مکاترونیک چیست؟!

سلام دوستان

میخوام چند جلسه رو اختصاص بدم به مکاترونیک ، تضاد اون با روباتیک ، تکمیل کننده بودن کارهای هم و .... صحبت کنیم! هرکسی کتابی رو میشناسه بگه که بخونم و از توش مطالب تاپش رو در بیارم و واستون بنویسم!

این رو به این دلیل می نویسم که کسی رشته ی روباتیک رو با مکاترونیک اشتباه نگیره و بگه جفتشون یکیه!!!!

**********************

مکاترونیک (یا مهندسی مکانیک و الکــترونیک) تلفیق سه رشتهٔ مهندسی مکانیک، مهندسی الکترونیک و مهندسی کامپیوتر است. این رشته سعی بر آن دارد تا نگاهی یکپارچه به سیستم‌های تشکیل شده از اجزای مکانیکی - الکترونیکی - کنترلی و نرم‌افزار داشته باشد. واژهٔ مکاترونیک توجه شمارا به علم مکانیک و الکترونیک جلب می‌کند. اما هدف مکاترونیک ایجاد و استفاده از ارتباط داخلیِ میان‌رشته‌های مهندسی مرتبط با اتوماسیون و خودکارسازی است، تا یک نمایه از کنترلِ پیشرفته‏ را در سیستم‌های ترکیبی به خدمت بگیرد.

مهندسی مکاترونیک

- علم مهندسی مکاترونیک یک مجموعهٔ بین‌رشته‌ای تلفیقی از پوشش اهداف مشترک رشته‌های مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی کنترل، مهندسی کامپیوتر، مهندسی مولکولی ( از نانوشیمی و بیولوژی) پدیدآمده‌است. هدف مکاترونیک این است که به سیستم‌های ساده‌تر، ارزان‌تر، راحت‌تر و انعطاف‌پذیرتر دست یابیم.

تاریخچه

- آقای تسورو موری یک مهندس ژاپنی شرکت یاسکاوا، در سال 1969 میلادی واژهٔ مکاترونیک را ابداع کرد و به‌کار برد. واژهٔ مکاترونیک جایگزین واژهٔ سیستم‌های الکترومکانیکی شد و تا حدی کمتر هم به‌جای مهندسی کنترل و اتوماسیون به‌کار گرفته‌می‌شود.

توصیف

- علم مهندسی سایبرنتیک، با مسألهٔ مهندسی کنترل سیستم‌های مکانیکی سر و کار دارد. مکاترونیک برای کنترل یا تنظیم چنین سیستم‌هایی به‌کار گرفته می‌شود(نظریه کنترل، یا به فارسی نظریه کنترل را ببینید). با پیوست ماژول‌های مکاترونیک، اهداف تولید دست‌یافتنی می‌شود. همچنین قابلیت در دسترس‌بودن و انعطاف‌پذیری در مجموعهٔ تولید به‌دست می‌آید. تجهیزات تولید مدرن شامل ماژول‌های مکاترونیکی می‌شود که بر مبنای یک ساختار کنترلی هدفمند، در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. شناخته‌شده‌ترین ساختارها عبارتند از: ارتباط زنجیره‌ای و ترکیبی. روشهایی برای دست‌یابی به یک اثر فنی به وسیله الگوریتم‌های کنترل بیان می‌شوند، که ممکن است از روشهای ساخت‌یافته در طرح استفاده شود یا خیر. در رشتهٔ مکاترونیک، سیستم‌های هایبرید مهم شامل: سیستم‌های تولید، راه‌اندازهای هَمـکُـنِشی، روبات‌های اکتشاف فضایی، زیرسیستم‌های خودکار از قبیل سیستم‌های ترمزگیری ضدقفل، همچنین تجهیزاتی پر کاربرد در زندگی روزانهٔ ما، از قبیل دوربین‌های عکاسی با قابلیت تنظیم خودکار تصویر، ویدئو، دیسک‌های سخت، پخش‌کننده‌های لوح فشرده، ماشین‌های لباسشویی و ... می‌شود. یک فرد با درجه مهندسی مکاترونیک، معمولاً درس‌هایی در موضوعات ریاضیات مهندسی، مکانیک، طراحی اجزای ماشین، طراحی مکانیکی، ترمودینایک، مدارات و سیستم‌ها، الکترونیک و مخابرات، نظریه کنترل، برنامه‌نویسی، پردازش سیگنال‌های دیجیتالی، مهندسی قدرت، رباتیک را می‌گذراند و معمولاً یک پایان‌نامه در سال آخر خواهد داشت.

