آشنايي با مهندسي روباتيك

آشنايي با مهندسي روباتيك

آشنايي با مهندسي روباتيك
روبات چيست؟
روبات يك ماشين الكترومكانيكي هوشمند است با خصوصيات زير:
- مي توان آن را مكرراً برنامه ريزي كرد.- چند كاره است.
- كارآمد و مناسب براي محيط است.اجزاي يك روبات:
- وسايل مكانيكي و الكتريكي: شاسي، موتورها، منبع تغذيه، ...
- حسگرها (براي شناسايي محيط): دوربين ها، سنسورهاي sonar، سنسورهاي ultrasound، ...
- عملكردها (براي انجام اعمال لازم)بازوي روبات، چرخها، پاها، ...
- قسمت تصميم گيري (برنامه اي براي تعيين اعمال لازم): حركت در يك جهت خاص، دوري از موانع، برداشتن اجسام، ...
- قسمت كنترل (براي راه اندازي و بررسي حركات روبات): نيروها و گشتاورهاي موتورها براي سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، كنترل مسير، ..

تاريخچه روباتيك:
- 270 ق م : زماني كه يونانيان به ساخت مجسمه هاي متحرك ميپرداختند.
- حدود سال 1250 م: بيشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus) ضيافتي ترتيب داد كه درآن، ميزبانان آهني از مهمانان پذيرايي مي كردند. با ديدن اين روبات، سنت توماس آكويناس (Thomas Aquinas) برآشفته شد، ميزبان آهني را تكه تكه كرد و بيشاب را ساحر و جادوگر خواند.
- سال 1640 م: دكارت ماشين خودكاري به صورت يك خانم ساخت و آن را Ma fille Francine " مي ناميد.اين ماشين كه دكارت را در يك سفر دريايي همراهي مي كرد، توسط كاپيتان كشتي به آب پرتاب شد چرا كه وي تصور مي كرد اين موجود ساخته شيطان است.
- سال 1738 م: ژاك دواكانسن (Jacques de Vaucanson) يك اردك مكانيكي ساخت كه از بيش از 4000 قطعه تشكيل شده بود. اين اردك مي توانست از خود صدا توليد كند، شنا كند، آب بنوشد، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع كند. امروزه در مورد محل نگهداري اين اردك اطلاعي در دست نيست.
- سال 1805 م: عروسكي توسط ميلاردت (Maillardet) ساخته شد كه مي توانست به زبان انگليسي و فرانسوي بنويسد و مناظري را نقاشي كند.- سال 1923 م: كارل چاپك (Karel Capek) براي اولين بار از كلمه روبات (robot) در نمايشنامه خود به عنوان آدم مصنوعي استفاده كرد. كلمه روبات از كلمه چك robota گرفته شده است كه به معني برده و كارگر مزدور است. موضوع نمايشنامه چاپك، كنترل انسانها توسط روباتها بود، ولي او هرگونه امكان جايگزيني انسان با روبات و يا اينكه روباتها از احساس برخوردار شوند، عاشق شوند، يا تنفر پيدا كنند را رد مي كرد.
- سال 1940 م: شركت وستينگهاوس (Westinghouse Co.) سگي به نام اسپاركو (Sparko) ساخت كه هم از قطعات مكانيكي و هم الكتريكي در ساخب آن استفاده شده بود. اين اولين باري بود كه از قطعات الكتريكي نيز همراه با قطعات مكانيكي استفاده مي شد.
- سال 1942 م: كلمه روباتيك (robatics) اولين بار توسط ايزاك آسيموف در يك داستان كوتاه ارائه شد. ايزاك آسيموف (1920-1992) نويسنده كتابهاي توصيفي درباره علوم و داستانهاي علمي تخيلي است.
- دهه 1950 م: تكنولوژي كامپيوتر پيشرفت كرد و صنعت كنترل متحول شد. سؤلاتي مطرح شدند. مثلاً: آيا كامپيوتر يك روبات غير متحرك است؟- سال 1954 م: عصر روبات ها با ارائه اولين روبات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد. امروزه، 90% روباتها، روباتهاي صنعتي هستند، يعني روباتهايي كه در كارخانه ها، آزمايشگاهها، انبارها، نيروگاهها، بيمارستانها، و بخشهاي مشابه به كارگرفته مي شوند.در سالهاي قبل، اكثر روباتهاي صنعتي در كارخانه هاي خودروسازي به كارگرفته مي شدند، ولي امروزه تنها حدود نيمي از روباتهاي موجود در دنيا در كارخانه هاي خودروسازي به كار گرفته مي شوند.مصارف روباتها در همه ابعاد زندگي انسان به سرعت در حال گسترش است تا كارهاي سخت و خطرناك را به جاي انسان انجام دهند.براي مثال امروزه براي بررسي وضعيت داخلي رآكتورها از روبات استفاده مي شود تا تشعشعات راديواكتيو به انسانها صدمه نزند.
- سال 1956 م: پس از توسعه فعاليتهاي تكنولوژي يك كه بعد از جنگ جهاني دوم، يك ملاقات تاريخي بين جورج سي.دوول(George C.Devol) مخترع و كارآفرين صاحب نام، و ژوزف اف.انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) كه يك مهندس با سابقه بود، صورت گرفت. در اين ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسيموف پرداختند. ايشان سپس به موفقيتهاي اساسي در توليد روباتها دست يافتند و با تأسيس شركتهاي تجاري، به توليد روبات مشغول شدند. انگلبرگر شركت Unimate برگرفته از Universal Automation را براي توليد روبات پايه گذاري كرد. نخستين روباتهاي اين شركت در كارخانه جنرال موتورز (General Motors) براي انجام كارهاي دشوار در خودروسازي به كار گرفته شد. انگلبرگر را "پدر روباتيك" ناميده اند.
