پنومــاتيك در ربـات

تاريخچه پنوماتيك:

پنيوما از لغت يوناني پنوما به معناي دميدن گرفته شده است و پنيوماتيك علمي است كه در مورد حركات و وقايع هوا صحبت مي كند امروزه پنيوماتيك در بين صنعتگران به عنوان انرژي بسيار تميز و كم خطر و ارزان مشهور است و از آن استفاده وافر مي كنند.

پنیوماتيك يكي از انواع انرژي هايي است كه در حال حاضر از آن استفاده زیاد در انواع صنايع مي شود و مي توان گفت امروزه كمتر كارخانجات يا مراكز صنعتي را مي توان ديد كه از پنيوماتيك استفاده نكند و در قرن حاضر يكي از انواع انرژي هاي اثبات شده اي است كه بشر با اتكا به آن راه صنعت را مي پيمايد.

مزايا پنوماتيك:

عامل اصلي كاركرد سيستم پنيوماتيك هواست و هوا در همه جاي روی کره زمين به وفور وجود دارد.

هواي فشرده را مي توان از طريق لوله كشي به نقاط مختلف كارخانه يا مراكز صنعتي برای فعالیت سيستم هاي پنيوماتيك هدايت كرد.

هواي فشرده را مي توان در مخازن مخصوص انباشته و آن را انتقال داد يعني هميشه احتياج به كمپرسور نيست و مي توان از سيستم پنيوماتيك در مكان هايي كه امكان نصب كمپرسور وجود ندارد نيز استفاده نمود .

افزايش و كاهش دما اثرات مخرب و سوئي بر روي سيستم پنيوماتيك ندارد و نوسانات حرارتي از عملكرد سيستم جلوگيري نمي كند.هواي فشرده خطر انفجار و آتش سوزي ندارد به اين دليل تاسيسات حفاظتي نياز نيست.

قطعات پنيوماتيك و اتصالات آن نسبتا ً ارزان و از نظر ساختماني قطعاتي ساده هستند لذا تعميرات آنها راحت تر از سيستم هاي مشابه نظير هيدروليك مي باشد.

هواي فشرده نسبت به روغن هيدروليك مورد مصرف در هيدروليك تميزتر است و به دليل اين تميزي از سيستم پنيوماتيك در صنايع دارويي و نظاير آن استفاده مي شود .

سرعت حركت سيلندرهاي عمل كننده با هواي فشرده در حدود 1 الي 2 متر بر ثانيه است و در موارد خاصي به 3 متر در ثانيه مي رسد كه اين سرعت در صنايع قابل قبول است و بسياري از عمليات صنعتي را مي تواند عهده دار شود.

عوامل سرعت و نيرو در سيستم پنيوماتيك قابل كنترل و تنظيم است .

عناصر پنيوماتيك در مقابل بار اضافه مقاوم بوده و به آنها صدمه وارد نمي شود مگر اينكه افزايش بار سبب توقف آنها گردد .

تعميرات و نگهداري سيستمهاي پنيوماتيك بسيار كم خطر است زيرا در انرژي هاي قابل مقايسه نظير برق خطر جاني و آتش سوزي و در هيدروليك انفجار و جاني وجود دارد اما در پنيوماتيك خطر جاني به صورت جدي وجود ندارد و آتش سوزي اصلا ً وجود ندارد و بدين دليل در صنايع جنگ افزارسازي از سيستم تمام پنيوماتيك استفاده مي شود .

معايب سيستم پنيوماتيك:

چون سيال اصلي مورد استفاده در سيستم پنيوماتيك هواي فشرده و جهت تهيه هواي فشرده بايد با كمپرسور آن را فشرده كرد همراه هواي فشرده شده مقداري رطوبت و ناخالصي هوا و مواد آئروسل وارد سيستم شده و سبب برخي خرابي در قطعات مي شود لذا بايد جهت تهيه هواي فشرده فيلتراسيون مناسب استفاده نمود.

هزينه استفاده از هواي فشرده تا حد معيني اقتصادي مي باشد و اين ميزان تا وقتي است كه فشار هوا برابر 7 بار و نيروي حاصله با توجه به طول كورس و سرعت حداكثر بين 20000 تا 30000 نيوتن مي باشد .

به طور خلاصه مي توان گفت كه جهت قدرت هاي فوق العاده زياد مقرون به صرفه تر است از نيروي هيدروليك استفاده شود .هواي مصرف شده در سيستم پنيوماتيك در هنگام تخليه از سيستم داراي صداي زيادي است كه اين مسئله نياز به كاربرد صدا خفه كن را الزامي مي كند.

