رباتیک چیست؟
خودکار شدن فرآیندها و کارهای صنعتی یکی از نتایج پیشرفتهای چند سال اخیر میباشد به طوری که کارگر نقش کمتری را در فرآیندها بازی می کند. دانش کنترل اتوماتیک و استفاده از سیستم های خودکار به جنگ جهانی دوم برمیگردد، اما در چند سال اخیر،یک جهش بسیار بزرگ در طراحی سیستم های خودکار صورت گرفته است.
تحول از سیستم های خودکار به سیستم های رباتیک دو مرحله دارد:
در مرحله ی اول محدوده ی وسیعی از کارها و وظایف فیزیکی که جزءجزء تکرار میشوند به ربات واگذار شده و بسیاری از ماشین ها و کارگران به وسیله ی ربات جایگزین میشوند.
در حال حاضر اکثر ربات ها در عمل در این مرحله قرار دارند و به عنوان یک وسیله ی خودکار و برنامه ریزی شده عمل مینمایند. به هر حال آنها نمیتوانند روی محیط شان اثر بگذارند و مهمتر از آن محیط آنها نمیتواند تغییر نماید.
در مرحله ی دوم ربات با یک سری فعالیتها میتواند محیط اطراف را تغییر داده و تاثیرگذاری و تغییر محیط را به دنبال داشته باشد. اگر هدف رباتیک تولید ماشین شبیه به انسان باشد الگوی اصلی میتواند انسان قرار گیرد.البته ربات سعی در یادگیری خصوصیاتی از انسان را دارد که مورد نیاز و مفید باشد و لزومی ندارد که تمامی خصوصیات در یک ربات جمع گردد بلکه ربات ها بر حسب کارشان به صورت تخصصی عمل کرده و تقسیم میگردند.
کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روبات‌های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر میباشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم.
امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود.
ایزاک آسیموف نویسنده داستان‌های علمی تخیلی قوانین سه‌گانه رباتیک را به صورت زیر تعریف‌کرده است:
1ـ یک ربات نباید به هستی انسان آسیب برساند یا به واسطه بی‌تحرکی، زندگی یک انسان را به مخاطره بیاندازد.
2ـ یک ربات باید از دستوراتی که توسط انسان به او داده می‌شود، اطاعت کند؛ جز در مواردی که با قانون یکم در تضاد هستند.
3ـ یک ربات باید تا جایی‌که با قوانین یکم و سوم در تضاد نباشد از خود محافظت کند.
تعریف ربات
تعریفی که توسط موسسه ی رباتیک آمریکا(RIA)صورت گرفته ایت به شرح ذیل است:
ربات وسیله ای است با دقت عمل زیاد که قابل برنامه ریزی مجدد بوده و توانایی انجام چند کار را دارد.این وسیله برای حمل مواد،قطعات،ابزارها یا سیستم های تخصصی طراحی گردیده و دارای حرکات مختلف و برنامه ریزی شده است. هدف از ساخت ربات انجام وظایف گوناگون میباشد.
دسته بندی ربات ها
ربات ها در سطوح مختلف دارای دو خاصیت تنوع در عملکرد و قابلیت تطبیق خودکار با محیط میباشند.براساس این خاصیتها دسته بندی ربات ها انجام میگیرد:
1- دسته بندی اتحادیه ی ربات های ژاپنی((JIRA
ربات ها به شش دسته تقسیم میشوند:
دسته اول- وسیله ای که توسط دست کنترل میشوند:
وسیله ای که دارای درجات آزادی متعدد بوده و توسط عامل انسانی کار میکند.
دسته دوم- ربات برای انجام کارهای متوالی بدون تغییر:
وسیله ای برای حمل اشیا که مراحل متوالی وظیفه خود را برمبنای یک روش از پیش تعیین شده انجام میدهد و ایجاد تغییر و بهسازی در آن مشکل است.
