روباتیک و بازوهای مکانیکی

روباتیک (یا روبوتیک) دانش و فناوری وابسته به ابزارهای مکانیکی کنترل شونده به ‌وسیله رایانه است. برای نمونه ماشین‌های خودکار روباتیک عمومآ در خطوط مونتاژ خودروها مشاهده می‌‌گردند.
برخلاف تصور افسانه‌ای عمومی از رباتها به عنوان ماشینهای سیار انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای روباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه‌ها بسته شده‌اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابلیت انعطاف، ولی محدودی را انجام می‌‌دهند. چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردها و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، می‌‌باشد. علاوه براین، ممکن است حسگرها و تجهیزات جانبی داشته باشند. بعضی از رباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده‌ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام می‌‌دهند. سایر سیستم‌های پیچیده تر که بطور هم‌زمان چند کار انجام می‌‌دهند، از دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند. حسگرهای یک ربات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد.، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد. بعضی از رباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می‌‌توانند اجزا بسیار کوچک را در جای مناسب قرار دهند. ساده‌ترین شکل رباتهای سیار، برای رساندن نامه در ساختمانهای اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسیر یک کابل قرار گرفته در زیر خاک یا یک مسیر رنگ شده که هرگاه حسگرهایشان در مسیر، یا فردی را پیدا کنند متوقف می‌‌شوند. رباتهای بسیار پیچیده تر در محیط‌های نامعین تر مانند معادن استفاده می‌شود.
روباتها همانند کامپیوترها قابلیت برنامه ریزی دارند. بسته به نوع برنامه‌ای که شما به آنها می‌‌دهید، کارها وحرکات مختلفی را انجام می‌‌دهند. رشته دانشگاهی نیز تحت عنوان روباتیک وجود دارد، که به مسایلی از قبیل حسگرها، مدارات، بازخوردها، پردازش اطلاعات و بسط و توسعه روباتها می‌‌پردازد.

حسگرها :
بیشتر حسگرها الکتریکی یا الکترونیکی هستند.البته انواع دیگری نیز موجود است. در واقع حسگرها گونه ای مبدل هستند. بعضی از حسگرها به تنهایی قابل استفاده اند و برای قرائت آنهااحتیاجی به وسایل جانبی دیگری نیست ،مانند دماسنج جیوه ای.دسته ی دیگر برای استفاده باید با وسایل دیگری همراه باشند مثل ترموکوپل. پیشرفت فنی باعث شده تا انواع مختلف و گوناگونی از حسگرها با تکنولوژی MEMS تولید شود. در اکثر موارد این کار باعث بدست آمدن حساسیت بالا شده است.

روباتها انواع مختلفی دارند از قبیل روباتهای شمشیرباز، دنبال کننده خط، کشتی گیر، فوتبالیست، و روباتهای خیلی ریز تحت عنوان ریز-روباتها، روباتهای پرنده وغیره نیز وجود دارند. روباتها برای انجام کارهای سخت ودشواری که بعضی مواقع انسان‌ها از انجام آنها عاجز یا انجام آنها برای انسان خطرناک هستند، مثل روباتهایی که در نیروگاه‌های هسته‌ای وجود دارند استفاده می‌‌شوند.
کاری که روباتها انجام می‌دهند، توسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل‌گرها کنترل می‌شود. با تسلط در برنامه نویسی این دو می‌‌توانید دقیقا همان کاری را که انتظار دارید توسط روبات انجام دهید.
روباتهایی انسان‌نما نیز ساخته شده اند. آنها قادرند اعمالی شبیه انسان را انجام دهند. حتی بعضی از آنها همانند انسان دارای احساسات نیز هستند.بعضی از آنها شکلهای خیلی ساده‌ای دارند.آنها دارای چرخ یا بازویی هستند که توسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل‌گرها کنترل می‌‌شوند. در واقع ریزکنترل‌گر و ریزپردازنده به مانند مغز انسان در روبات کار می‌‌کند. برخی از روباتها مانند انسان‌ها وجانوران خون گرم در برخورد و رویارویی با حوادث ومسایل مختلف به صورت هوشمند از خود واکنش نشان می‌‌دهند. یک نمونه از این روباتها روبات مامور است.
برخی روباتها نیز یک سری کارها را به صورت تکراری با سرعت و دقت بالا انجام می‌‌دهند. مثل روبات‌هایی که در کارخانه‌های خودرو سازی استفاده می‌‌شوند. این گونه روبات کارهایی از قبیل جوش دادن بدنه ماشین و رنگ کردن ماشین را با دقتی بالاتر از انسان بدون خستگی و وقفه انجام می‌‌دهند.

ویژگیهای یک روبات :
یک روبات دارای سه مشخصه زیر است:
• دارای حرکت وپویایی است.
• قابلیت برنامه ریزی جهت انجام کارهای مختلف را دارد.
• بعد از اینکه برنامه ریزی شد، قابلیت انجام وظایفش را به صورت خودکار دارد.
ممکن است روزی فرا برسد که روباتها جای انسان‌ها را در انجام کارها بگیرند. حتی بعضی از آنها ممکن است به صورت محافظ شخصی از جان انسان‌ها در مقابل خطرات احتمالی حفاظت کنند.

