بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، مکانیزم جدیدی از چرخهای همهجهته برای ربات سهچرخ به منظور تحقق بخشیدن قابلیت حرکت در تمامی جهتها ارائه میشود. همچنین با اجرای این مکانیزم، قابلیت تغییر مسیر در کوتاهترین زمان و باکمترین اصطکاک مهیا میگردد.
در این طراحی از سیستم چرخدندههای خورشیدی برای حرکت ربات در تمامی راستاها استفاده میشود که وظیفه اصلی آنها انتقال حرکت از موتور به چرخها میباشد. چرخدندهها طوری تعبیه میشوند که با حرکت موتور شماره یک و شماره دو به ترتیب ربات به سمت جلو یا عقب و طرفین حرکت میکند و موتور شماره سه وظیفه چرخش ربات به منظور ایجاد جهتهای دیگر را بر عهده دارد. مکانیزم مذکور باعث افزایش قابلیت چرخش ربات در کمترین فضا و زمان میگردد.
مقدمه
رباتهای محرک با چرخهای ساده بهدلیل نداشتن قابلیت حرکت در راستای محور چرخها، دارای محدودیتهای حرکتی می-باشند. در سال 2009 اچسیو و همکارانش - - Hsu c.h,2009 به بررسی کنترل رباتهای سه چرخ به وسیله کنترل هوشمند فازی پرداختهاند. در سال 2013 شوگان ما و شاوری - Chao R . and Shugen M,2013 - به تجزیه و تحلیل حرکت رباتهای متحرک با قابلیت حرکت در چندجهت را مورد بررسی قرار دادهاند. آنها با استفاده از کنترلرهای لازم، بیشتر نقاط ضعف چرخهای همهجهته را برطرف نمودهاند. در سال 2009 دونگبین ژاو و همکارانش - Dongbin Z,2009 - به طراحی یکپارچه کنترلر حرکت و بررسی نیروهای درونی یک ربات چرخدار با قابلیت حرکت در چندجهت پرداختهاند.
کی بوم کی و بیونگ کوک کیم در سال - Ki B.K ,2011 - 2011 با طراحی کنترلری بهینه، زمان لازم برای کنترل ربات را به حداقل رساندهاند. طراحی یک مدل کنترلی - MPC - برای جبران اصطکاک یک ربات سه چرخ با استفاده از روش سینماتیک معکوس توسط جولیو و همکاران - Julio C,2014 - در سال 2014 پرداخته شده است. هونگ جان کیم و بیونگ کوک کیم - Hongjun K,2014 - در سال 2014 به بررسی کاهش انرژی و تبدیل آن به حداقل انرژی مصرفی بر روی ربات سه چرخ پرداختهاند. بررسی تکینگی آزاد برای ربات محرک با چرخ چندجهته با استفاده از روش کنترل تطبیقی توسط جنگ تزه هاونگ و تران ون هاونگ - Jeng.T.H,2013 - در سال 2013 پرداخته شده است. درسال 2013 کوهی واکیتا و همکاران - kohi vakita,2013 - به طراحی چرخهای همهجهته برای کمک رساندن به انسان پرداختهاند.
چرخهای همه جهته همواره دارای مشکلاتی از جمله اصطکاک بالای چرخ با زمین، سرخوردن، عدم حفظ تعادل و عدم حرکت با ثبات میباشند. مروری بر مطالعات انجام شده نشان میدهد که روش های مختلفی برای از بین بردن این مشکلات عنوان شده است اما در خصوص طراحی مکانیزم جدید برای برطرف نمودن این مشکلات کاری انجام نشده است.
در این مقاله برای از بین بردن مشکل چرخ های همه جهته با چرخهای کوچک محرک، از طراحی مکانیزمی جدید برای چرخها و طراحی زاویه مناسب استفاده شده است. همچنین با استفاده از یک گیربکس ساده در طراحی مکانیزم میتوان جهت دهی ربات را تا حد زیادی بهبود داد.