به علت تراكم پذيري هوا به خصوص در سيلندر هاي پنيوماتيكي كه زير بار قرار دارند امكان ايجاد سرعت ثابت و يكنواخت وجود ندارد كه اين مسئله از معايب پنيوماتيك به شمار مي رود اما قابل ذكر است كه اخيرا ً يك نوع سيلندر كه بجاي شفت سيلندر از نوار لاستيكي استفاده مي كند ساخته شده است كه اين عيب را بر طرف مي كنند .

به طور كلي در مقايسه مزايا و معايب پنيوماتيك مي توان گفت با توجه به مزاياي بسيار نسبت به معايب كمتر مي توان از پنيوماتيك بعنوان يك انرژي شايسته در صنايع استفاده كرد به خصوص با توجه به مزيت تميزي سيستم تعمير و نگهداري راحت تر، نداشتن خطر جاني جهت اپراتورهای عملياتي و تعميراتي در سيستم كه در سيستم هاي ديگر نظير الكتريك و هيدروليك وجود ندارد ضمنا ٌ اين سيستم بي همتاست و گاهي فقط از اين سيستم در جهت عمليات توليدي بايد استفاده شود نظير: صنايع غذايي، دارويي، جنگ افزار كه حتما عمليات توليدي توسط سيستم پنيوماتيك انجام مي پذيرد.

انرژی مکانیکی اغلب توسط موتورهای احتراقی و یا الکتروموتورها تولید میگردد، در هیدروپمپها تبدیل به انرژی هیدرولیکی گشته و این انرژی از طریق وسائل هیدرولیکی به قطعات کار کننده هیدرولیکی منتقل میگردد، و از این قطعات کارکننده میتوان مجددا انرژی مکانیکی را بدست آورد.

نقش پنوماتيك در صنعت:

1. صنعت کشاورزی: که کشاورزدر ضمن راندن تراکتور می تواند از توان سیال استفاده کند و همچنین در دستگاه های نظیر خرمن کوب و کمباین وکلوخ شکن و میوه چین و ماشین حفاری و بیل مکانیکی.

2. خودرو سازی: تر مز هیدرولیک و فرمان هیدرولیک و تنظیم پنوماتیکی صندلی و همچنین در مراحل ساخت بدنه و شکل دادن به ورق خودرو که از پرسهای با تنهای مختلف استفاده می شود

3. صنایع هوانوردی: خلبان با کمک این سیستم ارابه های فرود و شهپرها و سکانهای عمودی و بالابرها را مهار می کند و بدنه هواپیما هم با پرسهای کششی ساخته می شود و جالب است که برای تست اینکه بدانند بدنه هواپیما سوراخ نشده باشد فشار باد را بین جداره های بدنه قرار میدهند در صورتی افت فشار دیده شود به این معنی است که نقطه ای از بدنه هواپیما سوراخ است. (تست

هواپیما عبارت است از: 1.تست باد چرخها که 300 بار فشار است2.تست کلیه سیستم هیدرولیک هواپیما 3.تست بدنه هواپیما 4. دستگاه میول که برای تست هیدرولیک هواپیمای F14 )

4. صنایع دفاعی: در هدایت تانک نفر بر و هدایت موشک و در ناوها هدایت ناو و ...

5. صنایع غذای: کنسرو سازی و ظروف یکبار مصرف و ...

6. صنایع چوب: برش الوار و پردا خت سطوح مبلها

7. جا به جایی مواد (لیفتراک و جرثقیل و ...)

8. ماشین تراشکاری و CNC و نظیر این دستگاه ها

9. صنایع دریایی: بالا کشیدن تور از آب و کشیدن کشتی به ساحل و ......

10. معدن و حفاری: در ماشینهای معدن

11. در صنایع بسته بندی: پر کن شیشه ها ی

نوشابه و ماشین چسب زنی و لفاف پیچی

12. کا غذ سازی: در این صنعت خمیر کاغذ باید از غلتک ها بگذرد و مهمترین هیدرولیک و پنوماتیک تنظیم غلطک ها است

13. صنعت نفت: پالا یشگاه ها

14. صنایع پلاستیک

15. صنعت چاپ

16. راه آهن و قطار شهری: تر مز قطار و درهای اتوماتیک جدید

17. لاستیک

18 . صنعت فولاد: فشار زیاد برای کشش آهن و یا فلز دیگر و تخلیه کوره ها که در ذوب آهن و فولاد مبارکه و...

