نحوه جامع سفارش ساخت بازوی رباتیک

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده

راهنمای جامع سفارش ساخت بازوی رباتیک

مقدمه

بازوهای رباتیک یکی از اجزای کلیدی در صنایع مختلف مانند تولید، پزشکی، کشاورزی و تحقیقاتی هستند. اگر قصد سفارش یک بازوی رباتیک سفارشی دارید، لازم است اطلاعات دقیقی درباره نیازهای خود داشته باشید. در این مقاله، تمامی نکات مهم برای انتخاب و سفارش یک بازوی رباتیک را بررسی می‌کنیم.

۱. کاربرد بازوی رباتیک

اولین گام در سفارش ساخت بازوی رباتیک، تعیین کاربرد آن است. برخی از رایج‌ترین کاربردها عبارت‌اند از:

  • بازوی رباتیک صنعتی (مونتاژ، جوشکاری، بسته‌بندی)
  • بازوی رباتیک پزشکی (جراحی، توان‌بخشی)
  • بازوی رباتیک تحقیقاتی (هوش مصنوعی، آزمایشگاه‌ها)
  • بازوی رباتیک کشاورزی (چیدن میوه، سمپاشی)
۲. تعداد درجات آزادی (DOF) در بازوی رباتیک

درجات آزادی یا Degrees of Freedom (DOF) تعیین‌کننده میزان انعطاف‌پذیری و حرکت بازو است:

  • بازوهای ساده: ۳ تا ۴ درجه آزادی
  • بازوهای پیچیده: ۶ تا ۷ درجه آزادی یا بیشتر (مناسب برای حرکات دقیق و پیچیده)
۳. نوع محرک‌های بازوی رباتیک

انتخاب محرک مناسب، تأثیر مستقیمی بر عملکرد بازو دارد:

  • محرک الکتریکی: دقت بالا و کنترل‌پذیری خوب
  • محرک هیدرولیکی: قدرت بالا برای جابه‌جایی بارهای سنگین
  • محرک پنوماتیکی: سرعت بالا و عملکرد سبک
۴. ظرفیت حمل بار (Payload)
ظرفیت بار قابل‌حمل بازوی رباتیک باید بر اساس نیاز شما مشخص شود:
  • بازوهای کوچک: برای قطعات سبک و کاربردهای آزمایشگاهی
  • بازوهای صنعتی: جابه‌جایی بارهای چندین کیلوگرمی یا بیشتر
۵. سرعت و شتاب بازوی رباتیک
  • سرعت خطی و زاویه‌ای: بسته به نوع حرکت، سرعت بازو می‌تواند خطی (جابجایی اجسام) یا زاویه‌ای (چرخش مفاصل) باشد.
  • شتاب و کاهش سرعت: در کاربردهایی مانند جوشکاری یا مونتاژ قطعات حساس، حرکت یکنواخت و کنترل‌شده مهم است.
  • تعادل بین سرعت و دقت: افزایش سرعت ممکن است دقت را کاهش دهد، بنابراین باید بین این دو عامل تعادل برقرار شود.
۶. دقت و تکرارپذیری بازوی رباتیک

برای کاربردهای حساس مانند مونتاژ قطعات الکترونیکی یا جراحی رباتیک، دقت در حد میلی‌متر یا حتی میکرون ضروری است. همچنین، بازو باید قابلیت تکرار حرکات مشابه را بدون خطا داشته باشد.

۷. ابعاد فضای کاری و طول بازو
یکی از مهم‌ترین فاکتورها در طراحی بازوی رباتیک، ابعاد فضای کاری آن است:
  • طول بازو: تعیین‌کننده محدوده حرکت بازو در محیط کاری
  • شعاع حرکتی: تأثیر مستقیم در عملکرد بازو در محیط‌های بزرگ یا محدود

ارتفاع و سطح دسترسی: در کاربردهایی که بازو باید به نقاط بالا یا پایین دسترسی داشته باشد، این عامل حیاتی است

۸. سیستم کنترل و نرم‌افزار
بازوی رباتیک می‌تواند با روش‌های مختلفی کنترل شود:
  • کنترل دستی یا کنترل خودکار
  • قابلیت برنامه‌ریزی با نرم‌افزارهای صنعتی
  • پشتیبانی از حسگرها و سیستم‌های بینایی ماشین برای افزایش دقت عملکرد
۹. مواد سازنده بازوی رباتیک
مواد به‌کاررفته در ساخت بازوی ربات باید متناسب با کاربرد آن باشد:
  • فولاد و آلومینیوم برای ربات‌های صنعتی
  • پلیمرهای سبک و مقاوم به خوردگی برای صنایع غذایی و پزشکی
۱۰. هزینه و بودجه
هزینه ساخت بازوی رباتیک به عوامل مختلفی بستگی دارد:
  • نوع مواد استفاده‌شده
  • سطح دقت و پیچیدگی طراحی
  • نوع موتور و سیستم کنترل
  • ظرفیت حمل بار و سرعت بازو
نتیجه‌گیری

برای سفارش یک بازوی رباتیک، باید تمامی عوامل ازجمله کاربرد، درجات آزادی، نوع محرک، ظرفیت بار، سرعت و شتاب، دقت، ابعاد فضای کاری، سیستم کنترل و هزینه را در نظر بگیرید. این اطلاعات به شما کمک می‌کند تا بهترین انتخاب را متناسب با نیاز خود داشته باشید.

جهت سفارش بازوی ربات و اشنایی با محصولات شرکت دانش بنیان اسپاد اینجا کلیک نمایید.