دسته سوم- ربات برای کارهای متوالی متغیر:
وسیله ای برای حمل اشیا طمابق دسته دوم با این تفاوت که ایجاد تغییر و بهسازی در آن راحت است.
دسته چهارم- ربات مقلد:
اپراتور در ابتدای امر به صورت دستی با هدایت یا کنترل ربات کاری را که باید اجرا شود انجام میدهد و ربات مراحل انجام وظیفه را در حافظه ضبط مینماید.هروقت لازم باشد میتوان اطلاعات ضبط شده را از ربات دوباره درخواست نمود و ربات وظیفه درخواست شده را به صورت خودکار انجام میدهد.
دسته پنجم- ربات کنترل عددی:
عمل انسانی وظیفه ربات را توسط یک برنامه کامپیوتری به او تفهیم مینماید و نیازی به هدایتدستی ربات نیست.
دسته ششم- ربات باهوش:
رباتی است به توانایی درک محیط خود و تکمیل موفقیت آمیز یک وظیفه،این ربات علیرغم ایجاد تغییرات مختلف در شرایط محیطی باید به وظیفه خود عمل نماید.
2- دسته بندی موسسه رباتیک آمریکا(RIA)
در این سیستم تنها ماشین های موجود در دسته های 3تا6سیستم JIRA ربات محسوب میشوند.
ربات ها چه کارهایی انجام می دهند:
بیشتر رباتها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
ربات ها از چه ساخته میشوند؟
رباتها دارای سه قسمت اصلی هستند:
1- مغز که معمولاً یک کامپیوتر است.
2- محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و ...
3- سنسور که میتواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.
با این سه قسمت، یک ربات میتواند با اثرپذیری و اثرگذاری در محیط کاربردی‌ترشود.
ساختمان ربات
ربات ماشین پیچیده ای است و برای اینکه بدانیم چگونه کار میکند مهم است که راجع به ساختمان و نیرویی که ربات را به حرکت در می آورد و سیستمی که آن را کنترل میکند اطلاعات کافی داشته باشیم. سیستم های ربات صنعتی
ربات صنعتی از پنج قسمت که با هم در ارتباط اند تشکیل شده است که عبارتند از:
مجموعه اندامهای مکانیکی:
این مجموعه شامل بازوهای پیوسته ای است که به حالت لولا به هم متصل شده و قابل حرکت اند.مفصلهای ربات را میتوان به یکی از دو صورت دورانی یا منشوری به کار برد. هر مفصل و بازو تشکیل دهنده ی یک درجه آزادی است.
بازوهای ربات هیچ وقت یک مدار بسته را تشکیل نمیدهند و هر دو بازو به دو شکل مینوانند به هم متصل شوند:یکی دورانی که در هم به صورت لولا قرار میگیرند و در داخل هم قابلیت چرخش دارند و دیگری منشوری که آن هم لولا شده ولی فقط قابلیت پایین و یا بالا رفتن دارند.
سیستم نیروی محرکه یا کارانداز:
سیستمهای محرکه، تولیدکننده ی قدرت و یا نیرو هستند که زیر نظر یک سیستم کنترل شده با دقت مفصلها و بازوهای ربات را به حرکت در می آورند.3نوع سیستم نیروی محرکه که در رباتها استفاده میشوند عبارتند از:
1- سیستم بادی یا پنوماتیک:
این سیستم عموما در رباتهای صنعتی که در مونتاژ یا جا به جا کردن قطعات به مراکز و محلهای ثابت به کار گرفته میشوند وجود دارد.استفاده از فشار هوا ارزان شناخته شده است.ولی مشکل چنین سیستمی کمبود کنترل دقیق بر روی سیستم مربوطه است و حرکتها تنها بین نقاطی که قبلا با مانعهای مکانیکی تعیین شده است مشخص و حرکتی بیش از این محدوده ی مکانیکی امکان پذیر نیست.البته سرعت این سیستم خوب است و دقت آن تا زیر میلیمتر نیز است.
