مدلسازی و تحلیل بازوی رباتیک جهت استفاده در آبکاری قطعات

فهرست مطالب

فصلاول :مقدمهوهدف. 2

1-1مقدمه. 3

1-2اهدافتحقیق. 5

فصلدوم: بررسیمنابعوپیشینههایتحقیق. 6

2-1ربات. 7

2-2 علمرباتیکازسهشاخهاصلیتشکیلشدهاست. 8

2-3 تاریخچهرباتها… 8

2-4 مزایایرباتها. 11

2-5معایبرباتها. 11

2-6دستهبندیرباتهارباتهادرسطوحمختلفدوخاصیتمشخصرادارامیباشند   11

2-7تجزیهوتحلیلاستاتیکیرباتها. 11

2-8تجزیهوتحلیلدینامیکیرباتها. 12

2-8-1دینامیکلاگرانژی……………………………………………………………………………………12

2-9پیدایشرباتها. 12

2-10تعریفرباتدرجوامعمختلف. 13

2-11انواعرباتها. 15

2-11-1انواعرباتهایمتحرک…………………………………………………………………………..15

2-11-2 رباتهمکاریااجتماعی………………..………………………………………………………..16

2-11-3………………………………………………………………………. نانوباتها……………….………………………………………………………………………….16

2-12طبقهبندیرباتها………………………………………………………………………………………….. 17

2-12-1طبقهبندیرباتهاازنقطهنظرکاربرد………………………………………….…………………17

2-13مؤلفههاییکربات…………………………………………………………………………………….. 18

2-13-1 بازویمکانیکیماهر………………………………………………..…………………………….18

2-13-2…………………………………………………………………………… سنسورها……………………………………………..……………………………………………18

2-14حرارتمحیط (Ambient Temperature) Ta. …………………………………………………22

2-14-1نحوهنصبسنسورهایالقائی……………………………..………….Flush22

2-14-2نحوهنصبسنسورهایالقائی………………………………..…Non-Flush22

2-14-3نحوهنصبسنسورهایالقائیدرمقابلهم…………………………………………………….22

2-15کنترلر…………………………………………………………………………………………………….. 23

2-16تقسیمبندیکنترلرهایرباتها………………………………………………………………………… 23

2-17                                                                                              واحدتبدیلتوانربات…………………………………………………………………………………. 24