نحوه محاسبه معادلات دینامیکی

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
مراحل محاسبه معادله دینامیکی بازوی ربات صنعتی
مقدمه

دینامیک بازوی ربات صنعتی و معادله دینامیکی به تحلیل نیروها و گشتاورهایی که در اثر حرکت مفاصل و لینک‌های آن به وجود می‌آید، می‌پردازد. این تحلیل برای کنترل دقیق ربات و بهینه‌سازی عملکرد آن بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله، به بررسی نحوه محاسبه معادلات دینامیکی بازوی ربات صنعتی می‌پردازیم.

مدل سازی دینامیکی بازوی ربات
1. تعیین نیازمندی‌ها

مدل‌سازی دینامیکی یک بازوی ربات معمولاً با استفاده از دو روش انجام می‌شود:

  1. روش نیوتن-اویلر
  2. روش لاگرانژ

هر یک از این روش‌ها دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند که در ادامه بررسی می‌شوند.

1. روش نیوتن-اویلر | تحلیل مستقیم نیروها و گشتاورها

روش نیوتن-اویلر بر اساس قوانین دوم نیوتن و روابط اویلر تدوین شده است. این روش شامل محاسبه نیروها و گشتاورهای وارد بر هر لینک ربات به‌صورت مستقیم می‌باشد. مراحل کلی این روش عبارت‌اند از:

  • محاسبه سرعت و شتاب زاویه‌ای و خطی هر لینک
  • تعیین نیروها و گشتاورهای وارد بر هر لینک با استفاده از معادله دینامیکی
  • اعمال روابط بازگشتی برای محاسبه نیروها و گشتاورهای مفاصل ربات

معادلات پایه نیوتن-اویلر به صورت زیر بیان می‌شوند:

نیرو:

F = m × a

گشتاور:

τ = I × α + ω × (I × ω)

که در آن:

  • FF نیروی وارد بر مرکز جرم لینک
  • mm جرم لینک
  • aa شتاب خطی مرکز جرم
  • au au گشتاور وارد بر لینک
  • II ماتریس اینرسی لینک
  • α\alpha شتاب زاویه‌ای لینک
  • ω\omega سرعت زاویه‌ای لینک است.
2. روش لاگرانژ | رویکرد مبتنی بر انرژی

روش لاگرانژ مبتنی بر انرژی سیستم بوده و برای سیستم‌های پیچیده که دارای چندین درجه آزادی هستند، بسیار مفید است. معادلات لاگرانژ بر اساس انرژی جنبشی و پتانسیل اجزای ربات تدوین می‌شوند:

معادله لاغرانژ:

d/dt ( ∂L / ∂˙qi ) − ∂L / ∂qi = τi

که در آن:

  • L = T - V (لاگرانژی سیستم، که تفاضل انرژی جنبشی T و انرژی پتانسیل V است).
  • qi و ˙qi به ترتیب مختصات تعمیم‌یافته و سرعت‌های تعمیم‌یافته هستند.
  • au_i گشتاور تعمیم‌یافته اعمالی به سیستم است.

 

3. کاربرد معادلات دینامیکی در کنترل ربات‌های صنعتی

محاسبه معادله دینامیکی ربات برای طراحی کنترل‌کننده‌های پیشرفته مانند کنترل تطبیقی، کنترل فیدبک خطی و کنترل مقاوم ضروری است.

معادله دینامیکی به تعیین گشتاورهای لازم برای حرکت مطلوب مفاصل و جبران اثرات دینامیکی کمک می‌کنند. برخی از کاربردهای مهم عبارت‌اند از:

  • کنترل موقعیت: تنظیم دقیق حرکت بازوی ربات
  • کنترل نیرو: اعمال نیروهای مشخص در تماس با اشیا
  • بهینه‌سازی مصرف انرژی: کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری سیستم
  • جبران اغتشاشات خارجی: مقابله با نیروهای مزاحم خارجی و بهبود عملکرد ربات
نتیجه گیری

در این مقاله، دو روش اصلی برای مدل‌سازی دینامیکی بازوی ربات صنعتی معرفی شد. روش نیوتن-اویلر برای تحلیل مستقیم نیروها و گشتاورها مناسب است، در حالی که روش لاگرانژ برای تحلیل سیستم‌های پیچیده کاربرد بیشتری دارد. انتخاب روش مناسب بستگی به نوع کاربرد و الزامات کنترلی دارد. استفاده از این معادلات در طراحی کنترل‌کننده‌های پیشرفته به بهبود عملکرد ربات‌های صنعتی کمک می‌کند.

با پیشرفت فناوری‌های کنترلی، ترکیب این روش‌ها با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می‌تواند به افزایش دقت و کارایی ربات‌ها منجر شود. آینده‌ی این حوزه در توسعه‌ی روش‌های ترکیبی و هوشمند خواهد بود که عملکرد ربات‌های صنعتی را به سطح جدیدی ارتقا می‌دهد.
جهت مشاهده محصولات شرکت دانش بنیان اسپاد اینجا کلیک کنید.

مفاهیم PID در کنترل بازوی ربات

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
مفاهیم PID در کنترل بازوی ربات
مقدمه

در سیستم‌های رباتیک، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها کنترل حرکات و رفتار بازوهای ربات است. یکی از روش‌های رایج و مؤثر برای کنترل دقیق و پایدار این سیستم‌ها استفاده از کنترل‌کننده PID است. PID مخفف سه واژه Proportional (تناسبی)، Integral (انتگرالی) و Derivative (مشتق‌گیری) است که یک الگوریتم کنترلی برای دستیابی به کنترل بهینه و کاهش خطاها در سیستم‌های دینامیکی می‌باشد. در این مقاله، به نحوه پیاده‌سازی PID و کنترل‌کننده‌های مشابه در بازوهای رباتیک پرداخته می‌شود.