کاربرد

=اتوماسیون و رباتیک. = سرو مکانیک. = حس‌گرها و سیستم‌های کنترل. = مهندسی اتومبیل، در طرح زیرسیستم‌ها از قبیل سیستم‌های ترمزگیری ضدقفل. = مهندسی کامپیوتر، در طرح مکانیزم‌هایی مانند راهیاندازهای کامپیوتری.

سابقه مکاترونیک در ایران

در سنوات اخیر به منظور گسترش و پیشبرد و ارتقای علمی - تخصصی و ایجاد شبکه ارتباطی میان صاحب نظران، محققان و کارشناسان و بهبود بخشیدن به امور آموزشی و پژوهشی در زمینه‌های مرتبط با علم مکاترونیک، انجمن مکاترونیک در ایران تشکیل گردیده‌است . انجمن مکاترونیک ایران متولی آکادمیک این رشته در ایران است. این انجمن نخستین مجلهٔ علمی پژوهشی مکاترونیک ایران را نیز در دستور کار دارد. امروزه زمینه تخصصی مکاترونیک در همه جای جهان شناخته شده‌است . تعداد مجلات علمی و کنفرانس‌های مختص رشته مکاترونیک نیز به صورتی فراگیر در حال گسترش است . در حــوزه صنعت نـیز شرکـت‌های بین المـللی با بهره گیری از این تخصص اقدام به تولید و عرضه محصولاتی کرده‌اند که طیف آن از دوربین‌های پیشرفته ، ربات‌های انسان گون،دستگاه‌های پزشکی و خودروهای هوشمند گرفته تا محصولات بدیع نظامی و هوا فضایی است. رشته مکاترونیک در ایران و بسیاری از کشورهای جهان با نام رباتیک در هم آمیخته‌است در واقع رباتها یکی از جلوه‌های کلاسیک محصولاتی هستند که بر پایه علم مکاترونیک طراحی و ساخته می‌شوند. با این توصیف، علم مکاترونیک در ایران نیز سابقه‌ای ۱۵ تا ۲۰ساله داشته . و با توجه به کاربرد روزافزون محصولات پیچیده و مرکب در صنایع کشور، ضرورت ایجاد ساختارهای جدید برای توسعه دانش مکاترونیک و تربیت نیروهای متخصص روز آمد اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌است. با توجه به ماهیت میان رشته‌ای دانش مکاترونیک و حجم وسیعی از تولیدات عملی کشور که عملاً ارتباط مستقیمی با تخصص مکاترونیک دارند، تأسیس دوره‌های آموزشی مکاترونیک در هنرستان‌های فنی، آموزشکده‌ها و دانشگاه‌ها، به عنوان محملی برای تشویق و تسهیل تعاملات عملی و فناوری ضروری به نظر می‌رسید. با توجه به تولید دستگاه‌های هوشمند، نیاز به این رشته نمود بسیاری پیدا کرد. امروزه از لوازم خانگی، خودروها تا صنایعی مثل پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و سیمان نیز از کاربردهای این علم استفاده می‌کنند. این رشته به سه گرایش رباتیک، اتوماسیون خطوط تولید و رابط انسان ماشین تقسیم می‌گردد. در حقیقت توسط این علم می‌توان سیستم‌های مکانیکی را به صورت هوشمند درآورد. سیستم‌های ترمز ABS در اتومبیل، دستگاه‌های CNC و کلیه سیستم‌های اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز این علم دانست.

