کتابخانه مجازی مکاترونیک

رباهای زیر آبی

روبات های زیر آبی

تعريف ربات زيرآبی

يک وسيلهٔ نقليهٔ پويش‌گرِ قابل کنترل از راه دور (ROV) زيردريايي، «ربات زيرآبي است که به اپراتور اين امکان را مي‌دهد که اين وسيله‌ را در اعماق آب کنترل و هدايت کند و از طريق اعمال فرامين عمليات‌ مورد نظر را از طريق تجهيزاتِ ربات، انجام دهد»، که اختصارا «ربات زيرآبي» خوانده خواهد شد. ربات‌هاي زيرآبي در اندازه‌ها و ابعاد متفاوت و با گسترهٔ متنوعي از تکنولوژي‌ها و امکانات در سال‌هاي اخير طراحي، ساخت، آزمايش و به‌کارگيري شده‌ و حتي در برخي موارد به توليد صنعتي رسيده‌اند. انواع اين ربات‌ها از نمونه‌هاي کوچک و ساده‌اي که صرفاً مجهز به دروبين فيلم برداري کوچکي هستند تا گونه‌هاي پيشرفته و بسيار پيچيده‌اي که در اعماق بيش از شش هزار متري دريا امکان انجام عملکردهاي متنوع و متعددي را دارند، شامل مي‌شوند. اجزاي ربات زيرآبي که توسط کابل ارتباطي به اپراتور واقع در سطح دريا متصل است، عبارت‌اند از سيستم هدايتي جهت کنترل ربات، سيستم رانش، سيستم به آب‌انداختن ، منابع تامين قدرت و کابل ارتباطي که توان لازم جهت عملکرد پروانه‌ها و نيز دستورات و سيگنال‌هاي کنترلي را به ربات و داده‌هاي توليد شده توسط حسگرها را به اپراتور در سطح دريا منتقل مي‌کنند. در اغلب موارد اين کابل شامل غلاف مقاومي است که آن را در برابر بارهاي وارده و نيز برخوردهاي احتمالي با اجسام واقع در زير آب و پارگي و خرابي ناشي از آن، محافظت مي‌کند. ربات‌هاي زيرآبي، مي‌توانند داراي تجهيزات متفاوتي باشند که از دوربين تلويزيوني کوچک، که جهت مشاهدات ساده به کار مي‌روند تا مجموعه‌هاي پيچيده‌اي از ابزارآلات مانند بازو‌هاي مکانيکي ماهر متنوع و قدرت‌مند، دوربين‌هاي تلويزيوني و ويدئويي و ديگر ابزار و وسايل پيشرفته را در بر مي‌گيرد.

امروزه ربات‌هاي زيرآبي پيشرفته‌اي ساخته شده‌اند که بدون استفاده از کابل، امکان هدايت‌شان در اعماق دريا وجود دارد.اين گونه از ربات‌هاي زيرآبي را «ربات خودکار زيرآبي(AUV)» مي‌نامند که جهت جستجو در اعماق اقيانوس و انجام مطالعات اقيانوس‌شناسي و نيز مصارف‌ نظامي، کاربردهاي فراواني دارند. در عين‌ حال که اغلب تکنولوژي طراحي و ساخت ربات‌هاي زيرآبي با قابليت‌ها و توانايي‌هاي متنوع، بسيار گران قيمت و پرهزينه‌است اما در سال‌هاي اخير تلاش‌هايي نيز براي ساخت ربات‌هاي زيرآبي با صرف هزينهٔ پايين صورت پذيرفته‌است.

== کاربردهاي ربات‌هاي زيرآبي ==

امروزه ربات‌هاي زيرآبي بخش جداناشدني صنايع و علوم دريايي هستند. در حال حاضر اين ربات‌ها بخش بسيار مهم و قابل اعتمادي از صنايع ساحلي و فراساحلي مي‌باشند که توسط نهادهاي تجاري، دولتي، نظامي‌ و دانشگاهي مورد استفاده قرار مي‌گيرند.ربات‌هاي زيرآبي مدرن، امروزه طيف متنوعي از وظايف محوله را، از بازرسي محيط‌هاي خطرناک درون راکتور هسته‌اي گرفته تا تعمير تأسيسات *پيچيدهٔ زيردريايي صنايع نفت و گاز، به انجام مي‌رسانند. عموماً ربات‌هاي زيرآبي جهت انجام ماموريت‌هاي زير به کار مي‌روند: مشاهدات زيردريايي: جهت کمک و حصول اطمينان از ايمني و سلامت غواص، مطالعات متنوع و جمع‌آوري اطلاعات مربوط به محيط زيست و شيلات، درياشناسي و اقيانوس‌شناسي،

