چکیده طرح پژوهشی :
ربات I.R.M یک نمونه از رباتهای متحرک هوشمند است . در این ربات هدف اصلی ، انجام عمل پردازش تصویر با سرعت ، دقت و کیفیت بالا بر روی یک بدنه متحرک می باشد . فرآیند پردازش تصویر یک اصل اساسی در علم هوش مصنوعی ( هوش ماشینی ) و رباتیک است که پیشرفت این علوم وابسته به پیشرفت علم پردازش تصویر ( Image processing ) می باشند ، این عمل در این ربات بدین صورت است که تصاویر محیط اطراف توسط دوربین دریافت و به کامپیوتر ارسال و توسط نرم افزار فیلتر می شوند ، سپس عمل اسکن و پردازش آنها با نرم افزار نوشته شده صورت می گیرد و تصمیمات لازم با استفاده از نتایج این پردازش ها جهت کنترل ربات به برد کنترل که در روی ربات قرار دارد ارسال می شوند ، درشت فرمانهای ارسالی از سوی کامپیوتر را میکرو کنترلر دریافت کرده و پس از آنالیز آنها به قسمتهای مورد نظر اعمال می دارد . ربات I.R.M علاوه بر مشخصه پردازش تصویر، دارای یک سیستم مکانیکی جدید با امکانات زیاد و انعطاف بالا ، برای کار در محیطهای مختلف و سازگاری با شرایط مختلف می باشد . در تنه فیزیکی سیستم از 6 عدد Stepper Motor و 3 عدد DC Motor کوچک با بهره بهینه ، صفحات آلومنیومی برای ساخت کف ربات و قوطیهای آلومنیومی برای بازوها و آلات متحرک ربات ، تسمه ها و چرخ دنده ها و قطعات پلاستیکی و ..... ، استفاده شده است . ربات با پورتهای سریال و TV کارت کامپیوتر با سیم در ارتباط است ، منبع تغذیه نیز در بیرون قرار دارد و با سیم ربات را تغذیه می کند . ارتفاع فیزیکی ربات در حالت عادی و موقعی که حرکت می کند 75 Cm و محدوده مانور پنجه از 12- تا 95+ Cm می باشد و در حالت توقف از شعاع 0تا 55 cm از محیط را در دسترس خود دارد . وزن تقریبی ربات 5/0±7 کیلوگرم می باشد . دارای 4 چرخ که دوعدد آن بزرگ ( کوپل به موتورها ) در طرفین و دو عدد دیگر ، کوچک ( هرز گرد ) در جلو و عقب ربات ، می باشد.
ولتاژ کار ربات از یک منبع تغذیه با خروجیهای 12 ولت1 و 3 آمپری و 5 ولت منطقی تامین می شود که همه ولتاژهای مورد نیاز از یک منبع تغذیه دیجیتالی ( موجود در آزمایشگاههای برق ) قابل تامین است .
هدف از اجرای این طرح :
در کل اهدفی که از اجرای این طرح دنبال می شد :
1- ایجاد یک مسیر تجربی رباتیک برای دانشجویان مستعد در این زمینه .
2- کسب تجارب و ثبت و مکتوب نمودن آنها برای تحقیقات بعدی در زمینه رباتیک .
3- فراهم نمودن فرصتی برای عینیت بخشیدن به خلاقیتهای دانشجویان .
4- برداشتن گامی از سوی این واحد به سمت علم رباتیک و بیان توان خود دراین زمینه .
و در نهایت در کشوری مثل ایران که در این زمینه حرفی برای گفتن در دنیای این علم دارد به طوری که در سالهای اخیر شاهد موفقیتهای چشمگیر تیمهای دانشگاهی در مسابقات بین المللی هستیم ، اجرای پروژه های اینچنینی موجب رشد و ترقیب هر چه بیشتر گروهای فعال در این زمینه می باشد .
