وبلاگ

ای بر طراحی رباتهای
موازی شد. البته هر چند به لحاظ ملاحظات طراحی این گونه رباتها پیچیدگی بیشتری نسبت به انواع
سری دارند. زمانی که ربات موازی شش درجه آزادی استیوارت به عنوان شبیه ساز پرواز بکار گرفته شد. اما
مصارف عملی رباتها در صنایع، نیاز به همه شش درجه آزادی نداشت لذا رباتهای موازی با درجه آزادی
کمتر از شش طراحی و پیشنهاد شدند. این رباتها در مقایسه با نوع شش درجه آزادی کنترل آسانتر، فضای
کاری بیشتری دارند. بعد از آن رباتهای سه درجه آزادی که توانایی حرکت صرفا انتقالی و یا صرفا چرخشی
داشتند به دلیل استفاده خاص در صنایع مورد توجه زیادی واقع شدند. با گسترش استفاده و طراحی انواع
رباتهای متنوع، مسائل طراحی نیز به تدریج شکل گرفته و پیشرفت کردند و ایدههای نو وارد حوزه طراحی
شد و انواع تئوریهای مختلف برای مورد خاصی از طراحی ارائه گردید. از جمله مسائلی که در طراحی مورد
توجه است کنترل پذیری ربات در فضای کاری آن میباشد. لذا یافتن نقاط و یا فضایی که ربات در آن
منطقه قابل کنترل نیست را باید از اولویتهای اصلی در طراحی ربات دانست. برای این منظور طراحی
مکانیزم حرکت اسپیندل در صفحه مورد مطالعه قرار میگیرد و به علت اینکه این حرکت باید خیلی دقیق

باشد از اصول طراحی ایزوتروپی استفاده میشود.

پیش زمینه کلی
 مطابق تعریف کمیسیون IFToMM بازوی مکانیکی ماهر (که از این پس به اختصار ربات گفته میشود)
وسیلهای برای گرفتن و حرکت کنترل شده اشیاء برای انجام عملی خاص است. تعدادی از این رباتها در
شکل های 1 -1 الی 5 -1 آورده شدهاند .
 تاریخ اتوماسیون صنعتی با دورههایی مشخص می شود که در آنها تغییرات سریع و ناگهانی در روشهای
معمول فرایندهای تولید صورت گرفته است. استفاده از رباتهای صنعتی در فرایندهای تولید و اتوماسیون
صنعتی در دهههای اخیر رشد قابل توجهی کرده است و استفاده از رباتهای صنعتی در محیط های آلوده
صنعتی به شدت رایج شده است. همچنین رباتهای صنعتی به دلیل دقت و تکرار پذیری بالا در جهت تولید
محصول بیشتر و مرغوبتر همواره مورد توجه صنعتگران قرار گرفتهاند. امروزه از ربات ها در خطوط مونتاژ،
جوشکاری، ماشین کاری، پزشکی و صدها عملیات دیگر استفاده  و ربات های متحرك می شود. ربات های

صنعتی را می توان به دو دسته کلی روبات های ایستگاهی تقسیم کرد .
از بازوهای صلب که به در این پایان نامه ربات ها از نوع ایستگاهی و به صورت زنجیره سینماتیکی
به یکدیگر متصل شده اند، در نظر گرفته می شوند. یک جفت سینماتیکی، 4 وسیله جفت های سینماتیکی
اتصال دو بازو به صورتی است که حرکت نسبی آنها به یکدیگر مقید شده باشند. زنجیره های سینماتیکی به
زنجیره های سینماتیکی ساده یا پیچیده و باز یا بسته تقسیم می شوند. اگر این زنجیره حداقل شامل یک
بازو باشد که فقط به یک بازوی دیگر متصل شده باشد، آن زنجیره باز نامیده می شود (شکل 1-1)، در غیر
اینصورت زنجیره بسته نامیده می شود (شکل 2-1). همچنین وقتی یک زنجیره سینماتیکی، ساده نام می
گیرد که در آن یک بازو حداکثر به دو بازوی دیگر متصل شده باشد (شکلهای 1 -1و2- 1)؛ در حالیکه در یک
زنجیره سینماتیکی پیچیده، حداقل یک بازو به سه یا چند بازوی دیگر متصل می شود .