· بازرسي سازه‌· ها و سکوي دريايي و ساحلي: جهت بازرسي عيني از عملکرد وسايل و ابزارآلات و يا بازبيني اثرات خوردگي،· رسوب،· محل وقوع ترک‌· ها،· تخمين بيولوژيک رسوبات و غيره ،·

· بازرسي از خطوط لوله: دنبال‌· کردن خطوط لولهٔ زيردريايي جهت کنترل و بازبيني خطوط از نظر عدم وجود هرگونه نشتي و ديگر عيوب خطوط لوله و اطمينان از نصب صحيح آن‌· ها،·

· نقشه‌· برداري: انجام نقشه‌· برداري‌· هاي عيني و آکوستيک،· که قبل از نصب سازه‌· هاي ساحلي،· سکوهاي فراساحلي،· خطوط لوله‌· ٬ کابل‌· ها و هر گونه عمليات نصب سازه‌· هاي دريايي،· بايد انجام گردند،·

· کمک در انجام عمليات حفاري: انجام بازرسي‌· هاي عيني،· بازبيني هم‌· زمان عمليات نصب٬ به‌· کارگيري و تعمير و نگهداري صنايع حفاري و استخراج در بستر دريا،·

· کمک به انجام عمليات ساخت: کمک به هدايت و کنترل بازو‌· هاي مکانيکي و ديگر ابزارهاي برشکاري،· انتقال قدرت و نصب و ساخت در بستر دريا حين عمليات حفاري،· ساخت و برپاکردن سازه‌· هاي دريايي،· نصب انواع وسائل و ابزارآلات اندازه‌· گيري و نمونه‌· برداري.

· پاک‌· سازي قطعات مخروبه: کمک به انجام ماموريت‌· هاي ايمن‌· سازي و پاک‌· سازي فضا و بستر دريا در پيرامون اسکله‌· ها،· سکوها و تأسيسات ساحلي و فراساحلي که مي‌· توانند بستر دريا را به انبار بزرگي از مواد و مصالح مخروبه و مستعمل تبديل کنند و ايمني محيط کار و سلامت محيط زيست را به خطر بياندازند،·

· تجهيزات زيردريايي: مشارکت در روند ساخت،· کارکرد،· بازرسي و تعمير تجهيزات زيردريايي به خصوص در اعماق زياد،· نگهداري از سکوهاي بارگذاري شده،· برج‌· هاي روشنايي و لنگرها،·

· کشف و نجات اجساد و اجسام زير دريا: جستجو،· شناسايي و انجام عملياتي نظير نجات اضطراري وسائل زيرآبي غرق شده ،· بالاآوردن تجهيزات گم شده در بستر دريا و نيز کشف اجساد و اجسام به جاي مانده از سوانح هوايي يا دريايي،·

· جايگزيني غواصان: مشارکت در بسياري از ماموريت‌· هايي که انجام آن به سبب وجود خطر بسياز زياد و يا حجم و گسترهٔ وسيع،· براي غواصان مشکل يا غيرممکن باشد.

موارد بالا فقط کاربردهاي دريايي رايج را شامل مي‌گردند در حالي که عملکرد اين ربات‌ها به موارد بالا محدود نبوده و کاربردهاي فراوان و متنوع ديگري را نيز شامل مي‌گردند که در ادامه مورد بحث قرار خواهند گرفت.