- دهه 1960 م: روباتهاي صنعتي زيادي ساخته شدند. انجمن صنايع روباتيك اين تعريف را براي روبات صنعتي ارائه كرد:"روبات صنعتي يك وسيلة چند كاره و با قابليت برنامه ريزي چند باره است كه براي جابجايي قطعات، مواد، ابزارها يا وسايل خاص بوسيلة حركات برنامه ريزي شده، براي انجام كارهاي متنوع استفاده مي شود."
- سال 1962 م: شركت خودروسازي جنرال موتورز نخستين روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به كار گرفت.- سال 1967 م: رالف موزر (Ralph Moser) از شركت جنرال الكتريك (General Electeric) نخستين روبات چهارپا را اختراع كرد.
- سال 1983 م: شركت Odetics يك روبات شش پا ارائه كرد كه مي توانست از موانع عبور كند و بارهاي سنگيني را نيز با خود حمل كند.
- سال 1985 م: نخستين روباتي كه به تنهايي توانايي راه رفتن داشت در دانشگاه ايالتي اهايو (Ohio State Uneversity) ساخته شد.
- سال 1996 م: شركت ژاپني هندا (Honda) نخستين روبات انسان نما را ارائه كرد كه با دو دست و دو پا طوري طراحي شده بود كه مي توانست راه برود، از پله بالا برود، روي صندلي بنشيند و بلند شود و بارهايي به وزن 5 كيلوگرم را حمل كند روباتها روز به روز هوشمندتر مي شوند تا هرچه بيشتر در كارهاي سخت و پر خطر به ياري انسانها بيايند. قانون روباتيك مطرح شده توسط آسيموف:
1- روبات ها نبايد هيچگاه به انسانها صدمه بزنند.2- روباتهابايد دستورات انسانها را بدون سرپيجي از قانون اوّل اجرا كنند.
3- روباتها بايد بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت كنند. انواع ربات ها : رباتهاي امروزي كه شامل قطعات الكترونيكي و مكانيكي هستند در ابتدا به صورت بازوهاي مكانيكي براي جابجايي قطعات و يا كارهاي ساده و تكراري كه موجب خستگي و عدم تمركز كارگر و افت بازده ميشد بوجود آمدند. اينگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضاي كاملا كنترل شده در كارخانه نصب ميشوند و به غير از وظيفه اي كه به خاطر آن طراحي شده اند قادر به انجام كار ديگري نيستند. اين وظيفه ميتواند در حد بسته بندي توليدات, كنترل كيفيت و جدا كردن توليدات بي كيفيت, و يا كارهاي پيچيده تري همچون جوشكاري و رنگزني با دقت بالا باشد.نوع ديگر رباتها كه امروزه مورد توجه بيشتري است رباتهاي متحرك هستند كه مانند رباتهاي جابجا كننده در محيط ثابت و شرايط كنترل شده كار نميكنند. بلكه همانند موجودات زنده در دنياي واقعي و با شرايط واقعي زندگي ميكنند و سير اتفاقاتي كه ربات بايد با انها روبرو شود از قبل مشخص نيست. در اين نوع ربات هاست كه تكنيك هاي هوش مصنوعي ميبايست در كنترلر ربات(مغز ربات) به كار گرفته شود.رباتهاي متحرك به دسته هاي زير تقسيم بندي ميشوند:1-رباتهاي چرخ داربا انواع چرخ عادي و يا شني تانكو با پيكربندي هاي مختلف يك, دو يا چند قسمتي2-رباتهاي پادار مثل سگ اسباب بازيAIBO ساخت سوني كه در شكل بالا نشان داده شد يا ربات ASIMO ساخت شركت هوندا3-رباتهاي پرنده
4-رباتهاي چند گانه(هايبريد) كه تركيبي از رباتهاي بالا يا تركيب با جابجاگرها هستندو ...مزاياي روباتها
:1- روباتيك و اتوماسيون در بسياري از موارد مي توانند ايمني، ميزان توليد، بهره و كيفيت محصولات را افزايش دهند.2- روباتها مي توانند در موقعيت هاي خطرناك كار كنند و با اين كار جان هزاران انسان را نجات دهند.
3- روباتها به راحتي محيط اطراف خود توجه ندارند و نيازهاي انساني براي آنها مفهومي ندارد. روباتها هيچگاه خسته نمي شوند.
4- دقت روباتها خيلي بيشتر از انسانها است آنها در حد ميلي يا حتي ميكرو اينچ دقت دارند
.5- روباتها مي توانند در يك لحظه چند كار را با هم انجام دهند ولي انسانها در يك لحظه تنها يك كار انجام مي دهند. معايب روباتها
:1- روباتها در موقعيتهاي اضطراري توانايي پاسخگويي مناسب ندارند كه اين مطلب مي تواند بسيار خطرناك باشد
.2- روباتها هزينه بر هستند.3- قابليت هاي محدود دارند يعني فقط كاري كه براي آن ساخته شده اند را انجام مي دهند.

