بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفتعلم و فنّاوری همچنین تولید قطعات و تجهیزات پیچیده با دقت بالا در صنایع مختلف، استفاده از ربات را الزامی ساخته است. در این مقاله یک نمونه ربات جوشکار شش درجه آزادی برای انجام عملیات جوشکاری پیوسته مدلسازی و شبیهسازی میگردد. به منظور طراحی ربات جوشکار از یک ربات پوما شش درجه آزادی استفاده شده است. در ابتدا، معادلات سینماتیک مستقیم، سینماتیک معکوس و دینامیک ربات بدست میآید. در مرحله بعد محاسبات انجام شده در نرمافزار متلب، به کمک ربات شبیهسازی شده در نرم افزار آدامز صحه گذاری میگردد.
در انتها به وسیله نرمافزار متلب، کنترل موقعیت و سرعت ربات به کمک کنترلر تطبیقی انجام میپذیرد. شبیه سازی انجام گرفته به همراه نتایج حاصل شده، نشان دهنده صحت معادلات بدست آمده میباشد و کنترل کننده تطبیقی، کنترل ربات را به خوبی انجام داده است. استفاده از نرمافزار آدامز برای تایید صحت محاسبات از مزایای این پژوهش میباشد و استفاده از کنترل کننده تطبیقی امکان کنترل ربات را با وجود پارامترهای نامعین در دینامیک آن فراهم کرده است.
مقدمه
با پیشرفت علم و فنّاوری، رباتها نقش بیشتری در صنعت و در زندگی انسانها ایفا کردهاند. درباره استفاده از رباتها در صنعت و روشهای کنترلی پیاده شده بر روی آنها تحقیقات گستردهای صورت گرفته است. از جمله در یکی از مقالات - Yasar, 2016 - Korkut and محققان به بررسی سینماتیک و سینماتیک معکوس یک بازوی رباتیک با چهار درجه آزادی پرداختهاند. ربات شبیهسازی شده دارای سه مفصل لولایی و یک مفصل کشویی میباشد. همچنین در مقالهای دیگر به کمک شبیهسازی یک ربات با هشت درجه آزادی در نرمافزار آدامز1 و انتقال آن به نرمافزار متلب2 بر روی سینماتیک و دینامیک و مقدار گشتاور وارد شده به هر مفصل ربات مطالعه انجام شده است. همچنین در یکی از مقالات - Temesguen et al, 2016 - آقای تامسونگ و همکارانش به محاسبه سینماتیک یک ربات با 6 درجه آزادی از دو روش پرداختهاند
. در ابتدا با استفاده از مختصات دکارتی و در مرحله بعد تنها با کمک اندازهگیری شعاعی، محاسبات سینماتیک و را انجام داده و نتایج را با یکدیگر مقایسه کردهاند. همچنین در یک پژوهش - Ci Chen, 2015 - به بررسی نتایج کنترل تطبیقی در از بین بردن اثرات غیرخطی محرک3های بازوی رباتیک پرداخته شده است. در این تحقیق با بررسی یک بازوی ربات دو درجه آزادی اثرات کنترل تطبیقی بر روی گشتاور محرکهای بازوی رباتیک و تغییرات حرکت زاویهای و سرعت زاویهای ابزار ربات مطالعه شده است.
فرزاد چراغ پور - Cheraghpour.F et al, 2011 - با شبیهسازی یک ربات 6 درجه آزادی در نرمافزار کتیا و انتقال آن به نرمافزار آدامز سینماتیک و دینامیک ربات را بدست آورده است. همچنین با انتقال ربات از آدامز به نرمافزار متلب به بررسی نتایج حاصل از معادلات عددی و شبیهسازی پرداخته است.
پژوهشگران - Piltan.F et al, 2012 - با شبیهسازی ربات پوما 560 در متلب نتایج استفاده از دو کنترلکننده غیرخطی مقاوم4 تناسبی مشتقگیر5 و کنترلکننده تناسبی مشتقگیر انتگرالگیر 6 را با یکدیگر مقایسه و نمایش دادهاند. در مقاله دیگر - Hao-BK and Jian-HW, 2013 - دینامیک یک بازوی رباتیک، با 5 درجه آزادی بررسی شده و سپس برای آن یک کنترلکننده تطبیقی طراحی شده و در مرحله بعد، نتایج کنترل ربات بررسی شده است. در نهایت اثر بخشی کنترلکننده با یک مثال عملی اثبات گردیده است.
ضد کنترل روشی است که در آن اغتشاش به یک سیستم با استفاده از برنامه کنترلی وارد میگردد. جاویر - Moreno.J and - Valenzuela, 2013 به بررسی عملکرد کنترلکننده تطبیقی، در کنترل حرکت ربات با اعمال اغتشاش به آن میپردازد. در ادامه با شبیهسازی یک ربات با دو درجه آزادی، محاسبات لازم را برای کنترل آن بررسی مینماید. در انتها نتایج را بطور عملی بر روی یک بازوی ربات دو درجه آزادی مورد آزمایش قرار میدهد.
