وبلاگ

. 105
5-5-8-2- کنترل مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا 106
5-5-8-3- کنترل فازی مد لغزشی زمان محدود. 108
5-5-8-4- کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود. 112
5-6- نتایج عملی کنترل مدار بسته برای روبات هگزا 116
5-6-1- جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 117
5-6-2- دوران صفحه متحرک حول محور ….. 120
5-6-3 جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 123
5-6-4- حرکت روی مسیر دایره ای در صفحه عمود بر   126
5-6-5- بررسی اثر تغییرات پارامتر  بر روی کارایی کنترلر در مسیر شماره 1. 129
5-6-6- بررسی اثر تغییرات پارامتر برروی کارایی کنترلر در مسیر شماره 2. 130
5-6-7- بررسی عملکرد کنترلر در حضور اغتشاشات در مسیر شماره 3. 133
5-6-8- بررسی تأثیر چگونگی تعریف ماتریس انتقال همزمان سازی، ، بر کارایی کنترلر در مسیر شماره 1  136
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها 138
١–١– تاریخچه تكامل روبات ها
بشر در طول تاریخ كوشیده است كه از نیروی طبیعت در راستای نیازهای خود استفاده كند. نقاشی های غارهای متعلق به ١٥٠٠٠ سال پیش نشان از رام شدن اسب و گاو و نخستین بهره برداری مكانیكی بشر از طبیعت دارد. انسان توانست با سوار شدن بر اسب به سرعت جابجایی بسیار بیشتری كه ضرورت حیاتی زندگی عصر یخبندان در كوچ های مكرر بود، دست یابد. همچنین او پس از یكجانشینی و كشف كشاورزی یوغ خیش را بر گردن گاو، حیوان مقدس جهان باستان نهاد كه بدون او زمینی آماده كشت نمی شد و حیات انسان در معرض نابودی قرار می گرفت.
گرچه این همه كشف های بزرگی در تاریخ حضور انسان بر زمین بودند، اما به جز چرخ كه جابجایی را سهل تر و اقتصادی تر می كرد، تا دو سه سده اخیر هزاره دوم پس از میلاد مسیح زمین، عرصه تلاطم شكل گیری خرد نو و جنگ بقای بقایای تمدنهای باستانی بود. در این فضا چندان مجالی برای اختراع و اكتشاف بزرگی وجود نداشت و چنانچه چیزی هم صورت می- پذیرفت یا به آتش دادگاه های تفتیش عقاید غرب می سوخت و یا در فراموشخانه مردم خسته شرق مدفون می گردید. در گرد و غبار این همه هیاهو جابر این حیان به واسطه كتاب اسرار آمیز الاشجار به عنوان یكی از پیشگامان علم روباتیک شناخته می شود. او ١٢٠٠ سال پیش در این كتاب مكانیزم هایی را برای تقلید حركت عنكبوت و مار طراحی كرد. جالب است كه جابر روش های نمادگذاری خاصی برای توضیحات نقشه هایش ابداع نمود كه آن را تنها برای شاگردانش مفهوم می ساخت. ٤٠٠ سال پس از جابر دانشمند دیگر مسلمان الجزری مكانیزم های بسیاری را كه با آب كنترل می شدند طراحی و ارائه و یا تكمیل كرد. شاید اگر بجای مكانیزم هایی كه درآن موتورها با نیروی محركه آب به حركت در می آمدند، ‌مكانیزمی كه به آن بسیار علاقه مند بود به نیروی بخار آب توجه كرده بود انقلاب صنعتی ٥٠٠ سال پیش از اروپا در مشرق زمین، با اختراع موتور بخار رخ داده بود. به گفته امروزین الجزری یک مهندس مكانیک علاقه مند به طراحی مكانیزم ها بود. الجزری نخستین كسی است كه یک روبات آدم نما با كنترل حركات بر اساس جریان آب طراحی كرد (شکل ١-١).