آشنایی با رشته ی مهندسی رباتیک

رشته مهندسی رباتیک در حقیقت باید تلفیقی از رشته های مهندسی برق گرایش های الکترونیک و کنترل و رشته ی مهندسی مکانیک گرایش جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار باشد ، که مناسب طراحی و ساخت هر رباتی باشد.
اما در واقعیت این گونه نیست . چون در 140 واحد کارشناسی در ایران نمی توان تمام درس های رشته های مذکور درس داده شود . بنابر این نمی توان از یک مهندس رباتیک انتظار داشت به تمامی رشته ها مسلط باشد و بتواند یک ربات را از طراحی پیچ ومهره تا کل ماشین و از طراحی مقاومت و آی سی تا کل مدارات را به تنهایی انجام دهد . اما واقعیت رشته ی مهندسی رباتیک در ایران چیست ؟
رشته مهندسی رباتیک در سال 1381 در مقطع کارشناسی توسط دانشگاه صنعتی شاهرود وارد ایران شد . چارت رشته مهندسی رباتیک ایران منطبق با چارت مهندسی رباتیک دانشگاه ویکتوریا در استرالیا می باشد . این رشته در واقعیت یکی از گرایش های مهندسی برق است که دانشجویان مقداری از دروس رشته مکانیک جامدات را نیز می خوانند . هدف این رشته الکترونیکی و هوشمند کردن ماشین مکانیکی است . در واقع این رشته برای ساخت یک ربات صنعتی که در صنایع و کارخانجات مورد استفاده قرار می گیرد به وجود آمده است و نه برای ساخت ربات های تفریحی وسرگرمی .

درس های تدریس شده به دانشجویان به شرح زیر است :

دروس عمومی 21 واحد

فارسی - زبان خارجه - اندیشه ی اسلامی 1 - اندیشه ی اسلامی 2 - انسان در اسلام - فلسفه ی اخلاق - اخلاق اسلامی - آیین زندگی - عرفان عملی اسلام - تفسیر موضوعی قرآن - تفسیر مضوعی نهج البلاغه - انقلاب اسلامی - قانون اساسی - اندیشه ی سیاسی امام - فرهنگ و تمدن اسلامی - تاریخ اسلام - تاریخ امامت - تربیت بدنی 1 - تربیت بدنی 2 - تنظیم جمعیت

دروس پایه 22 واحد

فیزیک 1 - فیزیک 2 - آزمایشگاه فیزیک 1 - آزمایشگاه فیزیک 2 - ریاضی 1 - ریاضی 2 - معادلات دیفرانسیل - برنامه نویسی - محاسبات عددی

دروس اصلی 61 واحد

نقشه کشی صنعتی - کارگاه ورق کاری و جوش کاری - کارگاه ماشین ابزار - کارگاه برق - زبان تخصصی - کارآموزی تابستان - الکترومغناطیس - ماشین های الکتریکی ac و dc - آزمایشگاه ماشین - مدار های الکتریکی 1 - آزمایشگاه مدار های الکتریکی - مدار های الکترونیکی - آزمایشگاه مدار های الکترونیکی - مدار های منطقی - آزمایشگاه مدار های منطقی - ریاضی مهندسی - تجزیه و تحلیل سیستم ها - کنترل خطی - آزمایشگاه کنترل خطی - استاتیک - دینامیک - دینامیک ماشین - مکانیک سیالات - مقاومت مصالح 1 - مقاومت مصالح 2 - آزمایشگاه مقاومت مصالح - طراحی اجزاء 1 - طراحی اجزاء 2 - پروژه

