مکانیک حرکتی ربات ها

[ayasoogeen]

سازه مکانيکي معمولاًبه گونه اي ساخته مي شود که همه حالاتي که ربات در آن قرار خواهد گرفت راپشتيباني نمايد. مثلاً اگر ربات شما قرار است يک وزنه 100 کيلوگرمي راجابجا نمايد سازه مکانيکي ربات اولين قسمتي است که بايد سازگاري کامل بااين وزنه داشته باشد. وقتي مي گوييم سازگاري کامل يعني اولاً مقاومت کافيدر برابر اين وزن و ثانياً شکل آن به گونه اي باشد که بتواند وزنه را بهراحتي جابجا کند ممکن است در محيط محدوديتي براي روبات شما وجود داشتهباشد ، مثلاً ارتفاع ربات يا وزن آن به دليلي محدود باشد که اين موارد نيزاز جمله مواردي است که سازه ربات بايد با آنها همخواني داشته باشد. باتوجه به نکات ذکر شده ، بهترين جنس را براي ساختن ربات انتخاب مي کنندبراي انتخاب مواد اوليه نکاتي مانند وزن ، مقاومت کششي و خمشي ، جنس ،قيمت ، قابليت انعطاف پذيري و ... مورد توجه قرار مي گيرد. در صورتي که ميخواهيد رباتي جهت پروژه هاي دانشجويي يا دانش آموزي خود بسازيد، چوب –آلومينيوم – پلاستيک فشرده – تفلون و ... جزو گزينه هاي اساسي شما هستندکه بايد با توجه به شرايط خود يکي از آنها را انتخاب نماييد.براي طراحي وساخت ربات دقت کنيد که روبات شما باید بیشترین پایداری ممکن را داشته باشدکه رابطه مستقیم به شکل روبات و مرکز ثقل آن دارد، مثلاً رباتهای کوچک کهارتفاع زیادی دارند از پایداری خوبی برخوردار نخواهد بود و با کمتریننیرویی امکان واژگونی آنها وجود دارد.
اگر روبات شما دارای چرخ برای حرکت است جنس و اندازه چرخ یکی از اساسیترین مسائلی است که می تواند میزان توانایی ربات را مشخص کند. چرخ ربات رابا توجه به جنس مکانی که ربات باید در آن حرکت کند به گونه ای انتخاب کنیدکه بیشترین ضریب اصطکاک را داشته باشد. در واقع عامل انتقال انرژی چرخهابه زمین و در نتیجه حرکت ربات، اصطکاک چرخها با زمین است. اگر شما نیرویمحرکه بسیار قوی در اختیار داشته باشد ولی چرخ های ماشین دست سازتان برروی زمین سر بخورد قطعاً نتیجه مناسبی نخواهید گرفت. اصولاً چرخ را میتوانید از ماشین های اسباب بازی خراب جدا کرده و استفاده کنید یا از تفلونو یا چوب خراطی شده جهت ساخت چرخ استفاده کنید. با کمی جستجو ممکن است چرخهای مناسبی در بازار پیدا کنید. در صورتی که چرخ شما روکش مناسبی ندارد وضریب اصطکاک آن کم است باید به گونه ای این مشکل را حل کنید. اگر ربات برسطح صاف و محکمی مانند چوب حرکت می کند، لاستیک های ژله ای بهترین گزینههستند در صورتی که هیچ امکاناتی در اختیار ندارید می توانید از دستکشهایآشپزخانه استفاده کنید ! چند لایه دستکش یا چیزی شبیه به آن ( مانندبادکنک ) بر روی چرخ های ربات خود بکشید و محکم چسب بزنید خواهد دید کهچسبندگی ربات شما بر روی زمین چقدر افزایش خواهد یافت.

چرخ ربات را باید در اندازه ای انتخاب کنید که در هنگام حرکت قدرت و سرعتمناسب را برای شما ایجاد کند. اصولاً هر چقدر قطر چرخ را افزایش دهید سرعتربات زیاد شده و در عوض قدرت آن کاهش می یابد. برای بدست آوردن سرعت رباتخود محیط چرخ آن را بدست بیاورید و در سرعت چرخش آن ضرب کنید در این صورتمیزان حرکت در واحد زمان شما بدست خواهد آمد.یکی از مهمترین اجزای یک رباتنیروی محرکه آن است. برای حرکت دادن سازه ای که ساخته اید نیاز به انرژیمکانیکی دارید. این انرژی معمولا توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود.موتور الکتریکی یا اصطلاحاً آرمیچر ها در واقع مبدل های انرژی هستند.موتورهای الکتریکی می توانند انرژی الکتریکی که از ترمینالهای آن وارد میشود را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. انرژی مکانیکی معمولاً به صورت دوراندر شافت (محور) موتور ظاهر می شود. دوران این محور (شافت) دو مشخصه اساسیدارد : یکی سرعت دوارن آن و دیگری قدرت آن. از ضرب سرعت خطی (متر برثانیه) در نیروی موتور می توانید توان نهایی خروجی آن را محاسبه کنید. باتوجه به اینکه گفتیم موتور یک مبدل است، اگر موتور شما ایده آل باشد توانخروجی که بدست می آورید با توان ورودی یعنی انرژی الکتریکی مصرف شده برابرخواهد بود. موتورهای الکتریکی انواع مختلفی دارند از جمله استپ موتورها ،سرور موتورها ، موتورهای دی سی DC ، موتورهای AC و ...