اندام‌شناسی روبات‌های انسان‌نما :
در سال ۱۹۵۰ دانشمندان تصمیم گرفتند کلی از رباتهای دو پا را درست کنند که از لحاظ فیزیکی شبیه انسان باشند. این گونه روباتها متشکل از دو بازو و دو پا هستند که دستها و پاها به صورت متقارن و شبیه بدن انسان در سمت راست و چپ ربات قرار گرفته اند. برای انجام چنین کاری آنها می‌‌بایست در ابتدا آناتومی بدن خود را می‌‌شناختند. آنها معتقد بودند که انسان‌ها طی میلیونها سال تکامل یافته اند، تا اینکه امروزه قادرند انواع مختلفی از کارها را انجام دهند. اگر از مردم راجع به روباتهای شبیه انسان سوال کنید.آنها در اولین وهله به یاد فیلم پلیس آهنی می‌‌افتند.

حرکت در روبات :
هنگامیکه شما راجع به مطلبی فکر می‌‌کنید و برای آن دنبال پاسخ می‌‌گردید می‌توانید جواب خود را در طبیعت بگیرید. به حیواناتی که اطراف ما هستند  و مانند ما می‌‌توانند در چهار جهت حرکت کنند دقت کنید. به طور مثال به حرکت فیل توجه کنید. مفاصلی که در پاها وجود دارند سبب حرکت پاها به سمت عقب، جلو، چپ و راست می‌‌شوند. هنگامی که این حیوان حرکت می‌‌کند وزن خود را بر روی پاهایش تقسیم می‌کند. بنابراین این امکان را دارد که تعادلش را حفظ کند و بر روی زمین نیافتد. در روباتها نیز همین مسئله وجود دارد اگر یکی از پاهای آن در هوا قرار بگیرد روبات متوقف می‌شود و این امکان وجود دارد بر روی زمین بیافتد. به حرکت مورچه‌ها دقت کنید. این موجود ۶ پا دارد. در هنگام حرکت به سمت جلو سه پایش را به سمت جلو وسه پای دیگرش را در همان موقعیت به سمت عقب فشار می‌دهد. دو پا از یک طرف و یک پا از طرف دیگرهمواره کار مشترکی را انجام می‌‌دهند واین کار سبب حرکت مورچه به سمت جلو می‌شود. حشرات بدلیل داشتن پاهای بیشتر وفرم پاها راحتر از حیوانات چهار پا می‌‌توانند تعادل خود را در حرکت حفظ کنند. به همین دلیل رباتهای شبیه حشرات بیشتر از روباتهایی شبیه سگ و گربه ساخته شده اند. برای ساخت روبات های انسان نما تعادل شرط مهمی است.
اما بدون شک مهمترین کاربرد علم رباتیک در حال حاضر در سطح جهان، بازوهای مکانیکی مورد استفاده در صنایع مختلف می باشند.

بازوهای مکانیکی
بازوهای مکانیکی ماهر (Manipulator) از رابط‌های صلبی تشکیل می‌شوند که به وسیلهٔ مفصل‌هایی که حرکت نسبی رابط‌های مجاور را ممکن می‌سازند، به یکدیگر اتصال یافته‌اند. بازوهای مکانیکی توانایی انجام عملیات از پیش برنامه‌ریزی شدهٔ متنوعی را در صتایع مختلف دارند. بازوهای مکانیکی ماهر در طی سال‌های اخیر به شکل قابل ملاحظه‌ای تکمیل یافته و پیشرفت کرده‌اند. کارکردن با آن‌ها و نیز تعمیر و نگهداری‌شان آسان‌تر شده و ارتباط متناسب و بهینه‌ای میان توان٬ کنترل‌پذیری و مهارت آن‌ها ایجاد گشته‌است.
کاربردهای بازوهای مکانیکی ماهر :
در انتهای زنجیره رابط‌های تشکیل دهنده بازوی مکانیکی مجری نهایی وجود دارد که بر حسب کاربردی که از ربات انتظار می‌رود می‌تواند گیره یا چنگک یا ابزارهای دیگری از جمله لوازم برشکاری، جوشکاری و نظیر آن باشد. از این لحاظ بازوهای مکانیکی ماهر متنوعی وجود دارند که گونه‌های وسیعی و متفاوتی از کاربردهای صنعتی و نیز تحقیاتی را را پوشش می‌دهند. این کاربردها شامل انجام فعالیت‌های متنوع مونتاژ، برشکاری و جوشکاری در خطوط تولید تا انجام عملیات متنوع زیرآبی – نظیر نصب در ربات زیرآبی - مانند گرفتن و دنبال‌کردن کابل یا سیم، و یا محبوس کردن اجسام یا نمونه‌های پیچیده‌ای چون برقراریِ اتصال‌های خطوط الکتریکی یا هیدرولیکی هستند.
ملاحظات طراحی و ساخت :
در انتخاب بازوهای مکانیکی آن چه اهمیت دارد این است که ساده‌ترین نمونهٔ ممکن که بتواند وظیفه محوله را در زمان مطلوب انجام دهد، گزینش گردد. پیچیدگی طراحی ربات در عین افزایش قابلیت‌های عملکرد می‌تواند مشکلاتی در کنترل، هدایت و نیز اطمینان و دقت دستگاه و نیز تعمیر و نگهداری آن ایجاد نماید. انتخاب و تکمیل مجموعه بازوهای مکانیکی ماهر امر پیچیده‌ای است و طراح ربات باید نکات فراوانی را لحاظ نماید. تعداد و انواع بازوهای مورد نیاز، محل قرارگیری، نوع کنترلر، محدودهٔ فضای عملکرد٬ حداکثر و حداقل نقطه دست‌رسی و نوع و ساختار کنترل بازوها توسط کاربر، از آن جملهٔ این موارد است.

برگرفته از Wikipedia