:
یكی از مهمترین هدفهای طراحان صنعتی استفاده بهینه از قطعات و اطلاع از قابلیت اعتماد و
كارآیی قطعات میباشد تا بتوانند بهترین استفاده را از وضع موجود قطعات برده باشند. عوامل بسیار
زیادی بر روی كیفیت قطعات مؤثر است. بدون شك یكی از مهمترین این عوامل وجود تنش پسماند در
قطعات میباشد. هر طراحی كه از وجود این نوع تنشها در قطعات بیاطلاع باشد مسلماً نمیتواند دید
صحیحی از عملكرد قطعه مورد نظر داشته باشد. شناسایی این نوع تنشها راه را برای استفاده مناسب و
بهینه قطعات هموار خواهد نمود. شخص طراح با اتكاء به این دانش مطمئناً طرح خود را بهبود میبخشد
و آنچنان كه باید و شاید نهایت استفاده از قطعه را خواهد برد و از بروز عوارض ناگوار جلوگیری خواهد
كرد. وجود تنشهای پسماند در قطعات، در بعضی موارد سبب افزایش كارایی و در برخی دیگر، كاهش

كارایی را موجب میشود. در بعضی موارد حساس كه قطعه باید كارایی فوقالعاده داشته باشد، شناسایی
چنین تنشهایی ضروری به نظر میرسد. برای تأكید بیشتر بر اهمیت تنشهای پسماند، به ذكر برخی از
مواردی كه شناسایی این تنشها بسیار مهم است پرداخته میشود.
یكی از مواردی كه تنش پسماند در آن ایجاد می شود، پره توربین است. اگر این نوع تنشها در
پره مشخص شوند، مسلماً از خسارات عظیمی كه در پی شكستن پرههای توربین به وجود میآید
جلوگیری خواهد شد. طراحان، تنشهای پسماند موجود در بال هواپیما را باید پی در پی اندازهگیری
كنند تا از عمر باقیمانده آن اطلاعات كافی داشته باشند كه در غیر این صورت عوارض ناگوار جانی و
مالی را به همراه خواهد داشت. تنشهای پسماند نیز در بسیاری از سازههای مهندسی مانند هواپیماها و
رآكتورهای هستهای پدید میآیند كه بعضاً باعث شكست زود هنگام قطعات میگردند. در جوشها وجود
این تنشها بر عملكرد صحیح آنها تأثیر بسزایی میگذارد. در چند دهه گذشته در مجامع صنعتی تلاش
و كوشش فراوانی برای شناسایی این تنشها انجام دادهاند تا بتوانند دید صحیحی از كارائی جوش داشته
باشند.
فرآیندهای جوشكاری در بسیاری از صنایع برای تولیدات قطعات سبكتر و سادهتر استفاده
میشود. فرآیند جوش میتواند دو ماده شبیه به هم را با یك نواری كه خواص مكانیكی مشابهی با ماده
اصلی دارد، به یكدیگر متصل نماید. متأسفانه این روش تنشهای پسماندی را در قطعات جوشكاری شده
ایجاد میكند كه اگر با عملیاتی خاص رهاسازی نگردند میتواند سبب اعوجاج قطعه، واماندگی زودرس
در هنگام خستگی و یا ترك در طول قسمت جوشكاری شود. تنشهای پسماند ناشی از جوشكاری، در
اثر گرم و سرد شدن سریع مواد در نزدیكی منبع گرمایی ایجاد میشوند. تنشهای پسماند كششی عمر
خستگی مؤثر قطعات جوشكاری شده را كاهش داده كه این پدیده عامل واماندگی زودرس قطعه میشود.
هدف این سمینار بحث درباره روشهای مختلف اندازهگیری تنش در فلزات و شیوههای رهاسازی تنش
پسماند قطعات جوشكاری شده است.