از آن‌جا که درصد بالايي از منابع نفت و گاز جهان در دريا واقع هستند، استفاده از ربات‌هاي زيرآبي در اين زمينه کاربردهاي فراواني دارند، چنان که مي‌توان گفت مهم‌ترين و وسيع‌ترين کاربرد ربات‌هاي زيرآبي در سراسر جهان، در صنايع نفت و گاز جهت انجام عمليات اکتشاف و استخراج نفت و گاز است. از اواسط دهه هفتاد تکنولوژي ربات‌هاي زيرآبي کمک‌هاي وسيعي به عمليات‌ جستجوي منابع انرژي زيرزميني در دريا نموده‌اند. در حال حاضر چنين ماموريت‌هايي توسط ربات‌هاي زيرآبي با قدرت و اطمينان‌پذيري بالا در اعماق بيش از ۲۵۰۰ متري انجام مي‌شوند. امروزه عمليات‌ حفاري جهت استخراج نفت و گاز در آب‌هاي کم‌عمق گرفته تا اعماق بسيار زياد دريا - ۱۵۰۰ متري - صورت مي‌پذيرند که ربات‌هاي زيرآبي امکان پشتيباني از کليهٔ اجزاي حفاري را داشته و در تمامي مراحل نصب و ساخت، بازرسي و نگهداري و نيز تعمير و ديگر فعاليت‌هاي مربوطه به کار مي‌روند. بيش از شصت درصد ربات‌هاي زيرآبي جهان در صنعت نفت و گاز فعاليت مي‌کنند و اغلب در عمليات‌ حفاري مشارکت مي‌کنند. سيستم‌هاي به کار گرفته شده در اين پروژه‌ها قابليت کار در عمق ۳۰ متري تا ۳۰۰۰ متري را دارند. لذا امکان استفاده از تمامي‌ انواع ربات‌هاي زيرآبي موجود، در اين صنعت وجود دارد. علاوه بر صنايع نفت و گاز، ربات‌هاي زيرآبي در نصب و نگهداري سکوها، سيستم‌هاي زيردريايي، نصب، حمل و نگهداري و به کاربري خطوط جرياني، سيم‌ها و کابل‌هاي‌هاي خطوط مخابراتي نيز نقش مهمي دارند. ربات‌هاي مشاهده‌گر نوعا در آب‌هاي کم عمق يا بسترهاي پوشيده از درخت و گياه کاربرد دارند. ربات‌هاي سنگين و قدرت‌مند اغلب در آب‌هاي عميق‌تر، مناطقي با جريان‌هاي زيرآبي قوي و زياد به خصوص هنگامي‌که استفاده از تکنولوژي و ابزارهاي نوين و پيشرفته، بازو‌هاي مکانيکي ماهر و انتقال سيال يا حمل و نگهداري بار مد نظر باشد، به‌کار مي‌روند. مشارکت در عمليات حفاري، نصب و ساخت تجهيزات صنعتي در اعماق دريا نياز به اپراتور ماهر و دانش مهندسي پيشرفته در طراحي و ساخت ربات و نيز هدايت و ناوبري‌ِ ربات دارد.

کاربرد نظامي‌ ربات‌هاي زيرآبي در آغاز به انجام عمليات‌ جستجو و بازيابي وسايل و تسليحات غرق شده، محدود مي‌گشت. به مرور با افزايش سرمايه‌گذاري بر روي اين تکنولوژي در صنعت نظامي، قابليت‌هاي ربات‌هاي زيرآبي در اين زمينه‌ نيز افزايش جالب توجهي يافت. يکي از مهم‌ترين موارد کاربرد ربات‌هاي زيرآبي استفاده از آن‌ها در چيدمان و نيز خنثي‌سازي مين‌هاي جنگي است، که اغلب انجام آن با استفاده از شناورهاي سطحي و يا غواصان سخت، مشکل و خطرناک است. استفاده از ربات‌هاي زيرآبي مي‌تواند نقش مهمي‌ در طراحي استراتژي‌هاي جنگي و تدافعي و تامين امنيت مرزهاي ساحلي در زمان صلح و نيز کشف و خنثي‌سازي محدودهٔ آب‌هاي سرزميني، از مين‌ها و هم‌چنين تسليحات و ادوات مستعمل به جاي مانده از دوران جنگ، داشته باشد. با توجه به گسترش ربات‌هاي زيرآبي خودکار، به نظر مي‌رسد استفاده از اين تکنولوژي در صنايع نظامي بسيار وسيع و مطلوب باشد. چرا که در کاربردهاي نظامي اغلب مطلوب است ربات در گسترهٔ وسيع حرکت کند و از موانع متعدد گذر کند و لذا مطلوب است که ربات بدون کابل بوده و مجهز به تکنولوژي‌هاي پيشرفتهٔ کنترل و هدايت از راه دور باشند و ضمنا بتوانند به صورت خودکار مسير مطلوب را يافته و نيازي به منبع انرژي خارج از ربات نباشد.

ضعف تکنولوژي، محققان و دانشمندان را از تحقيق در اعماق درياها و اقيانوس‌ها براي سال‌ها و تا اوايل سال ۱۸۷۰ محروم نگاه داشته بود. امروزه روش‌هاي متعددي براي تحقيق در زير و بستر دريا فراهم آمده‌است که از سبدهاي قابل يدک‌کشي توسط کشتي تا زيردريايي‌هاي نفربر، از آن جمله‌اند. اما ورود تکنولوژي ساخت و توليد ربات‌هاي زيرآبي مجهز به دوربين‌ها و بازوهاي مکانيکي ماهر و قدرت‌مند به‌ اين عرصه، امکانات قابل توجهي در اختيار محققان در زمينه‌هاي زيست‌شناسي و اقيانوس‌شناسي قرار داد. توانايي چنين ربات‌هايي در تهيه فيلم و عکس‌هاي با کيفيت بسيار بالا از مکان‌ها و محل‌هايي در اعماق دريا که پيش از اين دست يافتن به آن غير ممکن بوده‌است، کمک منحصر به فردي به محققان‌ اين عرصه نموده‌است. نمونه‌هاي فراواني از اين گونه ربات‌هاي زيرآبي جهت انجام امور پژوهشي و تحقيقاتي در دانشگاه‌ها و مراکز تحقيقاتي و پژوهشي دنيا طراحي و ساخته شده‌اند که در فعاليت‌هايي نظير :

