كارايي و كاربردهايشان، متخصصان روبات ها را از نظرگاههاي متفاوت دسته بندي و بررسي مي كنند كه در اينجا دسته هاي عمده و معروف اين روبات ها معرفي مي گردند.
١-٢-١- دسته بندي از نظر درجه آزادي
يكي از معمول ترين دسته بندي روبات ها، با توجه به تعداد درجات آزادي آن هاست. در حالت ايده آل يك روبات شش درجه آزادي با چيدمان مناسب مفاصلش مي تواند به مكان ها وزاويه هاي دلخواه در فضاي سه بعدي كاري اش حركت كند. به روباتي كه شش درجه آزادي دارد، روبات همه كاره و چنانچه بيش از شش درجه آزادي داشته باشد، روبات افزوده و در صورتي كه كمتر از شش درجه آزادي داشته باشد، روبات ناقص مي گويند.
١-٢-٢- دسته بندي روبات ها از نظر نيروي محركه
روبات ها با توجه به دستگاه تأمين نيرويشان نيز طبقه بندي مي شوند. سه عامل نيرو يا گشتاور در روبات ها، محرك هاي برقي، روغني و بادي هستند. بسياري از روبات ها از موتورهاي دي سي و يا پله اي استفاده مي كنند كه به راحتي قابل كنترل مي باشند. براي ايجاد حركات بسيار سريع از محركهاي بادي استفاده مي شود. محرك های بادي به صورت ابزار ابتدا-انتها كار مي كنند و مكان آنها خارج از نقطه ابتدا و انتها قابل تنظيم نيست. در حركات قدرتي و سنگين استفاده از محرك هاي روغني ضروري است. مشكل استفاده از محرك هاي روغني نشت روغن و همچنين ايجاد انعطاف در سيستم به دليل وجود مدول حجمي مي- باشد.
در بیشتر روبات هاي سريال در هر مفصل يك موتور جهت حركت دادن بازوي بعدي قرار مي گيرد. به روبات سريالي كه هر بازوي آن توسط يك جعبه دنده به موتور محرك خود متصل باشد، روبات سريال معمولي گفته مي شود. در اين روبات ها مشكل لقي جعبه دنده موجب ايجاد خطا در هر لينك شده كه در بدترين حالت ممكن است با هم جمع شده و خطاي قابل توجهي در انتهاي روبات ايجاد كنند. البته توليد كننده هاي موتورها در سالهاي اخير گيربكس- هايي با طرح جديد و با لقي بسيار اندك توليد مي كنند كه گاهي از موتورهاي راه اندازشان هم گران تر مي باشند. اگر در يك روبات سريال هر بازو بدون جعبه دنده به موتور مربوطش متصل باشد، به آن روبات سريال مستقيم مي گويند. مشكل لقي با اتصال مستقيم بازو به موتور از بين مي رود، اما براي تأمين گشتاور مورد نياز، موتورهاي سنگين تري استفاده مي شوند كه هزينه ساخت و مصرف انرژي روبات را افزايش مي دهد.
١-٢-٣- دسته بندي از نظر فضاي كاري2
به حجمي كه آخرين عضو روبات مي تواند در فضا بپيمايد، فضاي كاري آن روبات می- گویند. اندازه اين حجم شديداً به نحوه طراحي روبات وابسته است. طول بازوها و نوع مفصل هاي مورد استفاده دو عامل تعيين كننده فضاي كاري روبات هستند. به فضاي كاري كه بتوان حداقل با يك زاويه خاص از انتهاي روبات به آن رسيد، فضاي كاري قابل دسترسي و به آن قسمت از فضاي كاري كه بتوان با هر زاويه اي نسبت به پايه روبات به آن رسيد، فضاي حاكميت روبات گفته مي شود.
اغلب روبات هاي سريال به دليل جدا شدن معادلات كنترل زاويه و مكان آخرين عضو به صورت دو بخش بازوها و مچ ساخته مي شوند. در اين نوع طراحي مكان آخرين عضو توسط بازوها و زاويه آن توسط مچ روبات تنظيم مي شود. به روبات سريالي كه سه محرك خطي دو به
دو عمود برهم داشته باشد، روبات كارتزين گفته مي شود و در صورتي كه مفصل اول يا دوم روبات كارتزين با يك مفصل چرخشي تعويض گردد، روبات استوانه اي مي گويند.

دیدگاهتان را بنویسید