در مقاله - Plitea.Ni et al, 2015 - پژوهشگران مدلسازی سینماتیک از یک ربات موازی با پنج درجه آزادی انجام دادهاند. در این مقاله سینماتیک مستقیم و معکوس ربات هر دو از طریق روش تحلیلی بدست آمده و فضای کاری ربات برای نقاط مختلف تصادفی تجزیه و تحلیل شده است . در مقالهای دیگر محققان ربات پوما 560 شش درجه آزادی را به کمک نرمافزار آدامز شبیهسازی کرده - Ch.Li et al, 2013 - و تغییرات مختصات ابزار، شتاب و سرعت ربات را با ورودیهای مختلف بررسی کردهاند.
در ادامه - Ch.Li et al, 2013 - به بررسی یک روش مؤثر برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان7 درحرکت مکانیسم ربات پرداختهاند. با استفاده از برنامه ویژوال سی نسخه دوم8 با دادن توابع پیچیده تصادفی با توزیعی ساده به عنوان ورودی، خطاهای پیشبینی نشده شبیهسازی را در مکانیزم بدست آوردهاند. همچنین در پژوهشی دیگر - D.Zhang et al, 2014 - معادلات سینماتیک ربات به کمک جدول دناویت – هارتنبرگ طراحی شده و با انجام محاسبات سینماتیک به کمک معادلات مونتکارلو بر روی شبیهسازی فضای کاری ربات در نرمافزار متلب کار تحقیقی انجام شده و در پایان یک الگوریتم، برای کنترل ربات پیشنهاد شده است.
چنگلی و همکاران - Chang Li et al, 2013 - با شبیهسازی یک ربات جوشکار، به بررسی پارامترهای سرعت و شتاب ربات بر روی کیفیت جوش به کمک نرمافزار آدامز میپردازند. چن سو - CHEN Su-li, 2013 - یک ربات جوشکار با 5 درجه آزادی به کمک نرمافزار اپن جی ال9 شبیهسازی کرده، سپس معادلات سینماتیک و سینماتیک معکوس آن را استخراج نموده است. و در نهایت به کمک نرمافزار ویژوال سی نسخه دوم محاسبات مربوط به ربات را انجام داده است.
جوشکاری رباتیک، برای فرآیندهایی که نیاز به حرکتهای تکراری و جوش باکیفیت بالا دارند، مناسب و کاربردی میباشد. همچنین جوشکاری با ربات موجب افزایش تولید و کاهش هزینهها و در نتیجه بازدهی سرمایه میشود. هدف این مقاله طراحی یک نمونه ربات دارای امکان انجام عملیات جوشکاری پیوسته است. پس از بررسی کلی در مورد انواع بازوهای رباتیک، با مقایسه انواع تولیدات شرکتهای مختلف، از یک ربات پوما شش درجه آزادی تولیدی شرکت کوکا برای شبیهسازی استفاده شد .
در این مقاله برای شبیه سازی ربات معادلات سینماتیک مستقیم و سینماتیک معکوس ربات استخراج میشود و در نرمافزار متلب با دادن ورودیهای مختلف رفتار آن بررسی میگردد و به کمک نرمافزار آدامز یک بازوی رباتیک با شش درجه آزادی مدلسازی میگردد. سپس رفتار سینماتیک مستقیم و معکوس ربات به کمک ورودیهای یکسان در دو نرمافزار با یکدیگر مقایسه میشود و در انتها، به وسیله معادلات دینامیک، نیروها و گشتاورهای وارد شده به هر مفصل ربات با ورودیهای مختلف به کمک نرمافزار متلب به دست میآیند. سپس معادلات بدست آمده به کمک نرمافزار آدامز، صحهگذاری میشوند.
به علت وجود خطا در محاسبات که ناشی از در نظر نگرفتن اصطکاک و لقی مفصلها و خطای موتورهای محرک و نیز دیگر شرایط محیطی است نیاز به استفاده از کنترلر در سیستم برای به حداقل رساندن خطا وجود دارد. با توجه به مشکلات محاسبه وزن و مرکز جرم ربات با مجهول در نظر گرفتن آنها، برای کنترل ربات از روش غیر خطی کنترلکننده تطبیقی کمک گرفته میشود و حرکت و سرعت ربات کنترل میگردد. پاسخ سیستم به ورودیهای مختلف به کمک نرمافزار متلب بررسی شده و با توجه به پاسخهای حاصل از مکانیزم، ضرایب کنترلکننده تصحیح میگردد . تفاوت این مقاله با کارهایی که در گذشته انجام گرفته در انجام محاسبات سینماتیک و دینامیک به همراه کنترل تطبیقی به صورت کامل و صحه گذاری محاسبات است.
سینماتیک مستقیم
با توجه به فضای دسترسی بالا با دقت تکرار پذیری مناسب و قابلیت کار در دمای بالاتر و همچنین به علت تکرار موقعیت و ظرفیت حمل بار بهتر ربات kr 5 arc از محصولات شرکت KUKA برای شبیه سازی انتخاب شد. ربات انتخاب شده، یک ربات شش درجه آزادی است که دارای شش مفصل لولایی میباشد.
شکل - - 1 - ابعاد و زوایای مفصلی در ربات و محورهای مختصات متصل شده به هر رابط