دانشگاه‌های ایران

رشتهٔ مکاترونیک از سال ۱۳۸۳ در دانشگاه‌های ایران تشکیل شده‌است. مانند بسیاری از نقاط جهان، سرفصل‌های یکسانی در دانشگاه‌ها اجرا نمی‌شود و رشتهٔ مکاترونیک توسط اساتید مکانیک، و در برخی دانشگاه‌ها توسط اساتید برق، مدیریت می‌شوند. طبیعتا نوع نگاه به مواد درسی نیز با نگرش مدیر گروه‌های دانشگاه‌ها فرم می‌پذیرد. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات و دانشگاه آزاد قزوین اولین دانشگاه‌های ایران هستند که رشتهٔ مکاترونیک را دایر کرده‌اند. دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی در مقطع کارشناسی ارشد در این رشته فعالیت گسترده‌ای دارد. در دانشگاه تبریز، دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دانشگاه سمنان و دانشگاه آزاداسلامی واحد تهران جنوب و دانشگاه آزاداسلامی واحد مجلسی و دانشگاه صنعتی شریف و دانشگاه صنعتی شاهرود و دانشگاه اراک و دانشگاه سیستان و بلوچستان نیز این رشته وجود دارد. این رشته برای اولین بار در مقطع کارشناسی در دانشگاه تربیت معلم سبزوار ایجاد گردیده است. دانشگاه علم و صنعت ایران نیز این رشته را در مقطع کارشناسی ارشد برگزار می‌کند.

میدان متنوع

یک زمینه از جنبه‌های متنوعی که مکاترونیک به آن وارد شده، رشته بیومکاترونیک است. بیومکاترونیک هدف بیومکاترونیک، یک‌پارچه‌سازی بخش‌های مکانیکی با اجزای بدن انسان (معمولا جایگزینی یک قطعه از اسکلت با قطعات کوچک مکانیکی) است. این یک نسخه از واقعیت زندگی با ابزارهای مجازی است.( دانشگاه)

منابع : ویکی پدیا فارسی

روبات جوشکار در کشتی سازی(Welding robots)

استفاده از روشهای اتوماتیک جوشکاری در صنایع کشتی سازی به دلیل اهمیت بالای کیفیت جوش، امر بسیاری مهمی است. به دلیل شرایط خاص ابعادی وهندسی قطعات در این صنایع، از رباتهای جوشکار معمولی به ندرت می توان استفاده کرد.

ربات جوشکاری که به بررسی آن خواهیم پرداخت و در صنایع کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرد، توانایی یادگیری مسیر از کاربر انسان را دارد. یک Interface  برای ربات طراحی شده که با استفاده از آن می توان پارامتر های جوشکاری را تنظیم کرد، ربات را در مدهای مختلف قرار داده و فرمانهای مختلفی به آن داد.

جوشکاری محکم کننده ها به دلیل طول بلند خط جوش و مسیر مستقیم جوشکاری عمل ساده ای است، اما جوش دادن ورقهای جان ، نیازمند حرکات پیچیده ای است. همچنین هر قطعه دارای شکل و ابعاد خاص محکم کننده و جان با الگوی خاص تکرار خود است. این خصوصیات قطعه کار سبب شده است که در این صنایع نتوان از رباتهای جوشکار متعارف استفاده کرد.

یک نمونه ربات جوشکار در کارخانه کشتی سازی Odense  در دانمارک وجود دارد. این ربات جوشکار با یک سیستم  CAD در ارتباط بوده و به صورت Offline  برنامه ریزی می شود. سیستم های برنامه ریزی  Offline احتیاج به اطلاعات دقیق هندسی از قطعه کار دارند. پس از تهیه برنامه هدایت کننده ربات، این برنامه روی مدل CAD تهیه شده از قطعه کار، حرکت ربات و عملیات جوشکاری را شبیه سازی می کند. به این ترتیب برنامه هدایت کننده ربات قبل از بارگذاری روی ربات، در محیط شبیه سازی امتحان شده و نواقص احتمالی آن برطرف می گردد. ربات فوق نقاط ضعف فراوانی دارد، از جمله اینکه برای جوشکاری هر قطعه باید برنامه نویسی انجام شود. همچنین خطاهایی که در هنگام مونتاژ کاری ورقها پیش می آید(اختلاف بین مدل  CAD و قطعه واقعی) سبب بروز خطا در عملکرد ربات می شود.