طراحی اولیه :
برای شروع نیاز به یک زمینه اولیه بود که باید آن بوجود می آمد برای همین یک فراخوان عمومی برای دادن طرح اولیه یک ربات انجام شد پس از مطالعه و بررسی دقیق از میان بیش از 60 طرح مختلف که هر کدام فقط در حد یک شکل ظاهری و تواناییهای مربوطه بودند ، با توجه به ویژگیها و توانائیهایشان 3 طرح به عنوان طرح مناسب برای اجرا انتخاب شد که پس از یک بررسی کارشناسانه و تطابق آن با تمام شرایط موجود یک طرح انتخاب شد . این طرح نیز نیازمند تغیرات جزئی برای انجام بود که تغیرات لازم بر روی آن صورت گرفته و طرح آماده برای اجرای عملی ، گشت . ملاکهای انتخاب طرح از این قرار بودند :
1- بتوان طرح را با امکانات موجود در واحد و با هزینه اندک ساخت.
2- ساخت و تکمیل آن در کوتاه مدت میسر باشد .
3- قابلیت ارتقاء داشته و در محیطهاهی مختلف توانایی کار داشته باشد .
4- دارای مکانیزمی جدید و ابتکاری باشد .
طراحی جزء به جزء طرح :
پس از انتخاب یک طرح کلی ، باید اجزای فیزیکی آن بر اساس نحوه کار و وظایف آن طراحی می شد . برای این کار ، لیستی از کارهایی که ربات مورد نظر باید انجام می داد به شرح زیر تهیه گشت :
1- حرکت کردن به جلو و عقب
2- دور زدن در یک نقطه ثابت
3- حرکت دادن کل بازو در تمام نقاط محیط خود در شعاع کاری
4- جلو و عقب بردن دست و متعلقات ربات در جهت افقی
5- بالا و پائین بردن دست و متعلقات در جهت عمودی
6- چرخاندن دست حول محور عمودی و افقی ، جهت برداشتن اشیاء با موقعیتها و اشکال مختلف
7- باز و بستن پنجه و چرخاندن 360 درجه آن به تعداد دور نامحدود جهت پیچاندن و یا بستن اشیاء و ملزومات مورد نظر و .....
در کل بر روی این ربات 9 قسمت متحرک مجزا از هم وجود دارد که باید برای هر کدام یک موتور و راه انداز جداگانه در نظر گرفته شود در ضمن حرکت این ربات باید بسیار دقیق باشد چون برای این ربات توان انجام کارهای ریز نیز در نظر گرفته شده است بنابراین باید موتورها و درایورهای بکار رفته در این بسیار دقیق باشند ، برای تعیین موتورهای این ربات مطالعه و بررسی کامل بعمل آمد و تصمیم بر آن شد که 6 بخش از آلات متحرک ربات بایستی باSTEPPER موتور و 3 بخش دیگر با DC موتور راه اندازی شوند . برای اینکه ربات در مقیاس اندازه اش وزن سبک و در عین حال مستحکم می داشت ، بدنه ربات را از جنس آلومنیوم انتخاب شد البته انعطاف و شکل پذیری آلومنیوم ، برای ساخت اینگونه دستگاهها قابل اغماض نیست . محور های انتقال نیرو هم بایستی حداقل تلفات انرژی محرکها را داشته باشند که این کار با استفاده از بلبرینگ و بوش عملی می باشد .
بخش مکانیک ، تشریح و نحوه ساخت :
یک ربات خوب در وهله اول باید یک اسکلت بندی مناسب و کار آمد داشته باشد ، یعنی در عین دارا بودن ایستایی و پایداری خوب توان تحت پوشش قرار دادن حداکثر فضای موجود در اطراف خود را داشته باشد . برای این کار نیاز به یک طرح ابتکاری بود ربات باید هم می توانست در یک نقطه ثابت حول خود گردش کند و هم می توانست کل بازوی خود را در حالت ایستاده چرخش 360 درجه به دور خود بدهد و در ضمن می بایست محور افقی بازوی خود را نیز می توانست در جهت افقی حرکت دهد ( شکل 1-9) .