1. مفهوم کنترل PID:

کنترل‌کننده PID به‌طور کلی به سه قسمت تقسیم می‌شود:

  1. کنترل تناسبی (Proportional): در این بخش، سیگنال کنترل متناسب با اختلاف بین مقدار مطلوب (Setpoint) و مقدار واقعی (Measured Value) است. این اختلاف به نام خطا شناخته می‌شود. شدت عمل تناسبی با ضریب KpK_p تعیین می‌شود.

P = Kp ⋅ e(t) که در آن e(t)e(t) خطای لحظه‌ای است.

کنترل انتگرالی (Integral): کنترل انتگرالی برای حذف خطاهای ثابت یا ماندگار طراحی شده است. در این بخش، مجموع تجمعی خطا در طول زمان در نظر گرفته می‌شود. این بخش می‌تواند خطاهای ناشی از نوسانات کوچک یا خطاهای ثابت را تصحیح کند.

I = Ki ⋅ ∫ e(t) dt

  1. کنترل مشتق‌گیری (Derivative): این بخش به تغییرات سریع خطا در طول زمان واکنش نشان می‌دهد. کنترل مشتق‌گیری باعث می‌شود که سیستم در برابر نوسانات ناگهانی پاسخ سریع‌تری داشته باشد و از پایداری بیشتری برخوردار باشد.

D = Kd · de(t) / dt

ترکیب این سه بخش، کنترل‌کننده PID را تشکیل می‌دهد که به صورت زیر نوشته می‌شود:

u(t) = P + I + D = Kp · e(t) + Ki · ∫ e(t) dt + Kd · (de(t) / dt)

 

2. پیاده‌سازی کنترل PID در بازوی رباتیک:

 

در پیاده‌سازی یک بازوی رباتیک با استفاده از کنترل PID، ابتدا باید مدل دینامیکی بازو را مشخص کرد. این مدل شامل پارامترهای مختلفی مانند موقعیت، سرعت، و شتاب بازو است که باید توسط سنسورها اندازه‌گیری شوند. به‌طور کلی، مراحل پیاده‌سازی به شرح زیر است:

  1. اندازه‌گیری موقعیت و سرعت بازو: برای کنترل یک بازوی رباتیک، نیاز به سنسورهایی داریم که موقعیت و سرعت هر مفصل بازو را اندازه‌گیری کنند. این سنسورها می‌توانند از نوع انکودرهای نوری یا مغناطیسی باشند که خروجی آن‌ها به‌طور پیوسته اطلاعاتی از وضعیت فعلی بازو را فراهم می‌آورد.
  2. محاسبه خطای موقعیت و سرعت: بعد از اندازه‌گیری موقعیت و سرعت بازو، باید خطای هر مفصل محاسبه شود. این خطا به‌صورت تفاوت بین مقدار هدف (Setpoint) و مقدار فعلی سیستم تعریف می‌شود.
  3. تنظیم ضرایب PID: برای عملکرد بهینه، ضرایب PID (KpK_p, KiK_i, KdK_d) باید به‌دقت تنظیم شوند. تنظیم این ضرایب معمولاً به‌صورت تجربی و با استفاده از روش‌هایی مانند "روش آزمون و خطا" یا "تنظیم بهینه" انجام می‌شود.
  4. اجرای کنترل PID: با استفاده از فرمول PID و مقدار خطای به‌دست آمده، سیگنال کنترل تولید می‌شود که به موتورهای بازو ارسال می‌شود. این سیگنال موتور را هدایت می‌کند تا موقعیت و سرعت بازو را به سمت مقدار هدف هدایت کند.
  5. پایداری و بهبود عملکرد: در پیاده‌سازی PID در بازوهای رباتیک، باید اطمینان حاصل کرد که سیستم پایدار است و نوسانات ناخواسته ایجاد نمی‌کند. این موضوع به تنظیم دقیق ضرایب PID و استفاده از فیلترهای مناسب برای حذف نویزهای سیگنال‌ها بستگی دارد.
3. مشکلات و چالش‌ ها :
  1. تنظیمات اولیه: تنظیم ضرایب PID برای بهینه‌سازی عملکرد بازوی رباتیک می‌تواند زمان‌بر و چالش‌برانگیز باشد. مقدار نامناسب این ضرایب می‌تواند منجر به نوسانات یا ناتوانی در رسیدن به موقعیت هدف شود.
  2. پایداری سیستم: در برخی شرایط، خصوصاً هنگام استفاده از موتورهای پرسرعت یا بارهای متغیر، ممکن است کنترل PID به‌طور نادرست عمل کند و باعث ناپایداری شود.
  3. خطاهای ناشی از مدل: مدل دینامیکی بازو ممکن است با پیچیدگی‌های غیرخطی روبرو باشد که کنترل PID را کمتر مؤثر کند. در چنین مواردی ممکن است نیاز به استفاده از کنترل‌کننده‌های پیشرفته‌تر مانند کنترل مدل پیش‌بینی‌شده (MPC) یا شبکه‌های عصبی برای بهبود دقت و کارایی باشد.
4. کنترل‌کننده‌های مشابه :

علاوه بر کنترل PID، روش‌های دیگری نیز برای کنترل بازوهای رباتیک وجود دارند که در برخی شرایط می‌توانند برتر باشند:

  1. کنترل مدل پیش‌بینی‌شده (MPC): در این روش، یک مدل از سیستم برای پیش‌بینی وضعیت آینده استفاده می‌شود. این مدل می‌تواند به کنترل بازوهای رباتیک در مواجهه با سیستم‌های غیرخطی کمک کند.
  2. کنترل عصبی (Neural Control): در این روش، از شبکه‌های عصبی برای یادگیری و کنترل سیستم‌های پیچیده استفاده می‌شود. این روش می‌تواند در مواجهه با عدم قطعیت‌ها و رفتارهای غیرخطی کارآمدتر از PID باشد.
5. نتیجه گیری :

پیاده‌سازی کنترل PID در بازوهای رباتیک یک روش مؤثر برای دستیابی به دقت بالا در کنترل موقعیت و سرعت است. با این حال، چالش‌هایی مانند تنظیم ضرایب PID، پایداری سیستم، و مدل‌سازی دقیق باید در نظر گرفته شوند. در شرایط خاص، استفاده از کنترل‌کننده‌های پیشرفته‌تر مانند MPC و کنترل عصبی می‌تواند عملکرد سیستم را بهبود بخشد.