شکل ١-١- نمونه طراحی های الجرزی، سال ١٢٠٠ میلادی ]٣١[
پس از انقلاب صنعتی و توجه به علوم تجربی تلاش بسیاری در طراحی و ساخت دستگاه های خودكار و یا خود تنظیم صورت پذیرفت. منشأ این حركات اختراع ماشین بخار توسط جیمز وات انگلیسی بود (شکل ١-٢). این رویداد شاه كلید استفاده کنترل شده بشر از سیستم های حرکتی و جایگزینی نیروی بازوی انسان واسب و گاو با دیگ های جوشان بخار بود.
پس از آن موتورهای بخار مختلف، سود سرشاری را روانه جیب طراحان و سرمایه داران حامی آنها نمود و موجب رشد فزاینده تولید و كاهش زمان ساخت گردید و بر خلاف تصور عمومی، اتوماسیون به دلیل افزایش حجم تولید فرصت های شغلی بیشتری برای كارگران و واسطه ها فراهم نمود.
شکل ١-٢- موتور بخار جیمز وات، قرن ١٨ میلادی ]٣١[
در ابتدای قرن هجدهم میلادی ژاكار یک دستگاه بافندگی قابل برنامه ریزی را اختراع كرد. در آن زمان كسی نمی اندیشید این ابتكار وی

 بعدها به یكی از مهمترین اجزای صنعتی تبدیل شده و حتی به شكل یک رقیب برای انسان ظاهر شود. پس از ژاكار، میلادرت عروسكی مكانیكی ساخت كه می توانست نقاشی كند. نزدیک به یک سده هیچكس این اختراع ها را جدی نگرفت. اختراع آن ها سازه های بسیار پیچیده و در ضمن، غیر قابل اعتماد برای تولید انبوه صنعتی بودند. ضمناً موتورها و جك ها هنوز یا وجود نداشتند و یا بسیار غیر دقیق و غیرقابل كنترل بودند. از این نكته بگذریم كه هنور هیچ حسگر الكترونیكی ساخته نشده بود و حسگرها غیر دقیق، ‌سنگین، مكانیكی و بزرگ بودند.

سه سال پس از پایان جنگ جهانی اول،كلمه روبات از سوی كارل كاپك نویسنده نمایشنامه “Rossum’s Universal Robots” در سال ١٩٢١ از كلمه چك “robotnic”‌ به معنی كارگر به كار گرفته شد. در این نمایشنامه یک ماشین انسان- نما، قدرتی بیش از انسان یافته بود و در پایان به شورش علیه سازندگان خود می پرداخت (شکل ١-٣).
شکل ١-٣- صحنه ای از فیلم کارل کاپک، سال ١٩٢١] ٣١[
٢٥ سال زمان نیاز بود تا اولین جرفه انفجار فناوری روباتیک در سال ١٩٤٦ توسط جی. سی. دول آمریكایی زده شود. او وسیله ای اختراع كرد كه می توانست علایم الكترونیكی را به طور مغناطیسی ثبت كند و آن ها را دوباره برای یک ماشین مكانیكی مورد استفاده قرار دهد.
اختراع وی مسیر علم كنترل را از روی كاغذ كتاب به كارگاه های ساخت و كارخانجات تغییر داد. یک سال بعد تولد تزانزیستور در آزمایشگاه بل، طوفانی در عرصه تكنولوژی برپا كرد. تئوری های ریاضی اكنون عرصه عمل خود را می یافتند و در این میدان دانش معادلات دیفرانسیل به كنترل محیط زندگی انسان پرداخت. شش سال بعد در سال ١٩٥٢ اولین نمونه ماشین كنترل عددی پس از چند سال تحقیق در دانشگاه ام.آی.تی. به نمایش درآمد. بخشی از زبان برنامه ریزی آن، ای.پی.تی. بعدها تكامل یافت و در سال ١٩٦١ منتشر شد.
