بخشی از مقاله
چکیده
هدف از انجام این پروژه طراحی و ساخت یک ربات 4 چرخ بود که قادر به بالا رفتن از درخت باشد.اهداف دنبال شده در این پروژه شامل:
-1 استفاده از انرژي الکتریکی و موتورهاي الکتریکی به جاي استفاده از انرژيهاي هیدرولیکی و پنوماتیکی.
-2 طراحی و ساخت رباتی با حداقل وزن ممکن که قادر به عبور از روي ناهمواریهاي درخت باشد.
-3 استفاده از یک سیستم کنترل الکترونیکی براي حفظ تعادل ربات با استفاده از کنترل مجزاي هر یک از موتورهاي آن.
انرژي الکتریکی با توجه به مزایاي بسیاري که دارد مانند انتقال سریع و با تلفات بسیار کم انرژي، تنوع بالا در موتورها و هزینه کم تجهیزات جایگزین مناسبی براي انرژيهاي هیدرولیک و پنوماتیک مخصوصاً در رشته رباتیک میباشد.رباتهاي بالارونده از درخت در مقایسه با رباتهاي بالارونده از تیرها داراي پیچیدگی و حساسیت بیشتر در طراحی وساخت هستند زیرا این رباتها با یک سطح ناهموار غیرقابل پیشبینی روبه رو هستند. علاوه بر این قطر درخت در تمام طول آن متغیر بوده و در بیشتر موارد سطح مقطع آن دایره کامل نمیباشد.
با استفاده ازسیستم کنترلی طراحی شده زاویه ربات بر روي هر یک از محورهاي Xو Y نسبت به افق در هر لحظه محاسبه می- گردد و بسته به مقدار و مثبت یا منفی بودن زاویه سرعتهاي موتورهاي محرك هر یک از چهار چرخهاي ربات به صورت مجزا محاسبه و تنظیم میشود. براي انجام مراحل آنالیز و محاسبه دادهها از یک میکروکنترلر ATmega64 استفاده شده است. سرعت موتورها با استفاده از روش PWM کنترل و تنظیم میشود. در این روش میکروکنترلر ولتاژي به صورت موج مربعی شکل به موتورها ارسال میکند. در مدتی که مقدار ولتاژ ماکزیمم یعنی ولت است موتور روشن و در مدتی که مینیمم یعنی صفر ولت است موتور خاموش است. با توجه به نسبت پهناي موج ارسال شده در حالت ماکزیمم و مینیمم ، سرعت موتور تغییر میکند.
مقدمه:
از آنجا که رباتهاي سیار روز به روز هوشمندتر میشوند استفاده از آنها در زمینههاي مختلف مانند صنعتی، کشاورزي و حتی نظامی رو به افزایش است . - Bostelman et al.,2005 - در کشاورزي سنتی بیشتر کارها به وسیله کشاورز انجام میشد که این کارها معمولاً بسیار سخت و خستهکننده و گاهی خطرناك بودند. کشاورزي یکی از آخرین صنایع است که در آن از رباتها و ماشینهاي هوشمند استفاده شده است . - Sistler,1987 -
بسیاري از کارهاي کشاورزي مانند کوددهی دقیق، تشخیص بیماري گیاهان، سمپاشی دقیق و برداشت گزینهاي محصولات رسیده به جاي برداشت همزمان همه محصولات را میتوان به کمک رباتها انجام داد - Belforte et . - al ,2006 تا اکنون رباتهاي متعددي براي برداشت محصولات مختلف مانند گوجهفرنگی، خیار و قارچ طراحی و ساخته شدهاند - Kondo et al 1994 - و - - Kondo et al ,1995و - Reed et - al ,1995 که این محصولات اکثراً محصولات گلخانهاي هستند. ساختن رباتهایی براي برداشت محصول درختان موضوعی است که مورد توجه بسیاري از محققین قرار دارد. یکی از مهمترین چالشها در مورد رباتهاي برداشت کننده میوه درختان دسترسی ربات به محصول است.
