پیشینه تحقیق
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 : کلیات 1
پیشینه تحقیق 1
فصل دوم : تاریخچه رباتیک 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 روباتهای زیستی 14
2-6- رباتیک و کشور های صنعتی 19
2-7- وضعیت رباتیک در ایران 20
2-8- ربات های متفکر، نسل آینده 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 : تعریف، دسته بندی و اجزای ربات 26
3-1- دسته بندی رباتها 26
3-1- 1- دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی 26
3-2- 2- دسته بندی مؤسسه رباتیک آمریکا 27
3-3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی 28
3-4- اجزاء اصلی یک ربات 28
3-4-1- بازوی مکانیکی ماهر(Mechanical Manipulator) 28
3-4-2- سنسورها 30
3-4-3- کنترلر 30
3-4-4- واحد تبدیل توان 32
3-4-5- محرک مفاصل 32
3-5- طبقه بندی رباتها 33
3-5-1- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر کاربرد 33
3-5-1-1- رباتهای صنعتی 34
3-5-1-2- رباتهای شخصی و علمی 34
3-5-1-3- رباتهای نظامی 34
3-5-2- طبقه بندی از نقطه نظر استراتژی کنترل در نسلهای 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 بندی از نقطه نظر محرک مفصلها 39
فصل چهارم : سیستمهای الکتریکی، هیدرولیکی و پنوماتیکی 40
4-1- موتورهایDC 40
4-2- مقایسه موتورهای DC 40
4-3- موتورهای AC 41
4-4- مزایا و معایب سیستمهای الکتریکی 41
4-5- سیستمهای هیدرولیکی 42
4-6- مزایا و معایب سیستم های هیدرولیکی 42
4-7- سیستمهای پنوماتیکی 43
4-7-1- مزایا و معایب سیستمهای پنوماتیک 43
4-8- طبقه بندی از نقطه نظر هندسه حرکت 44
4-8-1- مختصات کارتزین(Cartesian – Coordinate) 44
4-8-2- مختصات استوانه ای (Cylindrical – Coordinate) 45
4-8-3- مختصات کروی (Spherical – Coordinate) 46
3-8-4- مختصات لولایی (دورانی)(Articulated – Coordinate) 46
4-9- طبقه بندی از نقطه نظر کنترل حرکت 48
4-9-1- کنترل غیر سرو مکانیزم (Non – Servo Control) 48
4-9-2- کنترل سرو مکانیزم (Servo Controlled) 49
4-9-2-1- روش کنترلی نقطه به نقطه (Point to Point) 50
4-9-2-2- روش کنترلی مسیر پیوسته (Continous Path) 51
4-10- مشخصات ربات 52
4-10-1- تعداد محورها 52
4-10-2- ظرفیت حمل بار و حداکثر سرعت (Payload and Velocity) 53
4-10-3- دسترسی و تحریک (Reach and Stroke) 53
4-10-4- جهت گیری دست 53
4-10-5- قابلیت تکرار و دقت (Accuracy and Repeatability) 54
فصل پنجم : سیستم های انتقال قدرت 55
5-1- انواع چرخ دنده ها 55
5-1-1- چرخ دنده های ساده یا صاف (Spur Gears) 55
5-1-2- چرخ دنده های حلزونی (Worm Gears) 56
5-1-3- چرخ دنده های مارپیچ (Helical Gears) 56
5-1-4- چرخ دنده های مخروطی (Bevel Gears) 56
5-2- پیچهای هدایت (جلوبر) (Lead Screw) 57
5-3- پیچهای ساچمه ای یا بلبرینگی (Ball Screw) 58
5-4- محرکهای منظم (Harmonic Drives) 59
5-5- اجزای مکانیکی انعطاف پذیر، تسمه ها 62
5-5-1- تسمه تخت (Flat Belts) 62
5-5-2- تسمه های ذوزنقه ای یا (V – Beltsv) 63
5-5-3- تسمه های دندانه دار (Timing Belts) 63
5-6- زنجیرها و چرخ زنجیرها 64
5-7- کابل یا طناب سیمی (Cable Or Wire Rope) 64
5-8- کوپلرها (Couplers) 65
5-9- بادامک ها (Cams) 65
5-10- مچ ها 66
5-10-1- پیکربندیهای مچ 67
5-11- عوامل نهایی 68
5-11-1- گیره ها (Grippers) 69
5-11-2- تقسیم بندی و مقایسه گیره ها 71
5-11-2-1- مکانیزمهای گیره 73
5-12- تقسیم بندی گیره 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- تقسیم بندی گیره ها براساس نحوه کنترل 75
5-13-1- عوامل نهایی غیرقابل کنترل 75
5-13-2- عوامل نهایی تحت کنترل 75
5-13-3- عوامل نهایی ردیفی ثابت 75
5-13-4- عوامل نهایی قابل تنظیم 76
5-14- تقسیم بندی گیره ها براساس تعداد حمل کار 76
5-14-1- یک موقعیته 76
5-14-2- چند موقعیته 76
5-14-2-1- عملکرد متوالی (Sequential – Action) 77
5-14-2-2- عملکرد موازی (Parallel – Action) 77
5-14-2-3- عملکرد ترکیبی (Composite – Action) 78
5-15- تقسیم بندی گیره ها براساس نحوه اتصال به مچ 78
5-15-1- غیر قابل جدا شدن 78
5-15-2- قابل جایگزینی 78
5-15-3- قابل جدا شدن سریع 78
5-15-4- قابل جدا شدن اتوماتیک 78
نتیجه گیری 79
منابع و ماخذ : 81
فهرست اشکال :
شکل 1 : نمونه ای از استفاده از ربات در صنعت 6
شکل 2 : مؤلفه های یک ربات 29
شکل 3 : سلسله مراتب زیر سیستم های یک ربات متحرک نمونه 33
شکل 4 : کنترلر نسل اول و دوم رباتها 36
شکل 5 : کنترلر نسل سوم رباتها 37
شکل 6 : کنترلر نسل چهارم رباتها 38
شکل 7 : ربات کارتزین 45
شکل 8 : ربات استوانه ای 46
شکل 9 : ربات کروی 46
شکل 10 : ربات دورانی 47
شکل 11 : جهت های Yaw، Pitch وRoll 54
شکل 12 : پیچ هدایت 58
شکل 13: چرخ دنده ساچمه ای 58
شکل 14 : محرک منظم 59
شکل 15 : عملکردهای مختلف محرک منظم 61
شکل 16: جزئیات ساختار تسمه همزمان 63
شکل 17: انتقال دهنده کابلی 64
شکل 18: محورهای غیر هم مرکز 65
شکل 20 : شمای پیکربندیهای مچ 69
شکل 21 : گیره قابل کنترل 77
فهرست جداول :
جدول 1 : انواع مفصل ربات 30
جدول 2 : هندسه حرکت براساس محورهای اصلی 47
جدول 3 : مشخصات ربات 52
جدول 4: پیکربندیهای مچ 67
فهرست نمودارها :
نمودار 1 : مقایسه موتورهای DC 41