جهت اشنایی با بازوهای رباتیک ساخت شرکت دانش بنیان اسپاد اینجا کلیک نمایید.

سینماتیک معکوس

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
معرفی سینماتیک معکوس

 دهدف از سینماتیک معکوس این است که بتوان موقعیت یا جهت‌گیری نهایی اجزا (مفاصل ربات) را از هدف مورد نظر، مانند دست‌یابی به یک نقطه خاص در فضای سه‌بعدی، محاسبه کرد.

 این فرایند برخلاف سینماتیک مستقیم (Forward Kinematics) است که از موقعیت‌های مفاصل به موقعیت و جهت‌گیری ربات می‌پردازد.

سینماتیک معکوس چیست؟

به فرایند تعیین مقادیر ورودی (مانند زاویه‌های مفاصل) برای یک ربات به گونه‌ای که موقعیت و جهت‌گیری مشخصی در فضای سه‌بعدی به‌دست آید، گفته می‌شود.

 این فرایند به‌ویژه در ربات‌های صنعتی و ربات‌های دستیار انسان (مانند ربات‌های جراحی و ربات‌های خدماتی) بسیار حیاتی است. این محاسبات به ما کمک می‌کند تا بتوانیم حرکات ربات را در پاسخ به ورودی‌های محیطی و نیازهای وظیفه‌ای مدیریت کنیم.

بازوی ربات صنعتی دلتا 

معادلات سینماتیک معکوس

 

معادلات سینماتیک معکوس معمولاً به صورت مجموعه‌ای از روابط ریاضی تعریف می‌شوند که موقعیت و جهت‌گیری ربات را به زاویه‌ها و موقعیت‌های مفاصل ربات تبدیل می‌کنند. این معادلات به‌طور معمول چندراه‌حل هستند؛ به این معنا که برای یک موقعیت خاص ممکن است چندین مجموعه از زاویه‌های مفاصل وجود داشته باشد که به همان هدف برسند.

مراحل محاسبه معادلات سینماتیک معکوس

 

1. تعریف موقعیت هدف: 

ابتدا باید موقعیت و جهت‌گیری نهایی دست یا ربات مشخص شود. این موقعیت معمولاً به صورت مختصات در فضای سه‌بعدی بیان می‌شود.

2. تعیین معادلات سینماتیک مستقیم:

سینماتیک مستقیم به روابطی گفته می‌شود که موقعیت و جهت‌گیری ربات را از زاویه‌های مفاصل یا پارامترهای حرکتی محاسبه می‌کند. این معادلات معمولاً به صورت ماتریس‌های تبدیل یا روابط هندسی بیان می‌شوند. برای حل سینماتیک معکوس، باید معادلات سینماتیک مستقیم به‌طور کامل در دسترس باشند تا بتوان به‌طور معکوس از آن‌ها استفاده کرد.

۳. حل معادلات سینماتیک معکوس

حل معادلات  به‌ویژه برای ربات‌هایی با درجات آزادی بالا (مانند ربات‌های ۷ یا ۸ مفصله) می‌تواند پیچیده باشد. در این مرحله از فرایند، هدف یافتن مجموعه‌ای از مقادیر زاویه‌ای مفاصل است که موقعیت و جهت‌گیری مورد نظر را تحقق می‌بخشد. این فرایند ممکن است چندین راه‌حل را شامل شود که انتخاب یکی از آن‌ها بستگی به نیازهای خاص ربات و محیط آن 

روش‌های مختلف برای حل معادلات سینماتیک معکوس

برای حل معادلات ، چندین روش مختلف وجود دارد که عبارتند از:

الف. روش‌های هندسی

این روش‌ها بیشتر برای ربات‌هایی با درجه آزادی پایین (مثلاً ربات‌های دو یا سه مفصله) مناسب هستند. در این روش‌ها، از طریق روابط هندسی و مثلثات حل می‌شوند. روش‌های هندسی از تجزیه‌وتحلیل مثلثاتی و مدل‌های هندسی برای تعیین موقعیت مفاصل استفاده می‌کنند.

ب. روش‌های عددی

برای ربات‌هایی با درجه آزادی بالا، از روش‌های عددی برای حل معادلات استفاده می‌شود. یکی از رایج‌ترین روش‌های عددی، روش نیوتن-رافسون است که در آن با استفاده از فرآیندهای تکراری به‌طور پیوسته به حل دقیق‌تری دست پیدا می‌کنیم. همچنین، الگوریتم‌های بهینه‌سازی مانند الگوریتم ژنتیک و الگوریتم‌های تکاملی نیز در این زمینه استفاده می‌شوند.

ج. استفاده از شبکه‌های عصبی و یادگیری ماشین

در سال‌های اخیر، روش‌های یادگیری ماشین و شبکه‌های عصبی به‌ویژه برای حل معادلات پیچیده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این روش‌ها به ربات‌ها امکان می‌دهند تا به‌طور هوشمندانه از طریق داده‌های آموزشی به حل معادلات بپردازند.

د. روش‌های مبتنی بر مدل‌های دینامیکی

در برخی از کاربردها، علاوه بر سینماتیک، نیاز به در نظر گرفتن دینامیک ربات نیز هست. در این روش‌ها، اثرات نیروها و گشتاورها نیز در محاسبات معادلات معکوس گنجانده می‌شود.