در سال ١٩٥٤ كن داورد مخترع بریتانیایی تقاضای ثبت روبات را برای تخستین بار مطرح كرد. همزمان با این درخواست اریک گاف مهندس یک شركت انگلیسی روبات موازی خود را برای آزمایش ارابه فرود هواپیما به كار گرفت. این اولین روبات موازی استفاده شده در صنعت بود. پنج سال بعد از گاف شركت پلانت نخستین روبات تجاری را به بازار معرفی نمود.
در سال ١٩٦١ نخستین روبات تجاری Unimate در كارخانه فورد، برای جابه جایی ماشین ریخته گری تحت فشار نصب شد (شکل ١-٤).
شکل ١-٤-  روبات Unimate كارخانه فورد، سال ١٩٦١] ٣١[
پنج سال پس از آن یک شركت نروژی روباتی را برای رنگ پاشی در كارخانه خود نصب كرد. در سال ١٩٦٧  روبات سیاری به نام شیكی در موسسه پژوهشی استانفورد ساخته شد. این روبات دارای حسگری گوناگون از جمله دوربین و حسگرهای لمس كننده بود و می توانست به اطراف خود حركت كند. این دانشگاه تا سال ١٩٧٢  یک روبات دست برقی و زبان برنامه ریزی روبات به نام ویو[1] و به دنبال آن زبان ال را به دنیا معرفی نمود. بعدها این دو زبان به زبان تجاری وال تبدیل شدند. شركت آ.ث.آ. در سال ١٩٧٤ روباتی كاملاً برقی به نام آی.آر.بی.٦ عرضه كرد. یک سال بعد، روبات زیگما در عملیات مونتاژ به كار گرفته شد، این یكی از نخستین كاربردهای روبات درخط مونتاژ بود. در ابتدای دهه ١٩٨٠ سیستم برداشتن اشیا از جعبه توسط روبات در دانشگاه ردآیلند به نمایش درآمد. این روبات توانست با بهره گرفتن از یک دوریبن،‌ قطعات پراكنده را از جعبه بردارد. دهه هشتاد، دهه ظهور و تكامل روباتها بود. شركت آی.بی.ام در ١٩٨٢ پس از چند سال تلاش روبات آر.اس.١ را عرضه كرد. سال بعد گزارش هایی در مورد پژوهش های شركت وستینگهاوس به سرپرستی بنیاد علوم آمریكا در مورد سیستم مونتاژ برنامه پذیر و قابل تطبیق منتشر شد كه طرح آزمایشی برای برنامه ریزی خط مونتاژ با بهره گرفتن از روبات محسوب می شد. در یک نمایشگاه روبات در سال ١٩٨٤ چند نوع سیستم برنامه ریزی غیرمستقیم عرضه می شد. این سیستم ها این امكان را فراهم آورده بودند تا برنامه روبات را بتوان با بهره گرفتن از یک محیط گرافیكی بر روی كامپیوترهای شخصی تهیه و سپس به روبات منتقل كرد. در همین زمان ایده ساخت روبات موازی دلتا توسط ریموند كلاول ارائه شد. در سال ١٩٩١ فرانسیس پیروت با اصلاح ساختار روبات موازی دلتا، روبات موازی هگزا را با شش درجه آزادی برای صفحه انتهایی آن در یک مقاله معرفی نمود.
تحقیقات در زمینه های مختلف روباتیک همچنان ادامه دارد. از جمله موضوع های جالب امروزه روباتیک می توان به طراحی و كنترل روباتهای هیبرید (كه روبات هایی مركب از ساختارهای سریال و موازی هستند)، روبات های همكار و روبات های با درجات آزادی بالاتر از
شش اشاره نمود. همچنین دریافت وضعیت روبات با بهره گرفتن از دوربین(ها) و پردازش تصاویر مورد توجه پژوهشگران بسیاری بوده است.
١–٢– دسته بندی روبات ها
جهت انجام مطالعات دقیقتر و طبقه بندی روباتها بر اساس كارایی و كاربردهایشان، متخصصان روبات ها را از نظرگاه های متفاوت دسته بندی و بررسی می كنند كه در اینجا دسته های عمده و معروف این روبات ها معرفی می گردند.