· پيمايش ميداني و مشاهدات عيني اعماق و بستر دريا جهت مطالعات زيست‌· شناسي و بوم شناسي،·

· نمونه‌· برداري از اعماق و بستر دريا،·

· نقشه‌· برداري و تهيه عکس و فيلم از بستر دريا،·

· مطالعه و بررسي انواع ماهيان و آبزيان،·

· مطالعه و بررسي وضعيت زيست محيطي جانوران و گياهان دريايي،·

· مشاهدهٔ رفتار آتشفشان‌· هاي زيردريايي

مشارکت مي‌کنند.

کاربردهاي فراوان ديگري نيز براي ربات‌هاي زيرآبي در غير از محيط دريا و اقيانوس وجود دارد که در اين بخش به برخي از رايج‌ترين آن‌ها اشاره خواهد شد. چنان‌که گفته شد در بسياري موارد ربات‌هاي زيرآبي براي دستيابي به اعماقي که ورود به آن توسط غواص خطرناک و در برخي موارد غيرممکن است، استفاده مي‌شوند. اين ربات‌ها در محل‌هايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند که بايد به صورت مرتب مورد بازديد قرار گيرند و اين امر براي غواصان سخت٬ خسته‌کننده و خطرناک است. مناطقي که در معرض تابش اشعه‌هاي راديواکتيو قرار دارند يا اماکني که امکان ديد در آن‌ها به طور کلي براي غواص وجود ندارد٬ تونل‌هاي خطرناک و طولاني‌ آبي در اطراف سدهاي برزگ و عظيم٬ قرارگرفتن در جريان رودخانه‌هاي متلاطم و خروشان از جمله کاربردهاي ربات‌هاي زيرآبي در خشکي است. از ديگر موارد کاربري ربات‌هاي زيرآبي در خشکي عبارت‌اند از:

· بازرسي از پايه‌· هاي پل‌· ها،·

· بازديد از بدنه و دريچه‌· هاي سد‌· ها،·

· بازديد از مخازن ذخيرهٔ آب و ديگر مواد صنعتي جهت بازرسي٬ نمونه برداري و پاکسازي،·

· تهيه فيلم و عکس و نيز نمونه‌· برداي و انتقال اشياء و اجسام قديمي غرق شده،·

· بازديد و بررسي بستر رودخانه‌· ها،·

· تهيه فيلم و اسناد ويدئويي،·

· بازرسي از درون خطوط لوله‌· هاي با قطر زياد،·

· بازرسي از راکتور هسته‌· اي.

بايد به اين نکته نيز توجه داشت که در بسيار موارد ربات‌هاي زيرآبي به طور کامل جانشين غواص نمي‌شوند بلکه به عنوان نيروي پشتيبان و جهت تسهيل انجام عمليات‌ها و يا جهت تهيهٔ فيلم و عکس٬ استفاده از بازو‌هاي مکانيکي٬ تامين نور و روشنايي محل و نيز اطمينان از ايمني و سلامت محيط کاري غواص، به کار مي‌روند.

«ربات‌هاي زيرآبي» توسط مشخصه‌هايي نظير اندازه، عمق قابل دستيابي، توان مصرفي و ديگر مشخصات الکتريکي و يا الکتروهيدروليکي٬ شناسايي و دسته‌بندي مي‌گردند. در ادامه به ويژگي‌هاي برخي از اين گونه‌ها اشاره مي‌گردد:

اين گروه شامل ربات‌هاي زيرآبي با هزينهٔ پايين و اغلب تماما الکتريکي است که در اعماق حدود ۳۰۰ متري مي‌توانند فعاليت کنند. اين ربات‌ها جهت اعمالي مانند بازرسي و مشاهدات زيرآبي به کار مي‌روند. در ضمن با تلاش‌هاي جديد در توسعه و پيشرفت ربات‌هاي کوچک بهبودهاي قابل ملاحظه‌اي در طراحي سيستم‌هاي الکتريکي و توليد و انتقال قدرت آن‌ها صورت پذيرفته‌است که باعث شده از لحاظ عملکرد، قابليت‌هاي کاربردي و دست‌يابي به اعماق بيشتر در سطح مطلوب‌تري نسبت به نمونه‌هاي پيشين باشند. هزينهٔ تمام شده‌ي‌ اين ربات‌ها در حدود ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار دلار است. امروزه ربات‌هاي کم هزينه به شکل وسيعي در کاربردهاي علمي و پژوهشي٬ بازسازي صنايع آبي، جستجو و امداد و نجات، بازرسي از سدها، آب‌راه‌ها، بنادر و کشتي‌ها، بازرسي از راکتور هسته‌اي و مشاهده و بازرسي از سازه‌هاي ساحلي به کار مي‌روند. تا سال ۲۰۰۰‌، ۳۵ گونهٔ مختلف از اين گونه ربات‌هاي زيرآبي طراحي و ساخته شده‌اند. در حال حاضر ۲۷ توليد کننده مختلف ۵۰۰ گونهٔ متفاوت از اين نوع ربات‌ها را توليد مي‌کنند. امروزه حدود ۲۲ درصد ربات‌هاي موجود را اين دسته تشکيل مي‌دهد.