چالش‌ها و محدودیت‌های سینماتیک معکوس

۱. چندراه‌حل بودن

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در حل معادلات  این است که ممکن است برای یک موقعیت خاص چندین مجموعه از زاویه‌ها و موقعیت‌های مفاصل وجود داشته باشد. این مسئله می‌تواند منجر به انتخاب اشتباه راه‌حل و حرکت غیرقابل پیش‌بینی ربات شود.

۲. ناتوانی در رسیدن به موقعیت‌ها

در برخی موارد، ممکن است ربات نتواند به موقعیتی که هدف قرار داده شده است برسد. این مشکل معمولاً زمانی پیش می‌آید که موقعیت هدف خارج از دامنه حرکتی مفاصل باشد.

۳. محدودیت‌های فیزیکی

مفاصل ربات‌ها معمولاً دارای محدودیت‌هایی از نظر حرکت هستند (مثلاً محدودیت‌های زاویه‌ای). این محدودیت‌ها باید در حل معادلات سینماتیک معکوس در نظر گرفته شوند تا از حرکت‌های غیرممکن یا برخوردهای ناخواسته جلوگیری شود.

بازوی ربات scara s200

نتیجه‌گیری

سینماتیک معکوس یکی از ابزارهای اساسی در رباتیک و سیستم‌های اتوماسیون است که به ما امکان می‌دهد تا حرکات دقیق ربات‌ها را کنترل کنیم. با توجه به پیچیدگی‌های مختلفی که در محاسبات سینماتیک معکوس وجود دارد، انتخاب روش مناسب بستگی به ویژگی‌های ربات و نوع کاربرد آن دارد. استفاده از روش‌های هندسی، عددی، و مبتنی بر یادگیری ماشین می‌تواند در این زمینه بسیار موثر باشد.

سینماتیک مستقیم

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
سینماتیک مستقیم بازوی ربات صنعتی
مقدمه

سینماتیک مستقیم (Forward Kinematics) یکی از مفاهیم اصلی در رباتیک است که به تحلیل روابط بین موقعیت و جهت‌گیری اجزای مختلف یک بازوی رباتی می‌پردازد. در این فرآیند، برای تعیین موقعیت ابزار (end-effector) در فضای سه‌بعدی، از پارامترهای ورودی مانند زاویه‌های مفصل‌ها استفاده می‌شود. به‌ویژه در طراحی و کنترل ربات‌ها کاربرد دارد و از آن برای حرکت‌دهی دقیق اجزای ربات در محیط استفاده می‌شود.

نحوه محاسبه سینماتیک مستقیم

 برای محاسبه موقعیت و جهت‌گیری بازوی ربات  تابعی از زاویه‌های مفصل‌ها و طول لینک‌ها استفاده می‌شود. این محاسبات بر اساس ماتریس‌های انتقال انجام می‌شود که به‌طور سیستماتیک از یک مفصل به مفصل بعدی متصل می‌شوند.

برای یک بازوی رباتی ساده با n مفصل، موقعیت و جهت‌گیری ابزار به‌وسیله‌ی ماتریس‌های انتقال T1, T2, ..., Tn که هرکدام موقعیت و چرخش از یک مفصل به مفصل دیگر را نشان می‌دهند، محاسبه می‌شود. این ماتریس‌ها به‌طور ریاضی به شکل زیر است:

T = T1 · T2 · ... · Tn

که در آن هر Ti​ ماتریس انتقال برای مفصل i است و معمولاً شامل اطلاعاتی چون زاویه چرخش و جابجایی در راستای محورهای x, y, و z می‌باشد

روش‌های مورد استفاده در سینماتیک مستقیم

ماتریس‌های انتقال (Transformation Matrices): این روش از ماتریس‌های 4x4 برای تبدیل موقعیت و جهت‌گیری از یک مرجع به مرجع دیگر استفاده می‌کند. در این روش، هر ماتریس انتقال شامل اطلاعات مربوط به موقعیت و چرخش است.

روش دنیس (Denavit-Hartenberg): این روش برای تعیین ماتریس‌های انتقال بین لینک‌های ربات بسیار پرکاربرد است. در این روش، چهار پارامتر اصلی برای هر لینک در نظر گرفته می‌شود:

  • طول لینک (ai)
  • زاویه چرخش (θi)
  • جابجایی در محور Z (di)
  • زاویه چرخش حول محور Z (αi)

این پارامترها به‌طور دقیق موقعیت و جهت‌گیری لینک‌ها را برای هر مفصل مشخص می‌کنند.

روش‌های عددی و شبیه‌سازی: در برخی از موارد، به‌ویژه در سیستم‌های پیچیده،  با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی و نرم‌افزارهای شبیه‌سازی ربات مانند MATLAB یا ROS (Robot Operating System) محاسبه می‌شود.

کاربردهای سینماتیک مستقیم

 در طراحی و کنترل ربات‌ها این معادلات کاربردهای فراوانی دارد. برخی از کاربردهای آن عبارتند از:

  • طراحی ربات: برای طراحی سیستم‌های رباتیکی با مفصل‌های مختلف، باید سینماتیک مستقیم محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که ابزار ربات به‌طور دقیق به موقعیت‌های مختلف دسترسی دارد.
  • کنترل حرکت: برای برنامه‌ریزی مسیر ربات و اجرای دستورات کنترلی دقیق، سینماتیک مستقیم به‌عنوان ورودی به الگوریتم‌های کنترل استفاده می‌شود.
  • شبیه‌سازی حرکت: سینماتیک مستقیم برای شبیه‌سازی حرکت ربات در فضای سه‌بعدی و بررسی مسیرهای ممکن برای ابزار آن کاربرد دارد.
نتیجه گیری

 یکی از بخش‌های کلیدی در طراحی و کنترل بازوهای ربات محاسبه این معادلات  می باشد. این فرآیند امکان محاسبه موقعیت و جهت‌گیری ابزار را با استفاده از پارامترهای هندسی ربات فراهم می‌کند. استفاده از روش‌های مختلف مانند ماتریس‌های انتقال و مدل‌های دنیس، امکان پیاده‌سازی سینماتیک مستقیم را در سیستم‌های رباتیک پیچیده به‌طور دقیق و کارآمد فراهم می‌سازد.