دروس تخصصی 22 واحد

رباتیک و اتوماسیون - سنسور های ربات - کنترل ربات - آزمایشگاه ربات - اصول میکروکامپیوترها - للکترو نیک قدرت و محرکه - ارتعاشات مکانیکی - طراحی مکانیزم

دروس اختیاری 20 واحد

مدار های الکتریکی 2 - اندازه گیری الکتریکی - مدار های واسطه - کنترل فازی - کنترل مدرن - شبکه های عصبی - سیستم های محرکه - یاتاقان و روغن کاری - علم مواد - آزمایشگاه ارتعاشات - طراحی ماشین با کامپیوتر



صنعت و رباتیک

امروزه کمتر کارخانه ای را می توان یافت که در آن از ربات استفاده نشود . بازو های رباتیکی که بدون استراحت قطعات و محصولات را از نقطه ای به نقطه ی دیگر جا به جا می کنند . ربات های جوشکار ربات های رنگرز ربات های بسته بند ربات های تراشکار ربات های چاپگر ربات های کنترل کیفیت ربات ها سوراخکار ربات های کنترل دما ربات های هشدار دهنده ی نشت گاز ربات های غربال سانتریفوژ های خودکار و ... همگی نمونه هایی از ربات ها در کارخانه ها هستند .
کارخانه ها برای افزایش سرعت و کیفیت و دقت و هزینه ی پایین تر به سمت رباتیکی کردن تمامی قسمت های کارخانه پیش می روند و در بعضی از قسمت ها که برای انسان خطرناک است مانند جوشکاری و رنگ پاشی و سموم شیمیایی و .... ناچار به استفاده از ربات می شوند .

زندگی امروز و رباتیک

اگر نگاهی به محیط زندگی خود بیاندازیم می بینیم ربات ها همه جا را فرا گرفته اند ام تا به حال به آن توجه نکرده ایم . آسانسور ها چراغ هلی راهنمایی رانندگی ماشین لباس شویی خودرو های شخصی رایانه ی رومیزی تابلو های نوشتاری متحرک برف روب ها ربات های جراح و ... همگی ربات هستند . و اگر دقیقتر ببینیم پدافند های موشکی هواپیما های بدون سرنشین ماهواره ها مریخ نورد ها ربات نیز ربات می باشند .

آینده ی رباتیک

ربات ها هر روز گسترده تر می شوند بزودی ربات های پرستار نظافتچی فوتبالیست آشپز مربی و ... به تولید انبوه می رسند قرار است تا سال 2050 دانشمندان تیم فوتبال رباتیک بسازند که با انسان ها بازی کنند و آن ها را شکست دهند . یک روز فرا می رسد که در هر خانه ای یک ربات انسان نما و همه کاره وجود داشته باشد و در صنایع و کشاورزی و ... دیگر به انسان نیاز نباشد و انسان در آن فقط تفریح و تولید علم کند .

رباتیک و ایران

رباتیک در ایران نوپا می باشد و تمامی ربات های مورد نیاز وارداتی می باشد و شرکت های فعال در این زمینه فقط وارد کننده و تعمیر کننده می باشند و متاسفانه هنوز تولید کننده نداریم . هر ساله مسابقات رباتیک بسیاری در ایران به منظور علاقه مند کردن دانجویان به کار در زمینه ی ربات برگذار می شود

وضعيت ادامه تحصيل در مقاطع بالاتر

اسم رشته ی مهندسی رباتیک در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی مکاترونیک می باشد و مسئولان دانشگاه قول داده اند به زودی رشته ی مهندسی رباتیک در کارشناسی ارشد را با چهار گرایش «کنترل ربات» و «بینایی ربات و پردازش تصویر» و «ساخت و تولید ربات» و «مکاترونیک ربات» ایجاد نمایند


بازار کار

هم اکنون تعداد زیادی از کارخانه ها برای هوشمند کردن و اتوماسیون خط تولید و تعدادی نیز برای راه اندازی تعمیر و نگهداری از ربات نیازمند نیروی کار هستند سازمان فضایی ، پژوهشکده ها ، سازمان انرژی اتمی ، شرکت نفت ، کارخانه های خودروسازی ، ارتش ، سپاه ، شرکت های وارد کننده و دانشگاه ها ، به دنبال استخدام مهندسین رباتیک می باشند