رباتی که به معرفی آن خواهیم پرداخت اپراتور ماهر نیاز ندارد. طراحان این ربات در فکر ایجاد یک سیستم کاملا خودکار نبوده اند و در عوض سیستمی طراحی کرده اند که به راحتی توسط یک اپراتور غیر ماهر کار می کند.

چگونگی کنترل ربات

یک جوشکار با در دست گرفتن کلید کنترل و حرکت دادن بازوی ربات (که تورچ جوشکاری به آن متصل است) در محل هایی که باید تحت جوشکاری قرار گیرند، مسیر حرکت را به ربات می آموزد. حرکات فوق توسط ربات ضبط شده و عملیات جوشکاری به تنهایی توسط ربات و با تکرار این حرکات صورت می گیرد. 

همانطور که در شکل مشاهده می شود ربات به صورت سروته از یک جرثقیل دروازه ای  آویزان است. بازوی ربات تا شعاع 1.5 متری پایه ربات می تواند باز شود. جرثقیل دروازه ای پایه ربات را در محیط کار که ابعاد آن 12m*12m*2m است جابجا می کند. علاوه بر ربات لوازم جانبی جوشکاری از قبیل درام مفتول جوش، تورچ وتغذیه کننده مفتول جوش به تورچ نیز به روی جرثقیل نصب شده اند. منبع قدرت جوشکاری بر روی پل جرثقیل قرار گرفته و کنترلر های ربات و جرثقیل نیز در اتاقی با تهویه مناسب که بر روی یکی از ستونهای جرثقیل نصب است، قرار دارند. در کل می توانیم سیستم را به قسمت های زیر تقسیم کنیم :

1-    ربات

2-    سیستم جوشکاری

3-    سیستم های رابط کاربر و ماشین

4-    جرثقیل دروازه ای

ربات شامل یک بازو با شش درجه آزادی حرکت است و قابلیت انجام حرکات پیچیده را دارد و همانطور که گفته شد به نقاطی تا شعاع 1.5 متری از پایه خود دسترسی دارد. ربات را می توان در مدهای حرکتی TWTW و TWW قرار داد. T نشان دهنده Teach و W نمایانگر Weld است. از مد TWW زمانی استفاده می شود که مسیرهای جوشکاری تمام بخش ها شبیه هم باشند و ربات تنها نیاز به آموزش مسیر در یک بخش را داشته و در دیگر بخشها همان مسیر را تکرار کند. هنگامی که مسیر جوشکاری در بخشهای مختلف متفاوت باشد از مد TWTW استفاده می کنیم ، زیرا آموزش ربات در هر بخش باید به طور جداگانه صورت پذیرد. خطای ربات در تکرار حرکات در حدود ±0.05mm است که دقت فوق العاده ای برای انجام عملیات جوشکاری است.

سیستم ارتباط کاربر و ماشین شامل سه عنصر OP ، MP و SC است.

 OP روی ربات و در کنار تورچ جوشکاری نصب شده است و دارای هشت کلید و یک LCD است.

MP قسمت اصلی کنترل سیستم است و حرکات جرثقیل، ربات و تورچ را در هنگامی که OP غیرفعال است کنترل می کند.

SC کامپیوتری است که با استفاده از آن پارامترهای جوشکاری را تنظیم می کنیم. جهت تسهیل عمل کنترل ربات یک GUI(Graphical User Interface) برای تنظیم پارامترهای جوشکاری ایجاد شده است.  این GUI شامل منوی اصلی، منوی تنظیم پارامترهای جوشکاری و پنجره ای است که وضعیت متغیرهای حالت و ... را نشان می دهد. مهمترین پارامترهای قابل تنظیم جوشکاری از طریق GUI عبارتند از: مد جوشکاری، طول ساق جوش، نوع مفتول جوش، تعداد پاسهای جوشکاری، جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری.