تعریف های متعددی تاكنون درباره كمپرسور و عملكرد آن ارائه گردیده است، تعریف غالب و سعی كه در
زمینه عملكرد كمپرسور ارائه می گردد این است كه :كار یك كمپرسور ایده ال بالا بردن جریان مشخص
از یك گاز،تا حد مجاز و با استفاده از كمترین انرژی ورودی می باشد .
كمپرسورها استفاده های زیادی در صنعت دارند، استفاده از آنها در توربوجتها،كاربرد آنها در نیروگاهای
گاز نیروگاههای برق،استفاده از آنها در توربوشارژهای موتورهای احتراق داخلی، كاربرد آنها بالا بردن فشار

سیالات در پروسه های شیمیایی و انتقال سیال در خطوط لوله، از مهمترین موارد كمپرسورها در صنعت
هستند. كاربردهای متفاوت كمپرسور های سبب شده است كه از نظراندازه متفاوت باشند، از كمپرسور
های بزرگ و حجیم گرفته تا كمپرسورهایی كه قطر آنها به یك فوت می رسد.
استفاده وسیع از كمپرسورها در صنایع مهم، اقتضا می كند كه دارای كارایی بالا و عملكرد باشند. برای
رسیدن به عملكرد مطمئن و كارایی بالا و همچنین برای جلوگیری و پرهیز از وارد كردن خسارت به
سیستم،می بایست از ایجاد ناپایداری در جریان سیال گذرنده از كمپرسور ممانعت كرده و تا حد امكان به
تاخیر انداخت.

ی بر انواع كمپرسورها و عملكرد آنها
كمپرسورها، بطور كلی به چهار دسته عمومی تقسیم میشوند، رفت و برگشتی، گردشی،گریز از مركز و
محوری. بسیاری از مؤلفان و نویسندگان به كمپرسور گریز از مركز، كمپرسور شعاعی نیز میگویند.
دو نوع كمپرسور رفت و برگشتی و گردشی بر این اساس كار میكنند كه حجم گاز را كم میكنند تا فشار
آن بالا رود. حال آنكه دو نوع دیگر، یعنی كمپرسورهای گریز از مركز و محوری، بر این اساس كار
میكنند كه ابتدا به سیال شتاب داده تا اینكه به سرعت بالایی برسد، پس از آن انرژی جنبشی سیال را
در یك مجرای واگرا (در اثر كاهش شتاب سیال) به انرژی پتانسیل تبدیل میكنند. این دو نوع كمپرسور،
توربو كمپرسور و یا كمپرسور جریان پیوسته نیز گفته میشود.
در هر دو نوع كمپرسور، افزایش سرعت در ناحیه پرههای متحرك و یا روتور اتفاق میافتد كاهش شتاب
در كمپرسورهای محوری با عبور سیال از پرههای ثابت و یا استاتور انجام میگیرد، حال آنكه در
كمپرسورهای گریز از مركز مرحله كاهش شتاب در دیفیوزر انجام میپذیرد.
افزایش انرژی پتانسیل یك سیال بوسیله افزایش فشار نمایان میگردد. این تبدیل را میتوان بامعادله
برنولی توضیح داد.

:
 روکش های مورد استفاده در بدنه شناورها و تجهیزات زیر دریا باید در مقابلPH آب دریا، املاح،
عوامل خورنده، نفوذ آب و رشد جلبکها مقاوم باشد .همچنین، باید دارای ویژگی پوشش های بالای سطح
آب باشد و در برابر عوامل محیطی مانند تابش نور، رطوبت هوا،عوامل فیزیکی و …مانند ضربه امواج مقاوم
باشند.
اخیراً چندین تحقیق راجع به مقاومت به خوردگی مواد نانو ساختاری ( نانو کامپوزیت ها، پوشش های
نازك در مقیاس نانو، نانو ذرات و…) صورت گرفته است . مواد رد مقیاس نانو، خواص فیزیکی، شیمیایی و
شیمی فیزیکی بی نظیری از خود نشان می دهند و این می تواند سبب بهبود مقاومت به خوردگی در مقا
یسه با همین مواد در حالت تولید گردد . همچنین روشن شده است که نانو ذرات به علت سطح ویژه
بالایشان، توزیع یکنواختی روی ماده زمینه داشته وبا استفاده از حداقل ماده مصرفی می توان به