هر یک از موتورهای نام برده شده ویژگی خاصی دارد مثلا استپب موتورها دارایدقت بالایی هستند و با توجه به نوع موتور می توان دقت گردش موتور در حدچند درجه را کنترل نمود. به دلیل گستردگی مطلب، انواع موتور در مقوله ایجداگانه مورد بحث قرار خواهد گرفت. در حال حاضر موتور مورد استفاده ما درربات های کوچک و ساده موتور DC می باشد. از ویژگی های اساسی موتورهای DCاین است که جهت حرکت و سرعت حرکت آنها به راحتی قابل کنترل است. با تغییرمتوسط ولتاژ ورودی می توانید سرعت موتور را تغییر دهید و با تغییر پلاریته( جهت اتصال تغذیه به موتور ) جهت دوران شافت تغییر خواهد نمود.

همانگونه که گفتیم توان خروجی از ضرب سرعت در قدرت و با استفاده از فرمول W=f.d بدست می آید.

موتور های الکتریکی معمولاً به گونه ای ساخته می شوند که سرعت چرخش شافتآنها بسیار زیاد است ( بر خلاف قدرت خروجی که معمولاً کم است ) این سرعتبه طور طبیعی بین 3 تا 10 هزار دور در دقیقه ( RPM ) است. شما می توانیدبا استفاده از مکانیزم هایی ( مانند چرخ دنده ها و یا تسمه ها ) این سرعترا پایین بیاورید و در عوض به قدرت بیافزایید. در ادامه قصد داریم در موردانواع مکانیزم های تغییر نسبت سرعت و قدرت صحبت کنبم.

رایج ترین روش این کار استفاده از تعدادی چرخ دنده است که به مجموع آنهاگریبکس گفته می شود. با استفاده از همین روش است که نسبت بین قدرت و سرعتدر اتومبیل مشخص می شود. در این روش با کوچک و بزرگ کردن چرخ دنده ها نسبتورودی به خروجی گریبکس تغییر می نماید. بحث گریبکس و طرز کار آن بحثگسترده ای است فقط این نکته را ذکر می کنم که اگر نیروی محرکه شما به یکچرخ دنده کوچک متصل باشد، و این چرخ دنده، چرخ دنده بزرگتری را به گردشدرآورد به دلیل تفاوتی که در محیط این چرخ دنده ها وجود دارد، چرخ دندهبزرگتر چرخش کمتری خواهد داشت و در نتیجه سرعت آن کاهش یافته و با توجه بهاینکه سرعت و قدرت با یکدیگر رابطه عکس دارند، قدرت افزایش خواهد یافت.اگر کمی فکر کنید و چند گریبکس را از نزدیک ببینید به خوبی طرز کار آنبرای شما روشن خواهد شد. از انواع دیگر گریبکس ها می توان به گریبکس هایحلزونی و گریبکس های مرکب اشاره نمود.

علاوه بر گریبکس روش های دیگری مانند استفاده از چرخ و زنجیر ( ماننددوچرخه ) و استفاده از تسمه ( مانند کولر آبی ) برای انتقال و تغییر نسبتانرژی مکانیکی متداول است.



برای تهیه گریبکس می توانید به وسایلی رجوع کنید که موتور و گریبکس بهنحوی در آن وجود دارد و قیمت تهیه آنها نیز مناسب است. مثلاً در اسباببازی های مختلف می توانید موتور و گریبکس در ابعاد گوناگون بیابید. البتهاگر در بسیاری از موارد باید از موتور و گریبکس های مرغوب و با توان زیاداستفاده نمایید که می توانید آنها در بازار جستجو کنید.

گفتیم که موتور و گریبکس وظیفه تامین انرژی مکانیکی مورد نیاز جهت حرکتبخشهای مختلف ربات را بر عهده دارند. بنابراین اگر از موتور و گریبکس درقسمت محرکه ربات استفاده می نمایید، باید خروجی گریبکس که با سرعت مناسب وقدرت نسبتاً زیاد دروان می کند را به گونه ای به چرخ متصل نمایید دراینصورت چرخ ربات نیز به گردش درآمده و ربات شما حرکت خواهد کرد. معمولاًبرای ساخت ربات هایی از قبیل مسیریاب ، ماز ، پرتابگر ، امدادگر ، بولینگر، دریبل زن و ... باید مکانیزیمی ایجاد نمایید که بتوان جهت حرکت ربات رابه دقت کنترل نمود یکی از مکانیزم های متداول استفاده از دو موتور وگریبکس در دو طرف است .در صورتی که ربات شما قسمت های متحرک دیگر ی به غیراز چرخ دارد ( مثلاً بازو ) می توانید جهت اتصال آنها به ربات از لولا وبلبرینگ استفاده نمایید. و برای حرکت دادن هر قسمت یک موتور و گریبکس نیازدارید. نحوه اتصال موتور و گربکس در قسمتهای دیگر ممکن است با اتصال چرخها کمی متفاوت باشد که با کمی هوش و ابتکار می توانید بهترین روش اتصال رابیابید.




-----------------------------------------------------------------
با سلام به بازدید کنندگان محترم.
امیدوارم در مسابقه 25 شهریور از این مطالب استفاده مفید ببرید...
همچنین از نظر شما استفاده می برم.