برای اشنایی با محصولات شرکت اینجا کلیک نمایید.

معرفی ربات های سری و موازی ( زنجیره سینماتیکی )​

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
معرفی ربات های سری و موازی ( زنجیره سینماتیکی )

در این مقاله سعی داریم در مورد ربات های سری و موازی و معرفی آنان بپردازیم 

1- ربات های سری

ربات های سری شایع ترین ربات ها هستند. آنها از مجموعه ای از اتصالات تشکیل شده اند که از پایه به ابزار ربات انتقال پیدا خواهند کرد.
تمام درجات آزادی آن پشت سر هم و به هم پیوسته می باشند و از این رو به آنان ربات های سری می گویند.

ربات های سری از جمله پرکاربردترین ربات ها در صنعت می باشند که تمام روابط دناویت هارتنبرگ برای آنان برقرار می باشد.
از جمله تفاوت های ربات های سری و موازی با یکدیگر میتوان به این نکته اشاره نمود که محاسبه روابط سینماتیک مستقیم برای ربات های سری آسان تر از ربات های موازی می باشد و برعکس محاسبه روابط سینماتیک معکوس برای ربات های سری دشوارتر می باشد .
ربات های اسکارا ، پوما ، دکارتی و… از نمونه های این ربات های می باشند. 

ربات های SPAD S100 و SPAD S100 PLUS و SPAD S200 و SCARA S100  SCARA S100 PLUS همگی از محصولات و ساخته های شرکت دانش بنیان آریا صنعت هومشند اسپاد می باشد و جز ربات های سری محسوب می شوند.

ربات صنعتی پوما

مزیت این ربات ها برای مشتریان :

1- اتوماسیون چند منظوره.

2- اپراتوری آسان.

3- قابلیت ادغام با تجهیزات جانبی متعدد.

4- انجام کارهای با گشتاور بالا

5- فضای کاری مناسب و بیشتر

و...

از شرکت های خارجی تولید کننده در زمینه بازوهای رباتیکی میتوان به fanuc ، kuka و… اشاره نمود .

1- ربات های موازی

شاید بتوان گفت، لغت موازی، در نام‌گذاری این ربات‌ها ربط زیادی به شکل فیزیکی و ساختار مکانیکی آنها ندارد. 

اگر به شکل ظاهری آنها ربط می‌داشت، باید در تمامی ربات‌هایی که با نام موازی می‌شناسیم، اثری از موازی بودن دو عضو آن ربات می‌دیدیم؛ درحالی که اینگونه نیست. 

 در گذشته مکانیزم رایج، همان مکانیزم سری بوده است. ولی بعد از آن که این نوع مکانیزم‌ (موازی) حضور پررنگ پیدا کردند، نام آنها را چیزی در مقابل نام سری، انتخاب کردند .

 لذا عنوان موازی، بیش از اینکه جنبه‌ی توصیف ظاهر این ربات ها را داشته باشد، عنوانی در مقابل سری، است . 

بازوهای موازی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که هر زنجیره معمولا کوتاه، ساده و در نتیجه می‌تواند مقاوم در برابر حرکات ناخواسته در مقایسه با بازوهای پیوسته باشد . 

ویژگی دیگر این ربات‌ها این است که تمامی عملگرهای، روی بخش ثابت قرار دارند، درحالی که در ربات‌های سری، معمولاً هر عملگر روی بازوی مرتبط با خودش قرار دارد . 

این ربات‌ها، در مقایسه با ربات‌های سری، از صلب بودن بیشتری برخوردارند .

 

بازوی ربات صنعتی دلتا

 حلقه‌ی سینماتیکی بسته‌ی این ربات‌ها، باعث می‌شود که حرکت‌های بسیار کوچک ناخواسته به حداقل خود برسند .

ربات های موازی در بسیاری از فرم ها بوجود آمده اند.بعضی آنها را رباتهای عنکبوتی می نامند.

ربات های موازی صنعتی معمولا یک فضای کاری کوچکتری دارند، اما شتاب بیشتری را برای ابزار ربات ایجاد خواهند نمود .

در این ربات ها به خاطر اینکه مفاصل شتاب بیشتری داشته باشند، موتور های ربات را خارج از مفاصل قرار داده اند .

دلیل نامگذاری این ربات ها به عنوان ربات های موازی، عملکرد تمام موتور ها به طور همزمان و موازی به منظور رسیدن ابزار ربات به موقعت مورد نظر می باشد .

همچنین در فرآیندهای زیر، پرکاربرد هستند:

سرعت و دقت بالا در مکان‌های محدود مانند مونتاژ برد مدار چاپی

از معروفترین مدل های این ربات ها میتوان به ربات دلتا اشاره نمود.

ربات دلتا  تولیدی شرکت اسپاد از نمونه ربات های موازی می باشد.

مراحل طراحی بازوی ربات صنعتی

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده
مراحل طراحی بازوی ربات صنعتی
مقدمه

طراحی بازوهای ربات صنعتی یکی از اجزای کلیدی در خودکارسازی فرایندهای تولید و مونتاژ هستند. طراحی و ساخت این بازوها نیازمند درک عمیقی از مهندسی مکانیک، الکترونیک و کنترل است. به طوری که میبایست با توجه به نیاز مشتری بهترین و ایده آل ترین بازوی ربات طراحی و ساخته شود.همچنین طراحی در بهینه ترین حالت و با کم ترین هزینه برای مشتری طراحی گردد و نیازهای آن را بر طرف سازد.