حداکثربازده پوششی رسید.
تمام روکش های جامد از ترکیبی از نانو ذرات یا میکروذرات تشکیل شده اند .رنگ های معمولی ازیک
بخش جامد(رزین، پرکننده، رنگدانه، خشک کننده و افزودنی های دیگر و) یک جزء حامل مایع تشکیل
می شوند . حامل رنگ می تواند یک حلال آلی فرار یا آب باشد . اگر آب به عنوان حامل به کار رود،
اجزای دیگری همانند آمونیاك برای حفظ حالت سوسپانسیونی رنگ به، آن اضافه می شود .
معمولاً پوشش دهی بخش های مختلف شناور دریایی با دو هدف اصلی حفاظت در برابر خوردگی و ایجاد
خواص ویژه انجام می شود .سطح شناور در محیط دریا در معرض آب نمک، نور خورشید، سایش، باد و
باران، شوکهای گرمایی، موجودات زنده دریایی و سایر عوامل پیشبینی نشده دیگر قرار می گیرد .هر
بخش از سطح شناور در معرض نوعی شرایط خاص قرار دارد .به همین دلیل برای هر بخش باید پوششی
را انتخاب کرد که جوابگوی نیازهای ویژه آن محیط باشد .یکی از مهمترین بخشهای شناور، قسمت غوطه
ور در آب یا زیر بدنه آن است .در این بخش، نشست و رشد موجودات زنده روی بدنه که با عنوان آلودگی
زیستی (bio-fouling) یا خزه بستن شناخته شده، همواره به عنوان مشکلی اساسی مطرح بوده است .
رسوب ترکیبات دریایی روی بدنه باعث کاهش قابلیت مانور، کاهش سرعت، افزایش مصرف سوخت و
تغییر کارایی عمومی شناور می شود . این پدیده همچنین باعث افزایش نیروی مقاومت(drag force)
و انتشار صوتی کشتی ها و زیردریایی ها و در نتیجه افزایش هزینه ها نیز می شود .مقدار دقیق این
هزینه ها بستگی به اندازه و نوع شناور و محیط دریا دارد.پوشش های اعمال شده در بخش مغروق شناور،
براساس ویژگیهای سطحی آن، اثرهای متفاوتی بر اصطکاك شناور با آب و در نتیجه بر مقاومت
اصطکاکی شناور دارند .مقاومت اصطکاکی درصدی از مقاومت کل وارد بر شناور را تشکیل می دهد .
سهم مقاومت اصطکاکی در مقاومت کل از عوامل مختلفی مانند اندازه و سرعت حرکت شناور اثر می
پذیرد .مثلاً در کشتی های باربر و تانکرها، مقاومت اصطکاکی 80 – 90درصد مقاومت کل و در
شناورهای تندرو حداکثر 30 درصد مقاومت کل را تشکیل می دهد

با وجود اینكه برخی ابزارهای microfluidics خیلی جدید نیستند ، با یك تحقیـق گـسترده متوجـه خـواهیم شـد كـه
میتوان microfluidics را در گروه علوم جدید قرار داد . بطور مشخص زمینه میكروپمپها یكی از شاخه های این علم
است كه مدتهاست مورد توجه میباشد . شروع آن اواسط 1970 بود كه گـسترش بـدون وقفـه و تنـوع شـگفت آوری در
اصول میكروپمپها ، مفاهیم تكنیكی و كاربردهای متنوع در این زمینه شكل گرفت . این روند ادامه داشـت تـا امـروز كـه
در علم MEMS
 ، روشهای نوین مدلسازی جریان ثابت ، مواد ریز سازه ، اصـول عملگرهـا ، تكنولـوژی سـاخت ، و 1
كاربردهای آنها ارائه میشود كه هنوز هم جهـت تحقیقـات در زمینـه میكروپمپهـا مـورد اسـتفاده قـرار میگیـرد . در میـان
پتانسیل های كاربردی موجود ، میتوان بطور خاص به كاربرد میكروپمپها در سنـسورهای بیوشـیمی و microfluidics
اشاره نمود كه اززمان گذشته انگیزه ای قوی جهت تحقیقات بوده و با توجه به اهمیـت آن در آینـده نیـز ایـن تحقیقـات
ادامه خواهد داشت .
تكنیك های مختلف ساخت میكرو بسیار متفاوت از تكنیك های ساختی هـستند كـه بـرای ماشـین هـای معمـولی بكـار
میگیریم . اگرچه برخی از تكنیك های ساخت سنتی و معمول را میتوان در packaging تولیدات میكرو سیستم هـا و
MEMS بكار گرفت . تكنولوژی موجود جهت ساخت MEMS و میكروسیـستمها را نمیتـوان از روشـهای سـاخت
مورد استفاده در میكروالكترونیك جدا نمود . این ارتباط نزدیك در ساخت میكروسیـستمها و میكروالكترونیـك اغلـب