١–٢–١– دسته بندی از نظر درجه آزادی
یكی از معمول ترین دسته بندی روبات ها، با توجه به تعداد درجات آزادی آن هاست. در حالت ایده آل یک روبات شش درجه آزادی با چیدمان مناسب مفاصلش می تواند به مكان ها وزاویه های دلخواه در فضای سه بعدی كاری اش حركت كند. به روباتی كه شش درجه آزادی دارد، روبات همه كاره و چنانچه بیش از شش درجه آزادی داشته باشد، روبات افزوده و در صورتی كه كمتر از شش درجه آزادی داشته باشد، روبات ناقص می گویند.
١–٢–٢– دسته بندی روبات ها از نظر نیروی محركه
روبات ها با توجه به دستگاه تأمین نیرویشان نیز طبقه بندی می شوند. سه عامل نیرو یا گشتاور در روبات ها، محرك های برقی، روغنی و بادی هستند. بسیاری از روبات ها از موتورهای دی سی و یا پله ای استفاده می كنند كه به راحتی قابل كنترل می باشند. برای ایجاد حركات بسیار سریع از محركهای بادی استفاده می شود. محرك های بادی به صورت ابزار ابتدا-انتها كار می كنند و مكان آنها خارج از نقطه ابتدا و انتها قابل تنظیم نیست. در حركات قدرتی و سنگین استفاده از محرك های روغنی ضروری است. مشكل استفاده از محرك های روغنی نشت روغن و همچنین ایجاد انعطاف در سیستم به دلیل وجود مدول حجمی می- باشد.
در بیشتر روبات های سریال در هر مفصل یک موتور جهت حركت دادن بازوی بعدی قرار می گیرد. به روبات سریالی كه هر بازوی آن توسط یک جعبه دنده به موتور محرك خود متصل باشد، روبات سریال معمولی گفته می شود. در این روبات ها مشكل لقی جعبه دنده موجب ایجاد خطا در هر لینك شده كه در بدترین حالت ممكن است با هم جمع شده و خطای قابل توجهی در انتهای روبات ایجاد كنند. البته تولید كننده های موتورها در سالهای اخیر گیربكس- هایی با طرح جدید و با لقی بسیار اندك تولید می كنند كه گاهی از موتورهای راه اندازشان هم گران تر می باشند. اگر در یک روبات سریال هر بازو بدون جعبه دنده به موتور مربوطش متصل باشد، به آن روبات سریال مستقیم می گویند. مشكل لقی با اتصال مستقیم بازو به موتور از بین می رود، اما برای تأمین گشتاور مورد نیاز، موتورهای سنگین تری استفاده می شوند كه هزینه ساخت و مصرف انرژی روبات را افزایش می دهد.
١–٢–٣–  دسته بندی از نظر فضای كاری
به حجمی كه آخرین عضو روبات می تواند در فضا بپیماید، فضای كاری آن روبات می- گویند. اندازه این حجم شدیداً به نحوه طراحی روبات وابسته است. طول بازوها و نوع مفصل های مورد استفاده دو عامل تعیین كننده فضای كاری روبات هستند. به فضای كاری كه بتوان حداقل با یک زاویه خاص از انتهای روبات به آن رسید، فضای كاری قابل دسترسی و به آن قسمت از فضای كاری كه بتوان با هر زاویه ای نسبت به پایه روبات به آن رسید، فضای حاكمیت روبات گفته می شود.
اغلب روبات های سریال به دلیل جدا شدن معادلات كنترل زاویه و مكان آخرین عضو به صورت دو بخش بازوها و مچ ساخته می شوند. در این نوع طراحی مكان آخرین عضو توسط بازوها و زاویه آن توسط مچ روبات تنظیم می شود. به روبات سریالی كه سه محرك خطی دو به
دو عمود برهم داشته باشد، روبات كارتزین گفته می شود و در صورتی كه مفصل اول یا دوم روبات كارتزین با یک مفصل چرخشی تعویض گردد، روبات استوانه ای می گویند.