مراحل طراحی بازوی رباتیک
1. تعیین نیازمندی‌ها

اولین مرحله در طراحی بازوهای ربات صنعتی، تعیین نیازمندی‌های عملکردی آن است. برخی از فاکتورهای کلیدی شامل:

  • تعداد درجات آزادی (DOF): تعیین تعداد مفاصل و نحوه حرکت بازو.
  • ظرفیت بار: میزان باری که بازو باید حمل کند.
  • دقت و تکرارپذیری: میزان دقت در حرکت و توانایی تکرار یک مسیر خاص.
  • سرعت حرکت: تعیین سرعت عملکرد بازو با توجه به نیازمندی‌های صنعتی.
  • محدوده حرکتی: بررسی فضای کاری بازو جهت اطمینان از عملکرد بهینه.
2. انتخاب مکانیزم حرکتی

 

بازوهای رباتیک به دو دسته سری و موازی تقسیم می‌شوند:

  • ربات‌های سری: مانند ربات PUMA که از چندین مفصل متوالی تشکیل شده است. این ربات‌ها انعطاف‌پذیری بالایی دارند و برای کاربردهای متنوعی مناسب هستند.
  • ربات‌های موازی: مانند ربات دلتا که دارای اتصالات موازی برای حرکت سریع و دقیق است. این ربات‌ها برای وظایفی که نیاز به دقت و سرعت بالا دارند، مانند مونتاژ قطعات الکترونیکی، کاربرد دارند.
3. تحلیل سینماتیک و دینامیک

تحلیل سینماتیک برای تعیین موقعیت و جهت بازو در فضای کاری انجام می‌شود:

  • سینماتیک مستقیم: محاسبه موقعیت نهایی بازو با استفاده از پارامترهای مفاصل.
  • سینماتیک معکوس: تعیین زوایای مفاصل برای رسیدن به یک موقعیت مشخص.

علاوه بر سینماتیک، تحلیل دینامیکی نیز اهمیت دارد که شامل بررسی نیروها و گشتاورهای لازم برای حرکت بازو است. این تحلیل برای انتخاب موتورهای مناسب و بهینه‌سازی مصرف انرژی ضروری است.

4. طراحی کنترلر حرکت

برای کنترل دقیق بازو از الگوریتم‌های مختلف مانند کنترل PID، کنترل تطبیقی و کنترل پیش‌بین مدل (MPC) استفاده می‌شود. کنترل PID یکی از رایج‌ترین روش‌های کنترلی است که باعث پایداری و دقت حرکت بازو می‌شود. این کنترل‌کننده سه جزء دارد:

  • تناسبی (P): تنظیم میزان پاسخ سیستم بر اساس خطای لحظه‌ای.
  • انتگرالی (I): کاهش خطای پایدار در طول زمان.
  • مشتقی (D): جلوگیری از نوسانات شدید در پاسخ سیستم.
5. انتخاب سنسورها و عملگرها

در بازوهای رباتیک از انواع سنسورها و عملگرها برای کنترل دقیق استفاده می‌شود:

  • سنسورهای موقعیت (مانند انکدرها و پتانسیومترها) برای تعیین زاویه مفاصل.
  • سنسورهای نیرو و گشتاور برای اعمال نیروهای کنترل‌شده.
  • بینایی ماشین برای تشخیص اشیا و محیط اطراف.
  • موتورهای سروو و استپر برای ایجاد حرکت دقیق.
6. پیاده‌سازی و ساخت

در این مرحله، قطعات مکانیکی ساخته شده و با استفاده از سنسورها و عملگرها به هم متصل می‌شوند. انتخاب مواد مناسب مانند آلومینیوم سبک، فیبر کربن و پلیمرهای صنعتی و استفاده از تکنولوژی‌های جدید مانند چاپ سه‌بعدی می‌تواند تأثیر زیادی در کیفیت نهایی داشته باشد. همچنین، برنامه‌نویسی سیستم کنترلی با استفاده از پلتفرم‌هایی مانند ROS و   visual studio و...  انجام می‌شود.

نتیجه گیری

طراحی بازوهای ربات صنعتی و همچنین ساخت آن نیازمند ترکیبی از دانش مهندسی و مهارت‌های عملی است. از انتخاب مکانیزم مناسب تا پیاده‌سازی الگوریتم‌های کنترلی، هر مرحله تأثیر مستقیمی بر عملکرد نهایی دارد. با رعایت نکات فنی و استفاده از روش‌های بهینه‌سازی سئو، می‌توان محتوای باکیفیتی ارائه داد که هم برای متخصصان مفید باشد و هم در نتایج جستجو رتبه بالاتری کسب کند.

در صورت سفارش جهت ساخت بازوی ربات اینجا کلیک کنید

کاربرد هوش مصنوعی در طراحی و ساخت بازوهای رباتیک صنعتی

توسط با بدون دیدگاه دسته‌بندی نشده

کاربرد هوش مصنوعی در طراحی و ساخت بازوهای رباتیک صنعتی

مقدمه

هوش مصنوعی (AI) در دهه‌های اخیر تحولی بزرگ در صنایع مختلف ایجاد کرده است. یکی از حوزه‌های مهم که از این فناوری بهره می‌برد، طراحی و ساخت بازوهای رباتیک صنعتی است. این بازوها که نقش کلیدی در خودکارسازی خطوط تولید دارند، با استفاده از هوش مصنوعی بهینه‌تر، دقیق‌تر و کارآمدتر شده‌اند. استفاده از یادگیری ماشین و الگوریتم‌های پیشرفته در کنار تحلیل داده‌ها، فرآیند طراحی و ساخت را تسهیل کرده و منجر به تولید ربات‌هایی هوشمندتر و انعطاف‌پذیرتر شده است.