-1 طراحی و ساخت
-1-2 معرفی مکانیزم پیشنهادی
رباتهای متحرک در برنامههای مختلف برای افزایش بهرهوری یا جایگزینی نیروی انسانی مورد استفاده قرار میگیرند. رباتهای متحرک را می توان بر اساس توانایی تولید به دو نوع ربات های هولونومیک و یا غیرهولونومیک تقسیم کرد. رباتهای هولونومیک و غیرهولونومیک به ترتیب مانند رباتهایی با دو چرخ دیفرانسیلدار و رباتهای چندجهته متحرک با بیش از سه چرخ که دارای حرکات و چرخش مستقل و قابل کنترل میباشند. به عبارت دیگر، رباتهای متحرک چندجهته میتوانند علاوه بر چرخش، به سمت جلو و عقب نیز حرکت کنند. ولی ربات متحرک دیفرانسیلدار باید در انتهای خط مستقیم اول متوقف شود، در محل چرخش نماید و در مسیر مستقیم خط دوم حرکت نماید. حال با توجه به نیاز تحرک زیاد در این رباتها، رباتهای چند منظوره متحرک به طور گستردهای برای ماموریتهای مختلف در محیطهای پیچیده مورد استفاده قرار گرفتهاند. رباتهای متحرک چند جهته برای استفاده در بازی های رباتیک فوتبال، امنیت خانه، تمیز کردن، توانبخشی و غیره مورد مطالعه قرار گرفته اند.
مکانیزم طراحیشده به گونهای است که اگر بخواهد به سمت طرفین یا به عبارتی در راستای محور چرخها حرکت داشته باشد - شکل - 1 موتور شماره یک فعال شده و با چرخش چرخ بزرگ شماره یک و چرخهای کوچک بر روی سطح چرخ شماره دو و سه حرکت انجام می شود. با چرخش موتور شماره دو، چرخهای بزرگ شماره دو و سه - شکل - 2 در راستای عمود با محور چرخها به حرکت درمیآید و به تبعیت از آن چرخهای کوچک روی سطح چرخ بزرگ شماره یک نیز به چرخش درمیآیند.
شکل:1 طریقه حرکت رو به طرفین
شکل :2 طریقه حرکت رو به جلو
موتور شماره سه وظیفه جهت دهی ربات را برعهده دارد. به طور کلی موتور شماره سه با حرکت دادن دو چرخ متعامد باعث چرخش شاسی خودرو در راستای دلخواه میگردد. از دیگر نکات قابل توجه در این ربات می توان به قابلیت حرکت در مسیر هولونومیک یا مارپیچ اشاره نمود از این رو موتور دوم و سوم با حرکت متناسب می توانند در کلیه مسیرهای مارپیچ و هولونومیک بدون توقف حرکت نمایند.از دیگر مزایای آن می توان به کاهش لغزش ربات و مکان یابی آسان ربات اشاره نمود که از نکات قابل توجه و پراهمیت در طراحی چرخ های همه جهته است. از دلایل لرزشهای عمودی و افقی میتوان به چند دلیل اشاره نمود که عبارتند از:
-1 هرزگرد بودن چرخ های کوچک روی سطح چرخ بزرگ -2 وجود خلاء بین دو چرخ -3 نامتقارن بودن چرخ های کوچک
برای حل مشکل شماره یک، چرخ های کوچک روی سطح چرخ بزرگ به صورت محرک طراحی شدهاند و خلاء بین دو چرخ با طراحی متقارن چرخ های کوچک در یک راستا از بین رفته است. اما به طور کلی لرزشهای افقی معمولا در هنگام رفع لرزشهای عمودی به وجود میآید. لرزشهای افقی با استفاده از چرخهای محرک کوچک که در روی چرخ اصلی قرار گرفته اند برطرف می شوند. برای جلوگیری از پیچش ربات یا واژگون شدن آن نیز گیربکس سادهای طراحی گردیده است. وظیفه گیربکس ساده نیز رفع لرزش، چرخش به دور خود و واژگون شدن میباشد و این خود مزیتی بزرگ برای استفاده از چرخ مذکور به شمار می آید.
-2-2 ابعاد و زوایای ربات
طراحی ابعادی ربات به صورتی درنظر گرفته شده است که این ربات میتواند در همه جهات با کمترین اصطکاک حرکت نماید. قطعات این ربات در جهت افزایش توانایی ربات در چرخش و حرکت در تمامی جهات با کمترین اصطکاک طراحی گردیده است. با صرفنظر کردن از اجزای فرعی، میتوان اجزای مکانیکی بکاررفته در ربات، نوع و تعداد آنها را در جدول 1 خلاصه نمود. زاویه قرارگیری چرخها به صورت 90 درجه نسبت به هم طراحی شدهاند.
