علم رباتيك

پيشينه تحقيق
در گذشته کشورهای استعمارگر برای افزایش سرمایه وپیشرفت خود به کشور های ضعیف حمله می کردند و با تصرف کشور قربانی ، مردم آنجا را به عنوان برده به خدمت می گرفتند و از آنها به عنوان نیروی کار رایگان بهره می بردند و آنها را در مزارع کارخانه ها آشپزخانه ها و… به کار می گرفتند . اما این برده ها چند عیب بزرگ داشتند . مهمترین عیب آن اسارت یک انسان و ظلم به او بود و دیگر عیب آن خستگی برده ها بود . برده ها نمی توانستند ۲۴ ساعت شبانه روز کار کنند . باید به آن ها وقت استراحت می دادند . دیگر عیب آن ها این بود که ارباب باید آن ها را مداوم کنترل می کرد . در آن زمان آرزوی اربابان این بود که برده ای غیر انسانی داشته باشند که بتواند ۲۴ ساعته کارکند و دچار خستگی نشود و نیاز به کنترل مداوم نداشته باشد . با توجه به علم آن زمان این رویایی بیش نبود و فقط در تئاتر به نمایش در می آمد و به این برده های آسمانی (( ربات )) می گفتند .
با پیشرفت علوم در طی گذشت زمان و انقلاب صنعتی اروپا ، نیاز به برده هایی بیشتر با سرعت بالاتر دقت بیشتر و خستگی کمتر ، بیشتر احساس می شد . بنابراین دانشمندان به فکرساخت ماشین های خود کار افتادند . (تا آن زمان علم در زمینه ی برق و مکانیک مقداری پیشرفت کرده بود . ) از آن به بعد در قسمت هایی از کارخانه ها از ماشین های الکترومکانیکی استفاده می شد . بدین شکل مکانیزاسیون صنعتی آغاز شد . عیب بزرگ این دستگاه ها تک منظوره بودن و عدم انعطاف پذیری آن ها بود . یعنی با تغییر قسمتی از کارخانه یا محصول تولیدی می بایست کل دستگاه ها دوباره طراحی می شدند . با پیشرفت هر چه بیشتر علم ، کامپیوتر ها اختراع شدند و گسترش یافتند . تا حدی که در خانه ها نیز یافت می شد . سپس صنعت گران به فکر ترکیب ماشین ها ی الکترومکانیکی با کامپیوتر ها افتادند تا بتوان آن ها را برنامه نویسی کرد [ یکی از ویژگی های کامپیوتر قابل برنامه نویسی بودن آن است ] و بایک دستگاه بتوان چندین کار را انجام داد (مثلا دستگاهی که یک نوع ماشین را رنگ می زند بتواند با عوض شدن مدل و طرح آن ، آن ها را نیز رنگ بزند ) . بدین صورت ربات ها ساخته شدند.
1920: نمایش نامه نویس چک اسلواکی Karl capek، کلمه ربات را در نمایش«‌ربات‌های جهانی روسیه» استفاده کرد این جمله از کلمه چکی « Robota» به معنی« کوشش ملال آور‌» آمده است.
1938: نخستین الگوی قابل برنامه‌ریزی که یک دستگاه سم‌پاشی بود، توسط دو آمریکایی به نام‌های Willard pollard و Harold Roselund برای شرکت devilbiss طراحی شد.
1942: ایزاک آسیموفRunaround را منتشر کرد و در آن قوانین سه‌گانه رباتیک را تعریف کرد.
1946: ظهور کامپیوتر: George Devol، با استفاده از ضبط مغناطیسی، یک دستگاه playback همه منظوره، برای کنترل ماشین به ثبت رساند. John Mauchly اولین کامپیوتر الکترونیکی (ENIAC) را در دانشگاه پنسیلوانیا ساخت. در MIT، اولین کامپیوتر دیجیتالی همه منظوره (Whirl wind) اولین مسئله خود را حل کرد.
1951: در فرانسه Reymond Goertz اولین بازوی مفصلی کنترل از راه دور را برای انجام مأموریت هسته‌ای طراحی کرد. طراحی آن مبتنی بر کلیه روابط متقابل مکانیکی بین بازوی اصلی و فرعی با استفاده از روش متداول تسمه و قرقره بود که نمونه‌هایی برگرفته از این طرح هنوز هم در مواردی که نیاز به لمس نمونه‌های کوچک هسته‌ای است، دیده می‌شود.
1954: George Devol اولین ربات قابل برنامه‌ریزی را طراحی و عبارت جهانی اتوماسیون را ابداع کرد. این امر زمینه‌ای برای نام‌گذاری این شرکت به Unimation در آینده شد.
1959: Marvin Minsky و John McCarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی را در MIT بنا نهادند.
1960: Unimation توسط شرکت Coudoc خریداری شد و توسعه سیستم ربات‌های آن آغاز گردید. کارخانجات ساخت تراشه مانند AMF پس از آن شناخته شدند و اولین ربات استوانه ای شکل به نام Versatran که توسط Harry Johnson&Veljkomilen kovic طراحی شده بود، فروش رفت.
1962: جنرال موتورز اولین ربات صنعتی را از Unimation خریداری کرد و آن را در خط تولید خود قرار داد.
1963: John Mccarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی دیگری از دانشگاه استنفورد بنا کرد.
1964: آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هوش مصنوعی در M.I.T ،مؤسسات تحقیقاتی استنفورد (SRI)، دانشگاه‌ استنفورد و دانشگاه ادین برگ گشایش یافت.
1964: رباتیک C&D پایه گذاری شد.
1965: دانشگاه Carnegie Mellon مؤسسه رباتیک خود را تأسیس کرد.
1965: حرکت یکنواخت ( Homogeneous Trans formation) در شناخت نحوه حرکات ربات به کار رفت. این روش امروزه به عنوان نظریه اسامی رباتیک وجود دارد.
1965: ژاپن ربات Verstran ( نخستین رباتی که به ژاپن وارد شد) را از AMF خریداری کرد.
1968: کاوازاکی مجوز طراحی ربات‌های هیدرولیک را از Unimation گرفت و تولید آن را در ژاپن آغاز کرد.
1968: SRI،Shakey (یک ربات سیار با قابلیت بینایی و کنترل با یک کامپیوتر به اندازه یک اتاق) را ساخت.
1970: پروفسور victor sheinman از دانشگاه استنفورد بازوی استاندارد را طراحی کرد. ساختار ترکیب حرکتی او هنوز هم به بازوی استاندارد معروف است.
1973: Cincinnate Milacron اولین مینی کامپیوتر قابل استفاده تجاری که با رباتهای صنعتی کنترل می شد(T3) را عرضه کرد. ( طراحی توسطRichard Hohn )

