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.