بخشی از مقاله
چکیده
در صنایع امروزی بکارگیری از ربات و استفاده از اتوماسیون امری اجتناب ناپذیر است. با توجه به این نیاز روزافزون، طراحی و تحلیل رباتها و چگونگی انجام این امر، بسیار حائز اهمیت می باشد. در این راستا، در این پروژه نیز یک ربات با شش درجه آزادی جهت جابجایی و حمل شیشه طراحی و تحلیل شده است.
مفاصل این ربات انتخابی از نوع لولایی هستند که معادلات سینماتیکی آن، به نسبت از پیچیدگی کمتری برخوردار خواهند بود. همچنین به علت اینکه این ربات دارای شش درجه آزادی میباشد، دارای فضای کاری وسیع و متناسب با فعالیتش میباشد. این ربات هم به روش سینماتیک مستقیم و هم به روش سینماتیک معکوس مورد تحلیل قرار گرفته است تا صحت سنجی برای محاسبات مربوط به سینماتیک هم شده باشد.
.1 مقدمه
با پیدایش ماشینها زندگی انسان دچار دگرگونی شد آنچنان که بسیاری از کارهایی که بشر میبایست با استفاده از توان و نیروی بدنی خود انجام دهد به این ماشینها سپرده شد. به ویژه در آن دسته ازکارها که فراتر از حد تواناییهای طبیعی بشر باشند. ایده استفاده از سیستمهای مکانیزه درکارخانجات به جنگ جهانی دوم میرسد. در سالهای اخیرتحولات عظیم و چشمگیری در این زمینه به وقوع پیوسته است، چنانکه در بسیاری از مراکز تحقیق، کارخانهها و حتی مراکز پزشکی میتوان رباتهایی را با کاربردهای مختلف مشاهده کرد.
ربات ابزاری مکانیکی است که جهت انجام وظایف مختلف در صنعت استفاده میشود. این ماشین میتواند برای عمل به کارهای مختلف برنامهریزی گردد
در این پژوهش یک ربات حمل شیشه با 6 درجه آزادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. حمل شیشه به خصوص با لبههای تیز میتواند خطرات زیادی برای انسان داشته باشد و ممکن است سلامتی کارگر را به شدت تهدید نماید. همچنین این کار از حساسیت زیادی نیز برخوردار است. از این رو برای غلبه بر خطرات مذکور و حساسیت موجود، در صنایع از رباتها استفاده میشود. مزایای استفاده از یک ربات جابجایی شیشه را میتوان در ایمنی بیشتر کارگران، دقت بالاتر، بهرهوری بیشتر و صرفهجویی در مصرف انرژی خلاصه نمود.
-2 ربات پیشنهادی
با توجه به عملکرد مطلوب ذکر شده برای ربات حمل شیشه از بین رباتهای موجود، سعی میگردد تا ربات نهایی تقریباً مشابه ربات بازوی مکانیکی با گیره نهایی باشد که مشخصات آن در زیر آمده است. از این ربات، در فعالیتهای آموزشی نیز استفاده بسیار میگردد زیرا کار با آن ساده و ایمن است.
دلیل این انتخاب این است که ربات با این مشخصات، یکی از کارآمدترین رباتهای ساخته شده برای حمل و جابجا نمودن شیشه است و دارای مفاصل از نوع لولایی میباشد که معادلات سینماتیکی آن، به نسبت از پیچیدگی کمتری برخوردار خواهند بود. همچنین به علت اینکه این ربات دارای شش درجه آزادی میباشد، دارای فضای کاری وسیع و متناسب با فعالیت جابجایی شیشه میباشد.
شکل-1 دستگاههای مختصات متصل به یک بازوی ربات
-3 سینماتیک مستقیم
سینماتیک مستقیم در واقع محاسبه مکان و جهتگیری مجری نهایی بازوی ربات است. به طور دقیقتر، چنانچه یک دسته زاویه مفصلی داده شده باشد، مسأله سینماتیک مستقیم عبارت است محاسبه مکان و جهتگیری مجری نهایی نسبت به چهارچوب پایه گاهی این مسأله تغییر نمایش مکان ربات از فضای مفصلی به فضای دکارتی تعبیر میشود به عبارتی در مسئله سینماتیک مستقیم ارتباطی بین تک تک مفصلهای بازوی ربات با موقعیت و وضعیت مجری نهایی برقرار میشود.
ربات جابجا کننده شیشه پیشنهاد شده دارای 6 مفصل است که در مرحله اول 5 مفصل از آن شروع به حرکت می کنند تا مجری نهایی در محل مورد نظر قرار گیرد. مفصل ششم نیز دارای موقعیت ثابتی در این حین فرض می گردد. اولین مفصل به نام مفصل پایه نامگذاری میشود. به همین ترتیب مفاصل اول، دوم، سوم، چهارم، پنجم و ششم نامگذاری میشوند.
با استفاده از روش دناویت-هارتنبرگ دستگاههای مختصات به صورت شکل زیر تعریف میشوند. همانطور که مشاهده میشود شمارهگذاری مفاصل از 1 تا n و با مفصل پایه آغاز میشود. شمارهگذاری لینکها نیز از 0 تا n انجام میشود. بنابراین لینک پایه به 0 شمارهگذاری میشود و دستگاه o0 x 0 y 0 z 0 موسوم به دستگاه اینرسی روی این لینک ثابت میشود. در گام بعدی راستای محور z 0 باید انتخاب شود. این محور در راستای محور دوران مفصل انتخاب میشود. پس از انتخاب محور z 0 به ترتیب محورهای z 1 ، z 2 ، z 3 ، z 4 ، z 5 و z 6 در جهت محور دوران مفاصل اختصاص داده میشود. آخرین دستگاه مختصات به نام o6 x 6 y 6 z 6 مربوط به گیره مجری نهایی است
جدول-1 پارامترهای هندسی ربات
-4سینماتیک معکوس
همان گونه که مشخص است، سینماتیک معکوس کمی پیچیدهتر از سینماتیک مستقیم است. چنانچه مکان و جهتگیری مجری نهایی ربات داده شده باشد، محاسبه همه مجموعههای زوایای مفصلی ممکن را که میتوانند برای رساندن ربات به مکان و جهتگیری مفروض مورد استفاده قرار گیرند محاسبه سینماتیک وارون گویند.