شکل 1-9
هر چهار موتور محرکهای چرخها در طرفین و گرداننده دورانی کل بازو و جلو عقب برنده تیر افقی بازو ، بایستی برای حفظ تعادل ربات بر روی کف شاسی قرار می گرفتند برای کار گذاشتن سه موتور اولی مشکل زیادی نبود چون هر سه آنها به صورت کوپل مستقیم بودند اما مقصد نیروی موتور چهارم در قسمت فوقانی میل عمودی قرار داشت که خود نقطه ثابتی نبود ، برای حل این مشکل از دو محور انتقال نیروی تودر تو استفاده شد محور پوستین از جنس لوله آهنی به طول 350 mm می باشد که ابتدای آن بایک بلبرینگ بر روی کف ربات بطور عمود ستون شده است این لوله از مرکز صحفه آلومنیومی ربات عبور کرده و در زیر ربات به یک چرخ تسمه دندانه دار که با تسمه دندانه دار به شفت موتور متصل است کوپل شده است انتهای بالایی این لوله به یک محفظه آلومنیومی ناودانی شکل که ریلهای تفلونی هم بر روی آن نصب هستند ، به صورت راه به در مهره شده است . محور دوم در داخل این لوله آهنی قرار دارد جنس این محور از استیل بوده و با دو بلبرینگ شماره 8 در بالا و پائین به داخل دیواره محور اولی تکیه داده و در حالت عادی آزادانه می چرخد . این میله مانند میله اولی از زیر به یک چرخ تسمه دیگر متصل می باشد و بدین ترتیب با تسمه ایی که با شفت موتور دیگر درگیر است نیروی محرکه موتور را با یک چرخ تسمه کوچکی که در انتهای بالاییش قرار دارد و با یک تسمه افقی ثابت درگیر است ، انتقال می دهد دو موتور محرک نیز به صورت متقارن بر روی کف شاسی قرار گرفته اند ( شکل 1-10 ) .
تسمه افقی به چرخ تسمه دندانه دار انتهایی میله افقی به اندازه نصف چرخ بر روی آن خوابیده است که با حرکت چرخ تسمه ، تسمه نیز بر روی آن در جهت حرکت آن خواهد لفزید بنابراین چون ابتدا و انتهای تسمه به ابتدا و انتهای بازوی افقی با پیچ بسته شده است و بازوی افقی هم چون بر روی ریلهای لفزنده قرار گرفته ، با حرکت چرخ تسمه همراه آن به جلو یا عقب حرکت خواهد کرد .
بازوی افقی از جنس آلومنیوم قوطی به اندازه سطح مقطع 35×50 mm و به طول 550 mm ( بااحتساب موتور و ریل انتهایی 150mm±) که بر قاعده کوچک تحتانی یک صحفه آلومنیومی با عرض 5 mm بیشتر از طرفین عرض قوطی و به طول 400 mm به طور موازی پرچ شده است لبه های بیرون آمده از عرض که بخوبی سیقل داده شده اند، در داخل شیارهای تفلونهایی که در طرفین قرار دارند جای گرفته اند و در کل می توانند آزادانه به جلو و عقب لغزش داشته باشند ( شکل 1-11) .
شکل 1-11
در انتهای عقبی بازوی افقی نیز یک موتور از نوع stepper موتور وجود دارد که عمل بالا و پائین بردن بازوی عمودی متحرک را انجام می دهد نیروی این موتور با یک تسمه به انتهای دیگر بازوی افقی با کاهش تعداد دور گردش و افزایش نیرو انتقال می یابد . در انتهای دیگر بازوی افقی یک میله بطور عمودی از انتهای بازو عبور کرده که بر روی دو بلبرینگ موجود در سر و ته آن روی قوطی محکم شده و آزادانه دوران می کند روی این میله و در داخل قوطی یک چرخ تسمه دندانه دار به قطر 25 mm قرار دارد دندانه های این چرخ با دنده های یک تسمه دندانه دار که به صورت باز بر روی قوطی متحرک عمودی ، ثابت شده است ، درگیر است که در این صورت با چرخش محور ( میله ) بازوی افقی نیز بالتبع حرکت خواهد کرد به سر این میله نیز یک چرخ دندانه دار بزرگ به قطر 80mm بسته شده است که با یک تسمه با موتور محرک در ارتباط است ( شکل 1-11 ) .