اين گروه جديد از ربات‌هاي زيرآبي کوچک و الکتريکي که در کمتر از ۵ سال پيش متولد شده‌اند، داراي هزينهٔ به نسبت بالايي – نزديک ۵۰۰۰۰ دلار- مي‌باشند. اين ربات‌ها از تکنولوژي‌ جديد موتورهاي الکتريکي٬ سيستم کنترلي قابل کاربري و هدايت توسط کاربر و سيستم انتقال داده‌هاي مجهز به فيبر نوري استفاده مي‌کنند. ربات‌هاي زيرآبي الکتريکي مي‌توانند درعمق ۲۰۰۰ متري دريا کار کنند. توانايي انجام کارهاي سنگين هنوز براي ربات‌هاي الکتريکي ممکن نيست چرا که چين امري نيازمند سيستم راه‌بري و بازو‌هاي مکانيکي و الکتروهيدروليکي پيشرفته‌است. اما با اين حال‌ اين گروه از ربات‌هاي زيرآبي بسياري از فعاليت‌هاي دريايي و زيرآبي را با هزينه‌اي پايين انجام مي‌دهند. از اين دسته ربات‌هاي زيرآبي‌ها به دليل عملکرد مطلوب‌شان، به شکل وسيعي در حوزه‌هاي نظامي و دانشگاهي استفاده مي‌گردند. اين ربات‌ها در مقايسه با انواعي که در صنعت نفت و گاز مورد استفاده قرار مي‌گيرند از چندان پيچيدگي قابل ملاحظه‌اي برخوردار نيستند. در ادامه به نمونه‌هايي از ربات‌هاي زيرآبي با قابليت‌ها و توانايي‌هاي بسيار بالاتر و پيچيده‌تر اشاره خواهد شد.

اين دسته از ربات‌ها امکان رسيدن به اعماق فراتر از ۴۰۰۰ متر را دارند. اين ربات‌ها جهت کوچک نگاه داشتن ابعاد (قطر) کابل ارتباطي اغلب از انرژي کمتري استفاده مي‌کنند و بيش‌تر در عمليات‌ امداد و نجات و نيز تحقيق و جستجو در اعماق اقيانوس‌ها به کار مي‌روند. در اين‌گونه ماموريت‌ها، ربات به توان زيادي جهت مشاهده و بازرسي و حرکت در امتداد مسير معيني نياز ندارد. به کمک اين‌گونه ربات‌هاي زيرآبي محققان اين امکان را يافته‌اند تا براي مدت زياد و دفعات مکرر امکان مشاهدهٔ اعماق و بستر اقيانوس‌ها را داشته باشند. در کاربردهاي نظامي‌ هم‌ اين ربات‌ها جهت بازديد از بستر دريا و نيز کشف و نجات اجسام و اجساد مغروق در بستر اقيانوس‌ها به کار مي‌روند.