19 . نساجی

تجهيزات پنوماتيك:

پمپ خلا پرتابل

شيرها

سيلندر

لوله و شلنگ

مخزن هواي فشرده

تايمر

گريپر

پمپ خلا پرتابل:

اين پمپ ها در اندازه هاي كوچك و متناسبي ساخته مي شوند، به گونه اي كه ميتوانيد آنها در جيب قرار داده يا به كمربند خود متصل كنيد.

اين پمپ ها در آزمايش هاي ايمني صنعتي كاربرد دارند و براي آزمايش هوا به كار مي روند. در اين كابرد هوا بايد از پاره اي تجهيزات آزمايگاهي عبور كند كه اي امر به وسيله ي پمپ خلاء تحقق مي يابد.

در روباتيك آزمايش هوا كاربردي ويژه دارد . براي مثال بسياري از روبات هاي امدادگر با تعيين ميزان CO2 هوا متوجه وجود انسان زنده در محيط عمليات مي شوند. در اين كاربرد سنسور درون جعبه اي قرار ميگيرد. يك شيلنگ هوا به جعبه وارد و يك شيلنگ از آن خارج ميشود.

شيلنگ اول حامل هواي محيط است و ومي به پمپ خلاء متصل ميشود . البته در صورت لووم و با برخوداري از كمي اقبال مي توانيد سنسور را درون بدنه ي پمپ جاسازي كنيد.

بهاي اين پمپ ها به دليل كاربرد محدود، نسبتا بالاست. البته با كمي شانس مي توانيد اقلام استوك را با بهايي مناسب خريداري كنيد. اين پمپ ها را شركت هاي عرضه كننده خدمات ايمني عرضه مي كنند.

معمولا درون پمپ ها باتري قابل شارژ وجود دارد. بنابراينپمپ به منبع تغذيه نياز ندارد. اين پمپ با آداپتور شارژ مي شور. همان طور كه گفته شد سنسور گاز درون يك جعبه جاسازي شده است و جريان هواي خارج وارد جعبه مي شود.

نرخ ورود هوا به جعبه مي تواند بر عملكرد سنسور تاثير بگذارد. براي كنترل اين مساله مي بايست امكان تنظيم مقدار هواي ورودي به جعبه وجود داشته باشد بنابراين بايد مقدار ي پنيوماتيكي ساده طراحي كنيد كه ساختار آن بار اضافي به پمپ وارد نكند. ساختار مدار فوق بصورت زير است:

شيرها:

شير وسيله اي جهت كنترل يا تنظيم استارت، توقف و جهت دادن و نيز كنترل فشار يا جريان ماده است. شيرها تنوع بسيار بالايي دارند و شمارش انواع آنها نا ممكن است. شيرها بنا بر عملكرد در رده هاي مختلفي قرار مي گيرند كه به شرح زير است:

شير قطع و و صل

شير يك طرفه

قطع و و صل

شير يك طرفه

شير تنظيم فشار

شير كنترل ميزان جريان

شير تخليه ي سريع

شير OR

شير AND

سيلندر:

سيلندر يا جك پنيوماتيكي نيروي هواي فشرده را به حركت رفت و برگشت تبديل مي كند. براي تشريح ساختار يك سيلندر به زبان ساده بايد ساختار يك سرنگ را در ذهن تجسم كرد. اگر از سوزن سرنك، هواي فشرده و نيرومندي وارد آن شود قسمت متحرك متحرك سرنگ به عقب رانده مي شود. عملكرد سيلندر دقيقا مثل سرنك است.

سيلندرها در 1قلام متونعي ساخته ميشوند كه از نظر ساختار و كاربرد متفاوت اند، مشروح اين اقلام به شرح زير است:

سيلندر يك كاره ي فنري

سيلندر ديافراگمي

سيلندر ديافراگمي غلتكي

سيلندر دو كاره

سيلندر دو كاره با ميله ي پيستون دو طرفه

سيلندر دو كاره با ضربه گير در انتهاي موضع

سيلندر تاندم

سيلندر چند موضعي

سيلندر ضربه اي

سيلندر دو كاره و يك كاره ي تلسكوبي

سيلندر نان روتيشن

لوله و شيلنگ:

جهت انتقال هوا درون مدار از لوله هاي شيلنگ استفاده مي شود. لوله ها انعطاف كمي دارند. جنس لوله ها از آلومينيوم يا پلاستيك است. قطر خارجي لوله ها بين 12 تا 28 ميليمتر است و قطر داخلي لوله ها ي آلومينيومي بين 10 تا 25 و لوله هاي پيلاستيك بين 9 تا 23 ميليمتر متغير است.