فهرست مطالب :
فصل اول : كليات    1
پيشينه تحقيق    1
فصل دوم : تاريخچه رباتيك    6
مقدمه    6
2-1- تعریف ربات و رباتیک    7
2-2- قوانین سه‌گانه رباتیک:    10
2-3- مزایای ربات و رباتیک    11
2-4- صنعت و رباتیک    12
2-5- نانو روبات‌هاي زيستي    14
2-6- رباتیک و کشور های صنعتی    19
2-7- وضعیت رباتیک در ایران    20
2-8- ربات هاي متفكر، نسل آينده ربات ها    22
2-9- استفاده از روباتهای هوشمند در مانیتورینگ، کنترل و تعمیرات خطوط لوله گاز    23
2-10- آینده ی علم رباتیک    24
فصل سوم : تعريف، دسته بندي و اجزاي ربات    26
3-1- دسته بندي رباتها    26
3-1- 1- دسته بندي اتحاديه رباتهاي ژاپني    26
3-2- 2- دسته بندي مؤسسه رباتيك آمريكا    27
3-3-3- دسته بندي اتحاديه فرانسوي رباتهاي صنعتي    28
3-4- اجزاء اصلي يك ربات    28
3-4-1- بازوي مكانيكي ماهر(Mechanical Manipulator)    28
3-4-2- سنسورها    30
3-4-3- كنترلر    30
3-4-4- واحد تبديل توان    32
3-4-5- محرك مفاصل    32
3-5- طبقه بندي رباتها    33
3-5-1- طبقه بندي رباتها از نقطه نظر كاربرد    33
3-5-1-1- رباتهاي صنعتي    34
3-5-1-2- رباتهاي شخصي و علمي    34
3-5-1-3- رباتهاي نظامي    34
3-5-2- طبقه بندي از نقطه نظر استراتژي كنترل در نسلهاي ربات    34
3-5-2-1- نسل اول    35
3-5-2-2- نسل دوم    35
3-5-2-3- نسل سوم    36
3-5-2-4- نسل چهارم    37
3-5-3- طبقه بندي از نقطه نظر محرك مفصلها    39
فصل چهارم : سيستمهاي الكتريكي، هيدروليكي و پنوماتيكي    40
4-1- موتورهايDC    40
4-2- مقايسه موتورهاي DC    40
4-3- موتورهاي AC    41
4-4- مزايا و معايب سيستمهاي الكتريكي    41
4-5- سيستمهاي هيدروليكي    42
4-6- مزايا و معايب سيستم هاي هيدروليكي    42
4-7- سيستمهاي پنوماتيكي    43
4-7-1- مزايا و معايب سيستمهاي پنوماتيك    43
4-8- طبقه بندي از نقطه نظر هندسه حركت    44
4-8-1- مختصات كارتزين(Cartesian – Coordinate)    44
4-8-2- مختصات استوانه اي (Cylindrical – Coordinate)    45
4-8-3- مختصات كروي (Spherical – Coordinate)    46
3-8-4- مختصات لولايي (دوراني)(Articulated – Coordinate)    46
4-9- طبقه بندي از نقطه نظر كنترل حركت    48
4-9-1- كنترل غير سرو مكانيزم (Non – Servo Control)    48
4-9-2- كنترل سرو مكانيزم (Servo Controlled)    49
4-9-2-1- روش كنترلي نقطه به نقطه (Point to Point)    50
4-9-2-2- روش كنترلي مسير پيوسته  (Continous Path)    51
4-10- مشخصات ربات    52
4-10-1- تعداد محورها    52
4-10-2- ظرفيت حمل بار و حداكثر سرعت (Payload and Velocity)    53
4-10-3- دسترسي و تحريك (Reach and Stroke)    53
4-10-4- جهت گيري دست    53
4-10-5- قابليت تكرار و دقت (Accuracy and Repeatability)    54
فصل پنجم : سيستم هاي انتقال قدرت    55
5-1- انواع چرخ دنده ها    55
5-1-1- چرخ دنده هاي ساده يا صاف  (Spur Gears)    55
5-1-2- چرخ دنده هاي حلزوني (Worm Gears)    56
5-1-3- چرخ دنده هاي مارپيچ   (Helical Gears)    56
5-1-4- چرخ دنده هاي مخروطي (Bevel Gears)    56
5-2- پيچهاي هدايت (جلوبر)    (Lead Screw)    57
5-3- پيچهاي ساچمه اي يا بلبرينگي (Ball Screw)    58
5-4- محركهاي منظم   (Harmonic Drives)    59
5-5- اجزاي مكانيكي انعطاف پذير، تسمه ها    62
5-5-1- تسمه تخت (Flat Belts)    62
5-5-2- تسمه هاي ذوزنقه اي يا  (V – Beltsv)    63
5-5-3- تسمه هاي دندانه دار (Timing Belts)    63
5-6- زنجيرها و چرخ زنجيرها    64
5-7- كابل يا طناب سيمي (Cable Or Wire Rope)    64
5-8- كوپلرها (Couplers)    65
5-9- بادامك ها (Cams)    65
5-10- مچ ها    66
5-10-1- پيكربنديهاي مچ    67
5-11- عوامل نهايي    68
5-11-1- گيره ها (Grippers)    69
5-11-2- تقسيم بندي و مقايسه گيره ها    71
5-11-2-1- مكانيزمهاي گيره    73
5-12- تقسيم بندي گيره ها براساس نحوه قرار دادن جسم    74
5-12-1- Relocating End – Effectores    74
5-12-2- Aligning  End – Effectores    74
5-12-3- Locating  End – Effectores    74
5-12-3- Fixing End – Effetores    74
5-13- تقسيم بندي گيره ها براساس نحوه كنترل    75
5-13-1- عوامل نهايي غيرقابل كنترل    75
5-13-2- عوامل نهايي تحت كنترل    75
5-13-3- عوامل نهايي رديفي ثابت    75
5-13-4- عوامل نهايي قابل تنظيم    76
5-14- تقسيم بندي گيره ها براساس تعداد حمل كار    76
5-14-1- يك موقعيته    76
5-14-2- چند موقعيته    76
5-14-2-1- عملكرد متوالي (Sequential – Action)    77
5-14-2-2- عملكرد موازي (Parallel – Action)    77
5-14-2-3- عملكرد تركيبي (Composite – Action)    78
5-15- تقسيم بندي گيره ها براساس نحوه اتصال به مچ    78
5-15-1- غير قابل جدا شدن    78
5-15-2- قابل جايگزيني    78
5-15-3- قابل جدا شدن سريع    78
5-15-4- قابل جدا شدن اتوماتيك    78
نتیجه گیری    79
منابع و ماخذ  :    81