بهینه‌سازی طراحی بازوهای رباتیک با هوش مصنوعی
1. شبیه‌سازی و تحلیل داده‌ها

هوش مصنوعی امکان تحلیل داده‌های مربوط به عملکرد بازوهای رباتیک را فراهم می‌کند. با شبیه‌سازی شرایط کاری مختلف، می‌توان طراحی بهتری ارائه داد. این شبیه‌سازی‌ها به کاهش هزینه‌های تولید و بهبود کیفیت محصولات نهایی کمک می‌کنند.

2. طراحی بهینه قطعات

با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، می‌توان طراحی قطعات بازوهای رباتیک را بهینه کرده و وزن، استحکام و بهره‌وری انرژی را افزایش داد. این فرآیند با کاهش وزن کلی بازوهای رباتیک، مصرف انرژی را کاهش داده و سرعت عملکرد آنها را بهبود می‌بخشد.

3. بهبود کنترل حرکت

شبکه‌های عصبی مصنوعی امکان پیش‌بینی و اصلاح مسیرهای حرکتی را فراهم می‌کنند، که باعث کاهش خطاها و افزایش دقت در حرکات بازوهای رباتیک می‌شود. این ویژگی به ویژه در صنایعی مانند خودروسازی و الکترونیک که نیاز به دقت بالا دارند، بسیار مفید است.

4. طراحی خودمختار

با پیشرفت هوش مصنوعی، بازوهای رباتیک می‌توانند به طور مستقل راهکارهای جدیدی برای حل مشکلات مختلف در محیط‌های صنعتی ارائه دهند. این توانایی موجب کاهش نیاز به دخالت انسان و افزایش بهره‌وری می‌شود.

5. یکپارچه‌سازی سیستم‌های یادگیری عمیق

استفاده از یادگیری عمیق در تحلیل داده‌های عملکردی، امکان بهینه‌سازی مستمر عملکرد بازوهای رباتیک را فراهم کرده و میزان خطا را کاهش می‌دهد.

کاربرد هوش مصنوعی در ساخت و تولید
1. اتوماسیون فرآیند تولید

با استفاده از یادگیری ماشین، ماشین‌آلات قادرند بهترین روش‌های ساخت را انتخاب کرده و خطاهای تولید را کاهش دهند. این امر منجر به افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود.

2. کنترل کیفیت خودکار

سیستم‌های بینایی ماشین مجهز به هوش مصنوعی، قابلیت شناسایی نقص‌ها را با دقت بالا دارند و کیفیت محصولات نهایی را تضمین می‌کنند. استفاده از این سیستم‌ها، نیاز به نیروی انسانی برای نظارت بر کیفیت را کاهش داده و دقت را افزایش می‌دهد.

3. تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده

با جمع‌آوری داده‌های عملکردی، سیستم‌های هوشمند قادر به پیش‌بینی خرابی‌های احتمالی و زمان مناسب برای تعمیرات هستند. این قابلیت از توقف‌های ناگهانی خطوط تولید جلوگیری کرده و بهره‌وری را افزایش می‌دهد.

چالش‌های هوش مصنوعی در رباتیک صنعتی
• نیاز به پردازش حجم بالای داده‌ها

اجرای الگوریتم‌های هوش مصنوعی نیازمند سیستم‌های پردازشی قدرتمند و داده‌های گسترده است.

• هزینه‌های بالای پیاده‌سازی

خرید و نگهداری تجهیزات مجهز به هوش مصنوعی هزینه‌بر است و نیاز به سرمایه‌گذاری بلندمدت دارد.

• وابستگی به نیروی کار متخصص

پیاده‌سازی و نگهداری سیستم‌های هوش مصنوعی نیازمند افراد متخصص در زمینه رباتیک و یادگیری ماشین است.

• چالش‌های ایمنی و امنیت سایبری

پیاده‌سازی هوش مصنوعی در بازوهای رباتیک مستلزم امنیت بالا برای جلوگیری از حملات سایبری و اختلالات غیرمنتظره است.

آینده هوش مصنوعی در صنعت رباتیک

در آینده با توسعه الگوریتم‌های پیشرفته‌تر و کاهش هزینه‌های فناوری، استفاده از هوش مصنوعی در بازوهای رباتیک صنعتی گسترده‌تر خواهد شد. نوآوری‌هایی مانند یادگیری تقویتی و ربات‌های خودآموز می‌توانند این فناوری را به سطح جدیدی از هوشمندی و تطبیق‌پذیری برسانند. همچنین، ترکیب هوش مصنوعی با فناوری‌های جدید مانند محاسبات کوانتومی می‌تواند بازوهای رباتیک را به سطوحی از دقت و عملکرد بی‌سابقه برساند.

نتیجه‌گیری

هوش مصنوعی نقش اساسی در بهبود طراحی و ساخت بازوهای رباتیک صنعتی ایفا می‌کند. از بهینه‌سازی طراحی گرفته تا کنترل کیفیت و تعمیرات پیشگیرانه، این فناوری صنعت را متحول کرده است. در آینده، با پیشرفت‌های بیشتر در الگوریتم‌های یادگیری ماشین و توسعه سخت‌افزارهای پیشرفته، بازوهای رباتیک صنعتی به سطوح بالاتری از هوشمندی و کارایی خواهند رسید. بهره‌گیری از هوش مصنوعی نه‌تنها موجب افزایش بهره‌وری در تولید می‌شود، بلکه هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده و انعطاف‌پذیری در خطوط تولید را افزایش می‌دهد. در نهایت، توسعه مداوم این فناوری‌ها، به ظهور کارخانه‌های هوشمند و صنعتی پیشرفته‌تر منجر خواهد شد.
جهت سفارش بازوی ربات و اشنایی با محصولات شرکت دانش بنیان اسپاد اینجا کلیک نمایید.