كاربرد لوله ها در پنوماتيك با تمام ويژگي هايشان در مقايسه با شلينگ نا چيز است.

شيلنگ ها انعطاف بالايي دارند و ممكن است يك يا چند لايه باشند. روي برخي شيلنگ ها يك لايه از سيم هاي فلزي بافته شده است كه مقاومت آنها را در برابر نا ملايمات مكانيكي محيط افزايش مي دهد. برخي از اين شيلنگ ها متشكل از دو شيلنگ متصل به يكديگراند.

برخي از شيلنگ ها هم به شكل فنر هستند. از نظر عملكرد دو نوع شيلنگ وجود دارد كه يكي براي مدارات هواي فشرده و ديگري براي مدارات خلاء بكار مي روند.

مخزن هواي فشرده:

مخزن هواي فشرده يكي از منابع تامين هواي فشرده مورد نياز مدار پنيوماتيكي است. همچنين در ساختمان كمپرستورها يك مخزن هواي فشرده قرار مي دهند تا فشار هوا تثبيت شود و ضربان هواي كمپرستور از بين ببرد. اين مخزنها در اندازه هايي متفاوت ساخته مي شودو برخي از آنها در فروشگاههاي خيابان لاله زار موجود است.

آنهايي را كه زمينه مصرف كمتري دارند را مي توان به شركت هاي معتبر عرضه محصولات پنيوماتيك سفارش داد. اين مخزن ها را مي توان در حجم هاي 1،0 ليتر و بيشتر، يافت.

بدنه برخي از اين مخازن از جنس آلومينيوم استكه سبب ميشود مخزن بسيار سبك باشد.

تايمر:

در مدارات پنيوماتيكي با روشي ساده مي توان كاري كرد كه فرمان با تاخيري قابل تنظيم اجرا شود. به عبارتي يك تايمر در بطن مدار وجود داشته باشد كه با تاخيري دلخواه فرمان را به تاخير انداخته و بعد اجزاي اجرا دهد.

با توجه به به كاربرد گسترده ي تامير، اين مدار تبديل به يك قطعه كرده كه يك پيچ قابل تنظيم دارد و اندازه ي آن بسيار كوچك است. به قطعه تايمر مي گويند. تايمر يك ورودي تتحريك، يك ورودي تعذيه و يك خروجي دارد.

در نگاه اول، كاربرد اين قطعه محدود به نظر مي رسد. اما در ساخت بسياري از مدارات كار را ساده مي كند.

براي مثال در روباتي كه توپهاي تنيس را از مخزن خود به بيرون پرتاب مي كند، يك جريان هوا به دو جك داده مي شود.

جك اول توپ را از مخزن خارج كرئه و در مسير ضربه جك دوم قرار مي دهد. قبل از آنكه هوا به جك دوم وارد شود از يك تايمر عبور ميكند و جك دوم با تاخير به كارمي افتد در نتيجه جك اول از زمان لازم براي جا گذاري توپ در مسير جك دوم بهره مند ميشود.

البته كاربرد اين مثال كم است اما مثالهاي مهم ديگري نيز وجود دارند.

گريپر:

گريپر يكي از متداول ترين اجزاي بازوي روبات است عملكرد ظاهري آن دست خرچنگ را تداعي مي كند. با توجه به نوع مدار پنيوماتيكي كه طراحي ميكنيد، مي توانيد انگشتتان يك گريپر را با سرعت دلخواه باز و بسته كنيد.

گريپر ها بيشتر براي مساءل روباتيك ساخته مي شوند و در حوزه هاي ديگر كاربرد كمتري دارند. گريپر هاي پنيوماتيكي چهار نوع مختلف دارند اينك به بيان خصوصيات ظاهري اين گريپر ها پرداخته و از تفاوت هاي مكانيزم اين گريپرها چشم پوشي مي كنيم.

گريپر ها عبارتند از:

گريپر موازي

گريپر سه انگشته

گريپر شعاعي

گريپر زاويه اي

منابع:

كتاب ساخت روبات

كتاب طراحي و كابردهاي نيوماتيك

سايت FESTO

سايت SMC

سايت OMRON

سايت aico