2-18 ویژگیهایموتورربات………………………………………………………………………………… 24

2-19دستهبندیکلیموتورها………………………………………………………………………………… 25

2-20موتورهایDC.. …………………………………………………………………………………………..25

2-21موتورهایAC.. …………………………………………………………………………………………..25

2-22موتورپلهای……………………………………………………………………………………………… 25

2-23محرکمفاصل…………………………………………………………………………………………… 26

2-24مکانیکرباتها………………………………………………………………………………………… 26

2-25الکترونیک………………………………………………………………………………………………… 26

2-26برنامهنویسی……………………………………………………………………………………………… 27

2-27کارگاهسلامت……………………………………………………………………………………………. 27

2-28تاثیرتغييراتتكنولوژيكيبررفتاراپراتورها………………………………………………………….. 28

2-29شرایطکاریدرکارگاههایآبکاری…………………………………………………………………… 29

2-30مديريتمنابعانسانـي……………………………………………………………………………………. 31

2-31 مزایایاستفادهازرباتدرصنعت……………………………………………………………………… 33

2-32کاهشزمانحجمانبارهاوتسهیلدرجریانگردشکار……………………………………………. 34

2-33بهبودکیفیتوافزایشمیزانفروشقطعاتپسازفرآیندآبکاری…………………………………. 35

2-34کاهشهزینههایمربوطبهضایعاتودوبارهکاری…………………………………………………. 35

2-35کاهشحوادثناشیازکاروافزایشایمنیدرآن…………………………………………………… 35

2-36کاهشهزینههایناشیازتغییرخطتولید……………………………………………………………. 35

2-37تجزیهوتحلیلاقتصادیاستفادهازرباتدرفرایندتولید…………………………………………… 36

2-38 مدتزمانبازگشتسرمایه (The Payback Period)………………………………………….. 37

2-39تجزیهوتحلیلنیروهاوممانها…………………………………………………………………………. 37

2-39-1تعادلنیروهاوممانها……………………………..……………………………………………..37

2-40گشتاورمعادلمفاصل……………………………………………………………………………………. 39

2-40-1رابطهنیروینقطهانتهاییوگشتاورهایمفاصل…………………………..…………………..40

2-41تبدیلاتنیروهاوممانها…………………………………………………………………………………. 40

2-42سختی……………………………………………………………………………………………………… 42

2-43تجزیهوتحلیلقابلقبولنقطهانتهایی…………………………………………………………………. 42

2-44ماتریسژاکوبین………………………………………………………………………………………….. 44

2-44-1روشاولمحاسبهماتریسژاکوبین. 44

2-44-2روشدوممحاسبهماتریسژاکوبین.. ..47

2-45مروریبرتحقیقاتانجامشده………………………..……………………………………………………48

فصلسوم: موادوروشها………………………………………………………………………………………… 52

3-1اصولطراحیبازویروباتبادودرجهآزادی……………………………………………………….. 53

3-1-1روشنیوتن–اویلردرطراحیروباتبادودرجهآزادی……………..……………………….54

3-2شکلبستهمعادلاتنیوتن–اویلر……………………………………………………………………….. 62

3-3حلمعادلاتروباتبادودرجهآزادیبهروشسینماتیکی…………………………………………. 63

3-4مدلسازیریاضیموقعیتپنجهیرباتبادودرجهآزادیبانرمافزارMatlab. ……………………65

3-5شرحآزمایش……………………………………………………………………………………………….. 67

3-5-1مدلحرکتیکنترل……………………..……………………………………………………………67

3-6مدلسازینرمافزاری………………………………………………………………………………………. 73

3-6-1چهارچوب………………………………..…………………………………………………………..73

3-6-2ریلاصلی………………………………….………………………………………………………..74

3-6-3جعبهدندهوموتور…………………………………………………………………………………75

3-6-4مکانیزمموتورانتقالبازوA………………………………………………………………………………………75

3-6-5بازویرباتA (Robot Arm)………………………………………………………………..76

3-6-6بازویرباتB(Robot Arm)…………………………………………………………………76

3-6-7 پنجه(Gripper)………………………………………………………………………………….77

3-6-8مکانیزمتوزیعکنندهینیرو………………………………………………………………………78

3-7تحلیلنرمافزارآباکوس……………………………………………………………………………………78

3-7-1ماژولpart……………………………………………………………………………………………………………78

3-7-2ماژولProperty…………………………………………………………………………………………………….79

3-7-3ماژولAssambely……………………………………………………………………………………………….80

3-7-4ماژولStep……………………………………………………………………………………………………………80

3-7-5ماژولLoad………………………………………………………………………………………………………….81

3-7-6ماژولMesh…………………………………………………………………………………………………………81

3-7-7ماژولJob…………………………………………………………………………………………………………….82

3-8مقایسهیهدایتگرربات………………………………………………………………………………….. 83

3-9مکانیزمعملگرمورداستفادهدرتحلیل………………………………………………………………….. 83

3-10طراحیآزمایش…………………………………………………………………………………………… 86

فصلچهارم: بحثونتایج………………………………………………………………………………………. 90

4-1گشتاوربرحسبزاویهمفصل……………………………………………………………………………. 92

4-2زاویهوسرعتزاویهایمفصل 1………………………………………………………………………… 93

4-3زاویهوسرعتزاویهایمفصل 2………………………………………………………………………… 94

4-4گشتاورمفاصل 1و2………………………………………………………………………………………. 96

4-5 هدایتگربامکانیزماسلایدر…………………………………………………………………………….. 97

4-6تنشایجادشدهدرمفاصل……………………………………………………………………………….. 99

فصلپنجم: نتیجهگیریوپیشنهادات……………………………………………………………………….. 102

5-1نتیجهگیری……………………………………………………………………………………………… 103

5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………… 103

منابع……………………………………………………………………………………………………………..   104

فهرست اشکال

شکل2-1نمونه اي از ربات آبکار ستونی…………………………………………………………………………….14

شکل 2-2 نیروها و ممانهای وارد بر لینک………………………………………………………………………….37

شکل 2-3 نیروها و ممانهای اعمال شده به وسیله لینک پایه و محیط……………………………………..38

شکل 2-4 نیروی کوپل و نیروی مفصل در یک مفصل منشوری……………………………………………39

شکل2-5 تغییر مکانهای بسیار کوچک پنجه که به وسیله مفاصل مجزا تولید شده است……………44

شکل 2-6 نمودار گشتاور پاسخ داده شده و مورد انتظار……………………………………………………… 48

شکل 2-7 نمایی کلی از ربات و نوع قرارگیری محل آن بروی ماکت انسانی…………………………. 49

شکل2 -8 نمایی از منطقه قرارگیری نازل ربات و دردهای منطقه ایی ایجاد شده در بدن بیمار…..49