محصولات درختانی مانند خرما، نارگیل وoil palm داراي اهمیت غذایی و اقتصادي بسیاري هستند و پروژههاي متعددي براي طراحی و ساخت ماشینها و رباتها برداشت آنها انجام شده است.. دو روشهاي سنتی برداشت محصول این درختان وجود دارد. در روش اول کارگر از درخت بالا رفته و محصول را برداشت مینماید و در روش دوم کارگر با استفاده از داسی بسیار تیز که بر روي یک بازوي بسیار بلند نصب شدهاست از روي زمین اقدام به قطع ساقه میوه و برداشت محصول مینماید - Blackmore . - et al 2005 با توجه به اینکه این درختان فاقد هرگونه شاخه در طول تنه درخت هستند، ساختن رباتی که بتواند از درخت بالا رود میتواند راهکار مناسبی براي رسیدن به محصول باشد و در مرحله بعد با نصب ابزار برش مناسب بر روي این ربات میتوان این محصولات را برداشت کرد.
یکی از مهمترین مسائل در طراحی این رباتها ایجاد نیروي چسبندگی مناسب بین ربات و درخت است به طوري که ربات بتواند بدون لغزیدن از درخت بالا رود. در مرحله بعد حفظ تعادل و بالانس ربات در طی مرحله بالا رفتن براي جلوگیري از قفل شدن ربات به درخت بسیار اهمیت دارد. تاکنون رباتهاي متعددي براي بالا رفتن از تیرها طراحی و ساخته شدهاند - Baghani et - al 2005و - - Kawasaki et al. ,2008و - - Yazdani et al ,2004 اما شرایط تنه درختان به علت ناهمواریهاي موجود بر روي آنها و عدم یکنواختی قطر و شکل سطح مقطع آنها طراحی رباتهاي بالا رونده از درخت را پیچیده تر میسازد.
روشها و مواد:
کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه - R.U.R رباتهاي جهانی روسیه - در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی robotnic به معنی کارگر میباشد. امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر است که بتواند کار یا عملی که بهطور طبیعی توسط انسان انجام میشود را انجام دهد. استفاده از رباتها داراي مزایایی متعددي هستند که از آن جمله میتوان به مواردزیر اساره کرد:
1. رباتیک و اتوماسیون در بسیاري از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند
2. خطاهاي کاري ناشی از خستگی نامناسب بودن محیط کار تکراري بودن کار در مورد رباتها وجود ندارد.
3. دقت کار رباتها خیلی بیشتر از انسانها است.
4. میتوان با استفاده از برنامههاي کنترلی مختلف از آنها براي انجام کارهاي مختلف استفاده کرد.
همه رباتها از سه قسمت اصلی زیر تشکیل شدهاند:
1. بخش مکانیکی و محرك شامل شاسی، موتور، چرخها، چرخ دندهها که وظیفه انجام کار فزیکی تعریف شده براي ربات را بر عهده دارد .
2. بخش محاسباتی و تصمیمگیري که معمولاً یک کامپیوتر یا میکروکنترلر است که وظیفه دریافت و آنالیز دادهها و کنترل و هماهنگی اجزاء مکانیکی را بر عهده دارد.
3. سنسور که میتواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد و وظیفه دریافت اطلاعات از محیط را بر عهده دارد
ربات بالارونده از درخت طراحی و ساخته شده در این پروژه داراي یک شاسی مربعی شکل است که در وسط هر ضلع یک مجموعه شامل دو یا چهار چرخ و یک موتور DC براي به حرکت در آوردن این چرخها به کار رفته است. یکی از اضلاع شاسی این ربات با پیچ و مهره به شاسی متصل شده است. براي قرار دادن این ربات به دور درخت این قسمت را باز و جدا کرده و بعد از قرار دادن ربات در محل مناسب ان را مجددا متصل و محکم کرده و ربات آماده حرکت میشود. منبع تغذیه این ربات جریان مستقیم 12 ولت است که توسط باطري تزاکتور تامین میشود. در ادامه به طور مختصر هر یک از قسمتهاي این ربات توضیح داده میشود.
.1 قسمتهاي مکانیکی:
1.1. چرخها:
یکی از مهمترین اجزاء یک ربات بالارونده چرخهاي آن هستند. جنس و طرح چرخها بستگی به جنس، ضریب اصطکاك سطح و وزن ربات تعداد چرخها دارد. در اکثر رباتهاي بالارونده از تیرهاي برق و درختان از چرخهایی با پوشش لاستیکی آجدار استفاده شده است. بعد از مطالعات و تست انواع مختلف چرخ بر روي درخت، چرخهایی دندانهدار با ضخامت کم که قادر به نفوذ در تنه درخت در اثر یک نیروي فشاري کم باشد براي این ربات در نظر گرفته شد. این چرخ باید در حد امکان سبک و در برابر بارهاي وارده به آن مقاوم باشد.
