هدف این پروژه طراحی یک ابزار رباتیک سه درجه آزادی کارتزین می باشد. یکی از اصلی ترین اهداف طراحی این ابزار قابلیت تغییر فضای کاری پوشش داده شده توسط آن و همچنین سادگی مکانیزم های مورد استفاده می باشد. در ابتدا طراحی مکانیکی ابزار (CAD) در نرم افزار CATIA انجام شده است. درجه آزادی ابزار در جهت X و Y با استفاده از مکانیزم تسمه ای CoreXY و دو عدد استپر موتور انجام شده است. این مکانیزم علاوه بر سادگی، دارای دقت بالا می باشد و به راحتی با تعویض سایز تسمه مورد استفاده و بدنه اصلی ربات، می توان فضای کاری ابزار در این دو جهت رو تغییر داد. در سپس سرعت متناظر برای هر کدام از دو موتور مورد استفاده در CoreXY برای حرکت در هر جهت دلخواه با سرعت مطلوب محاسبه شده است. در ادامه طراحی مکانیکی، درجه آزادی کارتزین محور Z با استفاده از دو عدد لیداسکرو و دو عدد استپر موتور ارائه شده است. لیداسکرو علاوه بر دقت بالا، دارای قدرت زیاد برای حمل بار، عدم لرزش و لقی می باشد. پس از تکمیل طراحی بخش مکانیکی، مدارهای الکترونیکی و قطعات مورد نیاز برای مونتاژ بخش الکترونیکی مجموعه ارائه شده است. بخش الکترونیکی از برد آردوینو، برد کنترل کننده Ramps، چهار عدد استپر موتور و سه درایور DRV8825 تشکیل شده است. در ادامه شبیه سازی ربات و اعمال کنترلر PID در متلب مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی در محیط سیمولینک متلب، ابتدا مکانیزم ساده شده ربات در نرم افزار Solidworks طراحی شده است. سپس با استفاده از افزونه SimMechanics Link در نرم افزار Solidworks، مدل سیمولینک ربات استخراج شده است. لازم به ذکر است با توجه به عدم وجود این افزونه در Solidworks و ارتباط آن با متلب به صورت پیش فرض، روش نصب و استفاده از آن ارائه شده است. با افزودن مدل استخراج شده به محیط سیمولینک، اعمال کنترل PID و محاسبه ضرایب برای موتورها در جهت X، Y و Z با استفاده از PID Tuning انجام شده است. در نهایت با استفاده از مکانیزم پیشنهادی و مجموعه الکترونیکی به همراه استفاده از ضرایب کنترلی پیشنهاد شده، ساخت و اعمال حرکت به ربات عملی می باشد. ضمن اینکه با دسترسی به تمامی فایل های شبیه سازی شده، قابلیت تغییر ویژگی های ربات برای دسترسی به ویژگی های جدید در آینده فراهم می باشد.

آنچه در این شبیه سازی خواهید آموخت

1- نحوه مدلسازی ربات سه درجه آزادی در نرم افزار CATIA

2- نحوه ایجاد مکانیزم حرکتی سه درجه آزادی کارتزین 

3- آشنایی با مکانیزم حرکتی در درجه آزادی CoreXY

4- آشنایی با مدارهای الکتریکی مورد نیاز برای ربات سه درجه آزادی و همچنین پرینترهای سه بعدی

5- نحوه مدلسازی در سالیدورکس و استخراج مدل مربوطه برای کار در محیط سیمولینک متلب

6- آشنایی با جعبه ابزار SimMechanics link برای ارتباط بین سالیدورکس و متلب

7- کار با سیمولینک ربات سه درجه آزادی در متلب و استخراج پارامترهای کنترلر PID

نکات و الزامات

1- مدل سه درجه آزادی ربات، در نرم افزار CATIA V5R19 و نسخه های بالاتر قابل اجرا می باشد.

2- مدل سه درجه آزادی ساده شده ربات در نرم افزار Solidworks 2016 و نسخه های بالاتر قابل اجرا می باشد.

3- فایل سیمولینک ربات با استفاده از جعبه ابزار SimMechanics link قابل استخراج می باشد.

4- جعبه ابزار SimMechanics link به صورت پیش فرض در سالیدورکس و متلب نصب نمی باشد. روش نصب این جعبه ابزار در گزارش کار ارائه شده است.

5- کد نوشته شده برای حرکت ربات در نرم افزار آردوینو نوشته شده است. این کد در بخش پیوست گزارش قابل دسترسی می باشد.