ارزیابی کارایی ربات

آزمایش های بررسی کیفیت جوش از قبیل شناسایی ترکهای سطحی و منافذ داخلی و مقاومت شکست جوش همگی رضایت بخش بوده اند.

  در جدول زیر مقایسه ای بین سرعت این ربات (SWERS) و دو نوع ربات دیگر FCAW و SMAW  انجام شده است. 

روبات مبل متحرک

روباتیک های آیکیا

طراح معروف آدام لیسی با ترکیب استاندارد طرح های IKEA، (برند لوتزم خانگی سوئدی که دفتر مرکزی آنها در سوئد و هلند می باشد.) و روبوتیک(Robotic) مبلمان منحصر به فردی را خلق کرده است، که می تواند جوابگوی نیازها و خواسته های کاربر خود باشد.

قطعات رباتیکی بر روی چرخ های میز و صندلی تعبیه شده است؛ به طوریکه به کاربر اجازه می دهد که آزادانه در اطراف حرکت کند. بسته به تنظیمات، مبلمان واکنش های متفاوتی نسبت به محیط خود نشان می دهند. اگر شما در نزدیکی این وسایل حرکت کنید از مسیر حرکت شما دور می شوند در حالیکه در زمان های دیگر وسایل به سمت جائیکه شما می خواهید بنشینید حرکت می کنند.

همچنین این وسایل به آرامی در اطراف حرکت می کنند به عنوان مثال چرخاندن تنقلات در مهمانیها.

مترجم: شالیز فدایی نیا

منبع : نادکو

ربات دروغگو

ارتش آمریکا ربات‌ دروغگو ساخت.

ایا  شما می توانید به ربات ها اعتماد کنید ؟

Why you can't trust robots

A robot capable of deceit has been developed by American military researchers.

محققان موسسه تکنولوژی جورجیا نرم افزاری را برای ربات ها ابداع کرده اند که می تواند به منظور حفظ اطلاعات و جلوگیری از دست گیر شدن در میدانهای جنگ به آنها فریب دادن و دروغ گفتن بیاموزد.

به گزارش مهر، دروغگویی و فریب دادن جزء رفتارهای ناپسندی به شمار می روند که به تازگی به رباتها آموزش داده می شوند. محققان ارتش آمریکا رباتی خلق کرده اند که از توانایی فریب دادن و دروغ گفتن برخوردار است.

برنامه جدید به ربات ها این توانایی را می دهد که دروغ های دیگر ربات ها را کشف کرده و از ساده لوحی طرف مقابل برای فریب دادن وی و دروغ گفتن استفاده کند.

به گفته محققان موسسه تکنولوژی جورجیا، این ربات حتی از توانایی فریب دادن انسان به شیوه ای مشابه برخوردار است. این ابداع جدید می تواند منجر به پیشرفتهای نظامی در زمینه تولید ربات هایی شود که می توانند بمبها را خنثی کرده و مجروحان جنگی را به پناهگاه ها حمل کنند.

درک ربات ها از دروغگویی و فریب دادن ، از دستگیر شدن آن ها و یا از سوخت شدن اطلاعاتی که در ربات ها ذخیره شده است، جلوگیری خواهد کرد.

با این حال برخی از متخصصان رباتیک از اینکه چنین تکنولوژی بتواند وجهه ربات ها را برای عموم مردم خدشه دار کند و یا به ساخت ربات های ناهنجار دیگری که می توانند شکار کنند منجر شود ابراز نگرانی کرده اند.

بر اساس گزارش تلگراف، در حال حاضر یکی از مشکلات صنعت رباتیک جلب اطمینان مردم است و در صورتی که ربات ها فریب دادن را بیاموزند ، این مشکل بسیار جدی تر خواهد شد.