باعث میشود تا مهندسین دچار این اشتباه شوند كه این دو روش كاملا قابل جایگزینی میباشند . توجه داریم كـه بـسیاری
از تكنیك های سـاخت میكروسیـستمها بـا تفـاوت انـدكی در سـاخت میكـرو الكترونیـك نیـز بكـار میرونـد . اگرچـه ،
چگونگی طراحی میكروسیستمها و همچنین packaging آن بطور كلی با آنچه د ر مورد میكروالكترونیك بكار میرود
، متفاوت است .
اغلب MEMS و میكروسیستمها شامل اجزای ظریفی به اندازه مرتبـه ای از میكرومتـر میباشـند . در صـورتی كـه ایـن
اجزاء به نحو مطلوبی package نشوند ، نسبت به كاركرد بد و یـا آسـیب پـذیری سـاختاری ، بـسیار حـساس میباشـند .
packaging قابـل اطمینـان ایـن لـوازم و سیـستمها رقـابتی عمـده در صـنعت میباشـد ، زیـرا تكنولـوژی packaging
میكروسیستمها ، در مقایسه با packaging در میكروالكترونیك به بلوغ نرسیده است . packaging میكروسیـستمها
، شامل سه موضوع سرهم نمودن ،packaging و تست كردن میباشد كه آن را با علامت اختصاری AP&T نمـایش
میدهند . در AP&T ، MEMS بالاترین بخش از كل هزینه ساخت را به خود اختصاص میدهد . به عنوان مثال هزینه
packaging نوعی خاص از میكروسنسورهای فشار برای كاربری در محیط های toxic با دماهای خیلی بالا حـدود
95 درصد از هزینه تولید را به خود اختصاص میدهد . نكته بسیار مهمی كه باید به آن توجه داشت این است كـه معمـولا
packaging منـشاء ایجـاد اغلـب مـشكلات در رابطـه بـا عـدم كـاركرد میكروسیـستمها میباشـد . بنـابراین تكنولـوژی
packaging یك فاكتور كلیدی در طراحی و ساخت و گسترش میكروسیستمها میباشد.
واقعیت شناخته شده این است كه روش IC packaging فقط بـرای محافظـت از چیـپ هـای سـیلیكونی و سـیمهای
متصل به اثرات محیط بكار میرود . از طرفی packaging میكروسیستمها نه تنها برای محافظت از اجزای ظریفـی چـون
قالب های سیلیكونی از محیط مخرب بكار میرود ، بلكه اجازه میدهد ا ین قالـب هـا بطـور همزمـان بـا محـیط در تمـاس
باشند. بنـابراین بـرای مهندسـان packaging میكروسیـستم بـسیار پـر زحمـت تـر از packaging میكروالكترونیـك
میباشد.
در بسیاری ازمیكروسیستمها از مواد مورد استفاده در میكروالكترونیك ها ، مثل سیلیكون ، گالیوم آرسنید بـرای سـاخت
المانهای سنسورها و یا عملگرها استفاده میشود . عمدتا این مـواد انتخـاب میـشوند زیـرا كـه از نظـر ابعـاد پایـدار بـوده و
تكنیك های ساخت و packaging آنها همانند میكروالكترونیـك میباشـد . اگرچـه ، مـواد دیگـری ماننـد كـوارتز،
پیركس ، پلاستیك و سرامیكها نیز برای تولید MEMS و میكروسیستمها بكار میروند كه معمولا در میكروالكترونیك
كاربرد ندارند. علاوه بر این تقریبا تمامی عملیات تكنیك های ساخت میكرو ، شامل بهبود فیزیكـی و شـیمیایی مـوادی
است كه اثرات آنها عموما برای بسیاری از مهندسین ناشناخته است چرا كه با تكنیك های ساخت معمولی آشنای ی دارند
.بنابراین برای مهندسین لازم است تا قبل از اقدام به طراحی و ساخت میكرو سیـستم هـا و MEMS اطلاعـات كـافی از
فیزیك حالت جامد و تكنیك های میكرو ساخت مرتبط كسب نمایند . دانستن چنین اطلاعاتی بسیار ضـروری اسـت تـا
یك مهندس بداند یك طرح ارایه شده قابل ساخت میباشد یا خیر.