بخشی از مقاله
چکیده
امروزه علم رباتیک و مکاترونیک در بسیاری از صنایع همچنین کاربرد های نظامی اهمیت ویژه ای یافته است.یکی از این موارد ساخت سطوح تراز شونده با افق است . از جمله کاربردهای این موضوع می توان به جابجایی امن مواد شیمیایی پر خطر در محیط های صنعتی ، همچنین ساخت سکوهای پرتاب نام برد. اغلب سیستم های موجود از سنسورهای ژیروسکوپ برای تشخیص افق استفاده می نمایند.
این روشها هزینه ساخت بالایی دارد. ایده اصلی این مقاله بکارگیری جیوه بعنوان یک رسانای مایع ، برای تراز کردن سطوح می باشد. مزیت ایده بکار رفته هزینه کم ، دقت بالا و عکس المل سریع در قبال تغییر شیب سطح می باشد. نتایج حاصل از ساخت چنین سطحی نشان می دهد که از این ایده می توان در اغلب کاربردهای صنعتی و عمومی استفاده نمود .
-1 مقدمه
سیستم های حمل و نقل مواد شیمیایی در صنعت نیازمند ربات هایی است که بتواند بدون تغییرات زیاد در سطح افق ، جابجا شود. برخی از این سیستم ها لازم است از سطوح با شیب های مختلف عبور نماید. در نتیجه سطحی که ظروف حاوی مایع در آن قرار دارد می بایست توان تراز کردن خود با افق را دارا باشد تا در اثر این تغییرات، مایع درون ظرف نریزد. در این خصوص ایده های مکاترونیکی مختلفی مطرح شده است که در ذیل به آن پرداخته خواهد شد.
اغلب این روش ها از سنسورهایی نظیر فاصله سنج ، گردش نما1 و شتاب سنج2 برای بدست آوردن تغییرات افق استفاده می کنند. هر کدام از سنسور های مطرح شده دارای مزایا و معایب خود می باشد که ایراد های موجود در هر روش بکمک روشهای الگوریتمی رفع می شود. در این مفاله ابتدا مزایا و معایب هر کدام از این روش ها بررسی ، سپس ایده اصلی بکار رفته در این مفاله مطرح شده و مزایای آن در مقابل روش های فعلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
-1-1 روش اول : استفاده از سنسور فاصله سنج
در این روش از دو نوع سنسور می توان استفاده نمود: سنسور فاصله سنج مادون قرمز ، لیزری ، آلتراسونیک سنسور های فاصله سنج مادون قرمز با ارسال نور مادون قرمز بر سطح مقابل و اندازه گیری مقدار بازگشت نور ، فاصله از سطح مقابل را بدست می آورد. این گونه سنسور ها در فضاهای خاصی که شرایط نور ثابت است ، قابل استفاده می باشد. در محیط هایی که مولد های مادون قرمز دیگری در آن قرار دارد ، این سنسور ها دچار خطا در اندازه گیری شده و قابل اعتماد نخواهد بود.
در کاربرد هاب رباتیک از این سنسور ها در شرایطی استفاده می شود که تاثیر نور محیط با قرار دادن استوانه محافظ در اطراف سنسور ، قابل استفاده است.ایراد دیگر این سنسور ها ، متفاوت بودن درصد جذب و انعکاس سطوح رنگی در مقابل اشعه مادون قرمز می باشد. دقت این دسته از سنسور ها برای مصارف عمومی ، در حدود 3 سانتی متر می باشد. نوع صنعتی آن دقت بیشتری را داراست - در حدود 0,5 سانتی متر - نمونه ای از این نوع سنسور در شکل 1 مشاهده می شود:
شکل -1 ماژول فاصله سنج مادون قرمز
در شکل 2 مدار الکترونیکی ماژول فاصله سنج را مشاهده می نمایید.
شکل - 2 شماتیک ماژول فاصله سنج مادون قرمز
دومین نوع سنسور بکار رفته در سیستم های تراز شونده ، سنسور های فاصله سنج لیزری هستند. این نوع سنسور ها معایب نوع قبل را دارا نبوده و دقت بالا تری دارند و وابستگی آنها به نور محیط کمتر می باشد. در مقابل مدار کنترلی پیچیده تری داشته و هزینه بالا تری دارند. دقت این نوع سنسور ها بالا بوده - در حدود 1 میلیمتر - و خطای کمتری دارند. در صورت نیاز به استفاده از این نوع سنسور در سطح تراز شونده ، حداقل به چهار سنسور نیاز خواهد بود. نمونه ای از این نوع سنسور ها را می توان در شکل 3 مشاهده نمود:
شکل - 3 سنسور فاصله سنج لیزری
سومین نوع سنسور ، فاصله سنج های آلتراسونیک می باشد. این نوع فاصله یابها ، سیگنال صوتی در محدوده فرکانس 30 الی 40 کیلوهرتز ، ارسال کرده و با دریافت سیگنال بازگشتی و محاسبه اختلاف فازر بین دو سیگنال ، فاصله از سطح مقابل را محاسبه می نماید. این نوع سنسور ها ، مشکلات سنسور های نوری را نداشته ، همچنین هزینه کمتری را دارند. از ایراد های این نوع سنسور می توان به خطا در محاسبه فاصله برای سطوح ناهموار و با درجه های سختی مختلف نام برد.