2- سیستم روغنی یا هیدرولیک:
این سیستم از قابلیت کنترل بالایی برخوردار است و توانایی ایجاد نیروی زیادی دارد.
البته رباتهایی که از سیستم روغنی یا هیدرولیک استفاده میکنند رباتهای تقریبا بزرگی هستند که برای طراحی و نگهداری نیاز به تخصص بالایی دارند.این سیستم احتیاج به پمپ هیدرولیکی داشته و به همین دلیل در صورت خرابی محیط و ربات را روغنی میکند.
3- سیستم برقی:
از این سیستم در رباتهای کوچک که متداولترین رباتها نیز هستند بیشترین بهره گیری به عمل می آید.
4- سیستم انتقال نیرو:
دستگاه یا سیستم انتقال نیرو واسطه ای است بین مجموعه اندامهای مکانیکی و سیستم نیروی محرکه که میتواند نیروی محرکه را از محل تولید به یکی از اجزاء ربات مانند مفصلها، بازو، مچ و انگشتهای گیرنده انتقال دهد.رباتهایی که از سیستم نیروی محرکه هیدرولیکی و یا پنوماتیکی استفاده میکنند مستقیما از طریق مرکز تولید نیرو و معمولا بدون استفاده از واسطه های سیستم انتقال نیرو به حرکت در می آیند.
5- سنسور یا سیستم حسی:
سنسورها چشمهای ربات اند که دارای شکلهای مختلف از قبیل لمس کننده، برقی، نوری و غیره هستند. سنسورها قسمت مههی از ربات محسوب میشوند.
6- دستگاه کنترلر و یا کامپیوتر ربات:
قسمت اصلی در سیستم هر ربات دستگاه کنترلر آن است.در حقیقت برتری یک ربات را میتوان از روی قابلیت هوشمندی دستگاه کنترلر آن تعیین کرد.کنترلر دریافت کننده اطلاعات از سنسورها است.رباتهایی که دارای کنترلر ساده اند بیشتر حالت ماشین را پیدا میکنند.در صورتی که در رباتهایی که دارای کنترلر برتر و پیشرفته اند انجام کارها با دقت صورت میگیرد و امکانات برنامه نویسی که قابلیت تغییرپذیری را فراهم می آورد نیز بیشتر است.
پیکره ی ربات:
ربات صنعتی یک بازوی مکانیکی است که قابلیت انجام کارهای تقریبا عمومی را دارد و پیکره آن تشکیل شده است از چند بازوی متفاوت که به صورت متوالی به هم متصل و مانند لولا در یکدیگر قابلیت حرکت دارند و این حرکت به دو صورت دورانی و یا انتقالی است.
یک سر این زنجیره به پایه ای ثابت که نگه دارنده ی ربات است وصل شده و سر دیگر آن آزاد است که قابلیت تغییر مکان در فضا را داشته و به ابزار انجام دهنده ی کار مورد نظر متصل است.
ازنظر مکانیکی یک ربات از دو قسمت تشکیل شده است که قسمت اوا عبارت است از بدنه ی اصلی بازوی ربات که فاصله ی شانه تا مچ و قسمت دیگر از مچ به علاوه ی ابزار کار است.قسمت بدنه ی اصلی بازوی ربات متشکل از سه درجه آزادی متحرک است. مجموعه این سه حرکت مشخص کننده ی مکان مچ ربات در فضاست.قسمت مچ معمولا از دو و یا سه درجه آزادی متحرک تشکیل شده که مجموعه ی حرکتهای آن جهت ابزار ربات را مطابق با ساختمان جسم یا قطعه کار مورد نظر که باید به وسیلهی ابزار ربات برداشته و یا کار روی آن انجام شود مشخص میکند.حرکت اجزای قسمت مچ اکثرا به صورت پایین و بالا، راست وچپ،دورانی است.