و اما بازوی عمودی یعنی قسمت سوم متحرک بازو یک قوطی آلومنیومی با سطح مقطع مربعی35×35 mm و به طول 540mm ( با احتساب موتور فوقانی و بست پائینی ) و با مسافت بازی 480mm می باشد وظیفه این قسمت حرکت دادن دست ربات به ارتفاع مورد نیاز می باشد در بالای این قسمت یک موتور از نوع پله ایی با دقت 9/0 درجه نصب گردیده است که وضیفه اش چرخاندن کل دست به دور خود است این عمل باعث افزایش دسترسی به فضای محیط و قدرت مانور دست می شود . کل دست بر روی یک میله آلومنیومی گرد به قطر 8/0 mm و به طول 490 mm که از داخل یک بلبرینگ محصور در داخل و انتهای قوطی عمودی ، می گذرد ، سوار است انتهای این میله در داخل قوطی مستقیما با استفاده از یک لنگی گیر به شفت موتور پله ایی کوپل گردیده است ( شکل 1-13 ) .
شکل 1-13
این بازو در میان یک قوطی آلومنیومی متصل به انتهای بازوی افقی با لبه های تفلونی به بالا و پائین می لغزد .
دست ربات از سه تکه متحرک مجزا از هم تشکیل یافته که هر قسمت در نوبت خود بطور مجزا در جهات مختلف حرکت می کنند هر قسمت با یک DC موتور به حرکت در می آیند برای کاهش دور DC موتورها و افزایش نیروی آنها در هر قسمت از یک جعبه دنده استفاده شده است چرخ دنده های جعبه دنده ها برنجی ( چرخ دنده های موجود در داخل ساعتهای کوکی چینی ) و پلاستیکی می باشند بدنه گیربکس ها ( جعبه دنده ها ) نیز به اقتضا از پلاستیک و آلومنیوم ساخته شده است و برای کاهش اصطکاک در دنده ها و محورها تا حد ممکن از بوش و بلبرینگهای ریز استفاده شده است . دست ربات از قسمت مچ می تواند در جهت عمودی به میزان 90 درجه به بالا و پائین حرکت داشته باشد . پنجه دست نیز می تواند در حین باز و بسته شدن از میان فاصله مچ و پنجه به تعداد دور نامحدود در دو جهت چرخش داشته باشد که در یک ربات این مشخصه یک امتیاز محسوب می شود . پنجه دست دو اهرم باز و بسته شونده دارد که می تواند انواع پوسته ها را بر روی خود متناسب با اجسامی که سروکار خواهد داشت ، داشته باشد ) شکل 1-14) .
شکل 1-14
بخش الکترونیک ، تشریح و نحوه ساخت :
تا اینجا ما مکانیک برای ربات طراحی شده ساخته است که هر قسمت و مفصل آن با یک موتور مجزا به حرکت در می آیند در مجموع 9 عدد موتور الکتریکی بر روی ربات کار گذاشته شده که 6 عدد آنها از نوع پله ایی (stepper) می باشند و هر کدام به 1 آمپر جریان 12 ولتی نیاز دارند 3 موتور دیگر که از نوع DC می باشند با 6 ولت 200 میلی آمپری تغذیه می شوند هر موتور پله ایی دو فاز در حالت Bipolar (دو قطبی ) چهار سیم به عنوان ورودی دارد ( شکل 1-15 ) و معمولا با چهار حرف لاتینی A,B,C,D نمایش می دهند دو سر مگنت فاز اول نسبت به فاز دوم یک اختلاف فاز دارد که این اختلاف
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 44 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود پروژه طراحی و ساخت ربات هوشمند I.RM