اين دسته از ربات‌هاي زيرآبي‌ شامل ربات‌هايي با ويژگي‌هاي منحصر به فردي نظير قابليت انجام کارهاي سنگين در اعماق حدود ۲۵۰۰ متري و با تواني بالا - بين ۱۵۰ تا ۳۰۰ اسب بخار- و قابليت حمل ۵۰۰۰ کيلوگرم بار هستند که آن‌ها را از ديگرِ گونه‌هاي ربات‌هاي زيرآبي‌ متمايز مي‌کند. با توجه به نياز روز افزون صنايع ساحلي و فراساحلي به نصب وسايل و تجهيزاتي با وزن و ابعاد بالا در اعماق دريا اين گونه از ربات‌هاي زيرآبي بزرگ قدرت‌مند و با قابليت حمل و انتقال بارهاي سنگين به وفور در اين صنايع به کار مي‌روند. نسل جديدي از اين گروه ربات‌هاي زيرآبي براي استفاده در صنايع نفت و گاز که قابليت کار در اعماقِ حدود ۳۰۰۰ متري را دارند، ساخته شده‌اند که در عين دارا بودن ابعاد به نسبت کوچک‌ به تکنولوژي‌هاي بسيار پيشرفته‌اي مجهزند. جهت بالا بردن امکان کنترل‌پذيري و کاهش اثرات اغتشاش کابل، داراي کابل‌هاي ارتباطي با ابعادي حداقل مي‌باشند. آن‌چه اين دسته از ربات‌هاي زيرآبي‌ را با انواع ژرف‌پيما متمايز مي‌کند اين است که در نوع ژرف‌پيما، ربات جهت کاهش ابعاد کابل وکاهش مصرف انرژي فقط امکان استفاده از توان کمي‌ را دارد اما گونه‌هاي جديد ربات‌هاي زيرآبي‌ از توان‌ بالاتري جهت انجام کارهاي سنگين در اعماق بسيار زياد استفاده مي‌کنند. انجام عمليات جستجو و رديابي در اعماق بيش از ۱۲۰۰۰ متر و انجام عمليات حمل و نصب قطعات در عمق ۶۰۰۰ متر طبيعتا به تکنولوژي نوين و پيشرفته‌اي نياز دارد که هم چنان مد نظر طراحان و مهندسان تکنولوژي دريايي است و برخي توفيق‌ها در آن اخيرا به دست آمده‌است و تا کنون فقط نمونه‌هاي انگشت شماري از اين گونه ربات‌ها در دنيا ساخته شده‌اند.

در اغلب ربات‌هاي زيرآبي از کابل براي انتقال توان به راه‌اندازها و نيز انتقال فرامين استفاده مي‌شود و نيز داده‌هاي حسگرها و دوربين‌ها نيز از طريق کابل به کاربر انتقال داده مي‌شوند. اما کابل از طرفي باعث افت انرژي شده و براي عمق‌هاي زياد و محدوده‌هاي عملکرد وسيع، ميزان توان مصرفي را افزايش مي‌دهد. از سوي ديگر براي انتقال توان بالا، افزايش قطر کابل سبب افزايش نيروهاي هيدروديناميکي وارده و افزايش اغتشاش وارده به سيستم مي‌شود. لذا در بسياري از کاربردها استفاده از ربات‌هاي زيرآبي داراي کابل، مشکلات و محدوديت‌هاي فراواني دارد. تکنولوژي ساخت اين‌گونه از ربات‌هاي زيرآبي‌ که کار برروي آن‌ها از اوايل دهه هشتاد آغاز شده‌است٬ هنوز دوران آغازين خود را مي‌گذراند. اين ربات‌ها مجهز به سيستم کنترل و هدايت مرکزي، سيستم ارتباطي پيشرفته و سيستم توليد توان هيدروليکي به منظور توليد انرژي لازم جهت پروانه‌ها و ديگر ابزارها و بازو‌هاي مکانيکي است. تاکنون در مجموع بيش از هفتاد گونهٔ مختلف از ربات‌هاي خودکار توسط دوازده کشور ساخته شده‌است. علاوه بر انواع ذکر شده برخي ديگر از ربات‌هاي زيرآبي متناسب با نوع کاربري طراحي و ساخته شده‌اند که به عنوان مثال مي‌توان ربات‌هايي که توسط کشتي يا قايق پشتيبان به صورت يدک‌کش به‌کار مي‌روند را نام برد که در بازرسي از خطوط لوله٬ نقشه‌برداري و مشاهدات علمي‌کاربردهاي وسيعي دارند.

امروزه به کمک روش‌هاي پيشرفته طراحي کامپيوتر٬ طراحي ربات‌هاي زيرآبي نيز پيشرفته‌تر و دقيق‌تر شده‌است. بديهي است اکنون که طراحي و ساخت ربات‌هاي پيچيده و چند منظوره و داراي توان دستيابي به اعماق بسيار زياد دريا و اقيانوس مورد نظر است، دستيابي به سطوح بالايي از دانش طراحي نيز لازم و ضروري خواهد بود. اين ربات‌ها بايد داري انعطاف‌پذيري مطلوبي باشند، چنان که قابليت انجام فعاليت‌ها و ماموريت‌هاي متنوعي براي آن‌ها مهيا باشد. به منظور تامين اهداف مطلوب در طراحي ربات‌هاي زيرآبي بايد دو نکته را مد نظر داشت: نوع عملکرد مورد نظر و مقدار عمقي که ربات در آن بايد به کار بپردازد. علي رغم موارد بالا طراحي ربات زيرآبي بايد به صورت مجموعه‌اي واحد و با در نظر گرفتن تمامي ملاحظات طراحي لازم و مرتبط صورت پذيرد که برخي از آن‌ها عبارت‌اند از:

· هزينه‌· ي‌· تمام شده

· اندازه و ابعاد مطلوب با توجه به نيازمندي‌· ها و قابليت‌· هاي مورد نظر

· تکنولوژي موجود و در دسترس

· توان و قدرت مورد نياز

· ابعاد

· وزن

· فضاي مورد نياز در عرشه کشتي

· حداکثر عمق

· نوع شرايط دريايي که ربات در آن امکان کار دارد

· حداکثر بار مفيد قابل حمل

· کاربرد

· چندمنظوره بودن

· ايمني

· اطمينان‌· پذيري

· ثبت مسير حرکت (در صورت لزوم)

· قابليت تعمير و نگهداري

· اجزا و سيستم‌· هاي واسط جهت هدايت و راهبري و قابليت‌· هاي دردسترس اين سيستم

چنان که ذکر شد ربات‌هاي زير آبي اجزا مختلف و متعددي دارند که عموماً شامل موارد کلي و اساسي زير است:

· بدنهٔ ربات

· سيستم رانش و حسگرها

· واسط(هاي) کنترلي و نمايشي

· سيستم توزيع قدرت

· کابل‌· هاي هدايتي و ارتباطي

· سيستم هدايت و کنترل

• نوشته شده در ۲۷ مهر ۱۳۹۰   |   
• نظرات - ۰   |   
• نظر بدهید

عنوان نظر
متن نظر
نام
ایمیل

---

معرفی کتاب

• نوشته شده در ۲۷ مهر ۱۳۹۰   |   
• نظرات - ۰   |   
• نظر بدهید

عنوان نظر
متن نظر
نام
ایمیل

---

روش تست قطعات الکترونیکی

روش تست قطعات الکترونیکی

 تست مقاومت

 مقاومت ثابت

جهت تست از دو نوع مولتی متر می توانیم استفاده کنیم :

تست با مولتی متر دیجیتال : در این روش در حالیکه مولتی متر را در مد تست مقاومت می گذاریم دو ترمینال مولتی متر را در ابتدا به هم اتصال می دهیم تا سیمهای ترمینال وخطای مولتی متر را کنترل نمائیم سپس دو پایه ترمینال را به دوسر مقاومت وصل نموده مقدار اهم نشان داده شده را قرائت می کنیم در صورتیکه این مقدار با اندازه مقاومت که از روی رمز رنگها و یا از روی نوشته روی مقاومت قابل تشخیص است مقایسه می کنیم اگر این دو عدد بهم نزدیک بودند باتوجه به خطای مقاومت می گوئیم که مقاومت سالم است .

 تست با مولتی متر آنالوگ ( عقربه ای ) : در این روش نیز باید مولتی متر را در رنج های تست کننده مقاومت بگذاریم البته تعیین این رنج بستگی به مقدار مقاومت ما دارد اگر مقاومت ما کوچکتر از 100 ، اهم است مولتی متر را در رنج Rx1 و اگر از 100اهم بزرگتر و کوچکتر از 10 کیلو اهم است در رنج Rx100 و در صورتیکه بزرگتر از 10 کیلو و کوچکتر از 100 کیلو در رنج Rx1k و در صورتیکه بزرگتر از 100 کیلو باشد مولتی متر را در رنج Rx10k قرار داده و مقاومت را تست می کنیم در این مرحله نیز باید میزان اهم قرائت شده با اندازه واقعی مقاومت خیلی نزدیک باشد و فقط در حد خطای آن تلرانس قابل قبول است .

تست مقاومت های متغیر

 پتانسیو متر : برای تست پتانسیومتر به کمک مولتی متر آنالوگ : ابتدا رنج مناسب انتخاب و سپس پایه وسط پتانسیومتر را نسبت به دوپایه دیگر اهم چک می کنیم طبیعی است که سر لغزنده وسط در هر کجا باشد عددی قرائت می شود ونیز می دانیم مجموع هردو عددی که از جمع اعداد قرائت شده هردو پایه طرفین بدست می آید برابر مقدار اهم کل پتانسیومتر می باشد .

حال برای اطمینان از عمل کرد پتانسیومتر در حین تغییر اهم نیز می توانیم یک از پایه های کناری را نسبت به پایه وسط در حالی اهم چک نمائیم که پتانسیومتر را می چرخانیم در هر حالت باید تغییرات اهم را مشاهده کنیم اگر در نقطه ای تغییرات اهم ناجوری ( کم و زیاد شدن غیر طبیعی ) مشاهده شود پتانسیومتر مشکل دارد و خلاصه لازم است که تغییرات یکنواخت و بدون قطع شدن باشد .