فهرست اشكال :
شكل 1 : نمونه اي از استفاده از ربات در صنعت    6
شكل 2 : مؤلفه هاي يك ربات    29
شكل 3 : سلسله مراتب زير سيستم هاي يك ربات متحرك نمونه    33
شكل 4 : كنترلر نسل اول و دوم رباتها    36
شكل 5 : كنترلر نسل سوم رباتها    37
شكل 6 : كنترلر نسل چهارم رباتها    38
شكل 7 : ربات كارتزين    45
شكل 8 : ربات استوانه اي    46
شكل 9 : ربات كروي    46
شكل 10 : ربات دوراني    47
شكل 11 : جهت هاي Yaw، Pitch وRoll    54
شكل 12 : پيچ هدايت    58
شكل 13: چرخ دنده ساچمه اي    58
شكل 14 : محرك منظم    59
شكل 15 : عملكردهاي مختلف محرك منظم    61
شكل 16: جزئيات ساختار تسمه همزمان    63
شكل 17: انتقال دهنده كابلي    64
شكل 18: محورهاي غير هم مركز    65
شكل 20 : شماي پيكربنديهاي مچ    69
شكل 21 : گيره قابل كنترل    77

فهرست جداول :
جدول 1 : انواع مفصل ربات    30
جدول 2 : هندسه حركت براساس محورهاي اصلي    47
جدول 3 : مشخصات ربات    52
جدول 4: پيكربنديهاي مچ    67

فهرست نمودارها :
نمودار 1 : مقايسه موتورهاي DC    41