شکل2 -9 نمودار موقعیت تعیین شده برای قرارگیری بازوی ربات………………………………………..50

شکل2 – 10 نمودار نتایج شبیه سازی شده ی سینماتیک معکوس………………………………………… 51

شکل 3- 1شکل یک لینکn با توجه به دستگاه مختصاتی پایه………………………………………………54

شکل  3-2  نیروها و گشتاورهای اعمالی در یک لینک از روبات……………………………………………56

شکل 3-3 یک روبات با دو درجه آزادی…………………………………………………………………………….58

شکل3 -4  دو راه حل موقعیت پنجه………………………………………………………………………………….67

شکل 3-5 : نمایی از بازوها با دو درجه ی آزادی (DOF2) ……………………………………………….68

شکل3 – 6 نمای چهارچوب ربات…………………………………………………………………………………….74

شکل 3-7  نمایی از ریل اصلی………………………………………………………………………………………….74

شکل3- 8 نمایی از جعبه دنده و موتور………………………………………………………………………………75

شکل 3-9 نمایی از چرخدنده محرک و متحرک با زویA………………………………………………….76

شکل3 -10  نمایی از بازویA………………………………………………………………………………………..76

شکل 3-11 نمایی از بازوی B…………………………………………………………………………………………77

شکل 3-12 نمایی از پنجه گیرنده قطعه……………………………………………………………………………..77

شکل 3-13 مکانیزم توزیع کننده ی نیرو،اسلایدر……………………………………………………………….78

شکل3 -14  نمایی از ماژول part……………………………………………………………………………………79

شکل3 -15 نمایی از ماژول property……………………………………………………………………………79

شکل3 -16 نمایی از ماژول Assambely……………………………………………………………………….80

شکل 3- 17نمایی از ماژول Step……………………………………………………………………………………80

شکل 3-18نمایی از ماژول load……………………………………………………………………………………. 81

شکل 3- 19 نمایی از ماژولmesh…………………………………………………………………………………..82

شکل3 -20  نمایی از ماژول Job…………………………………………………………………………………….82

شکل 3-21 نمایی از مکانیزم توزیع کننده نیرو و اسلایدر…………………………………………………… 84

شکل 3-22  نمایی از یک ربات مین یاب با استفاده از موتورDM………………………………………. 85

شکل4 -1 نمودار گشتاور برحسب زاویه مفصل………………………………………………………………….93

شکل4 -2  نمودار زاویه مفصل 1 …………………………………………………………………………………….94

شکل 4-3 نمودار سرعت مفصل 1 …………………………………………………………………………………..94

شکل4 – 4  نمودار زاویه مفصل 2 …………………………………………………………………………………..95

شکل4 – 5  نمودار سرعت مفصل 2 ……………………………………………………………………………….95

شکل 4-6  نمودار گشتاور مفصل 1 ………………………………………………………………………………..96

شکل 4-7  نمودار گشتاور مفصل 2 ………………………………………………………………………………..97

شکل4 -8  نمایی از هدایتگرهای ربات بدون مکانیزم اسلایدر و با مکانیزم اسلایدر………………97

شکل 4-9 نمودار انرژی بدون استفاده از مکانیزم اسلایدر…………………………………………………..98

شکل 4-10  نمودار انرژی با استفاده از مکانیزم اسلایدر…………………………………………………….99

شکل 4-11نمودار تنش ایجاد شده در مفصل 1………………………………………………………………..100

شکل 4-12 نمودار تنش ایجاد شده در مفصل 2………………………………………………………………101

فهرست جداول

جدول 3-1 نقاط مشخص شده ی مسیر در فضای دکارتی …………………………………………………88