 
تست ولوم : می دانیم که ولوم نیز نوعی مقاومت متغیر می باشد پس مانند پتانسیو متر تست می شود .

 
تست مقاومتهای متغیر ویژه یا مخصوص :

این نوع مقاومتها با تغییرات فیزیکی عمل می کنند .

 تست مقاومت مخصوص LDR : می دانیم در مقابل تغییرات نور پاسخ می دهد . پس در حالیکه دو پایه آن را به ترمینالهای مولتیمتر وصل نموده ایم در رنج Rx1k بهتر است در جلو نور مقاومت آنرا قرائت نموده سپس با ایجاد سایه تغییر مقاومت آن را مشاهده کنیم . با پاسخ در مقابل تغییرات نور سالم بودن آن مشخص می شود .

 تست مقاومت ویژه یا مخصوص  VDR: می دانیم که  VDRنوعی مقاومت ویژه یا مخصوص است که با افزایش ولتاژ اهم آن کاهش می یابد پس معمولاً در جایی که قصد ثابت کردن ولتاژ را دارند مانند زنر استفاده می شود .وبرای تست بدلیل ولتاژ بالای آن با اهمتر قابل تست نیست و در مدار و دانستن مقدار ولتاژ محل تست می شود .

 تست مقاومت MDR : این مقاومت در حوزه مغناطیس اهمش بالا می رود و می توان در هنگام تست با آهنربا تغییرات اهمش را ملاحظه کرد . نوع پیشرفته آن به نام IC  هال مشهور است . که در ضبط صوت های قدیمی سیلور دیده ایم .

تست مقاومت PTC : می دانیم PTC نوعی مقاومت است که با افزایش حرارت اهم آن افزایش و با کاهش حرارت اهم آن کاهش می یابد . پس اگر در حالیکه یایه های آن را به وسیله ترمینالهای مولتی متر گرفته ایم با وسیله ای حرارت زا مانند هویه ، سشوار ، ..... حرارت دهیم مقدار اهم آن زیاد شده وعلامت سالم بودن آن است . و عکس این عمل نیز درست است .

تست مقاومت ویژه NTC : عکس PTC عمل می کند .

 تست انواع خازن توسط مولتی متر

تست خازنهای کمتر از10 نانو فاراد بسادگی توسط مولتی متر انجام نمی شود و فقط با خازن سنج تست می شود

و حال تست خازنهای بالاتر از 10nf الی 1میکرو فاراد : برای تست این نوع خازن می توان مولتی متر را روی رنج Rx10 قرار داده و می دانیم لحظه وصل ترمینالهای مولتی متر اگر خازن خالی باشد توسط پیل  9v داخل مولتیمتر شارژ شده و در حان شارژ عقربه مولتیمتر اهم مدار را در لحظه عبور جریان نشان می دهد مقدار ماکزیمم حرکت عقربه را برای همیشه بخاطر بسپارید تقریباً متناسب با ظرفیت خازن عقربه منحرف می شود .

اگر در این روش بعد از شارژ کامل خازن ، اگر خازن نشتی نداشته باشد خازن سالم است و اهم قرائت شده بی نهایت است . و در صورتیکه خازن نشت داشته باشد عقربه مقدار اهمی را نشان می دهد که گویای میزان نشتی خازن است .ونیز اگر خازن قطع باشد هیچگونه عکس العمل مشاهده نمی شود و عقربه هیچ انحرافی نخواهد داشت .

تست خازنهای 1میکرو فاراد الی 10 میکرو فاراد : قبل از نتیجه گیری باید به عرض برسانم که چون این خازنها الکترولیتی می باشند بنا براین ممکن است تغییر ظرفیت بدهند لذا این آزمایش فقط قطع ویا شورت خازن را نشان می دهد بنا براین در بعضی مراحل تغییر ظرفیت و وجود نشتی در خازن باید خازن توسط خازن سنج تست شود ولی این دلیل برای یک تعمیر کار و یا یک الکترونیک کار سبب نمی شود که این روش را یاد نگیرد .

برای این تست مولتی متر را در رنج Rx1k قرار داده و سپس شارژ و دشارژ خازن را باتوجه به قطبین باطری داخل مولتی متر( سیم مشکی مثبت و سیم قرمز منفی باطری است ) انجام می دهیم .

تست خازنهای بالاتر از 10 میکرو فاراد : برای تست این نوع خازن باید مولتی متر را در رنج Rx100 قرار دهیم : شارژ و دشارژ خازن را ملاحظه نموده توجه به قطبین الزامی است و نشتی در حد جزئی قابل قبول است . بنابراین بعد از شارژ عقربه اهم زیادی را نشان می دهد . اگر خازن موجب حرکت عقربه نگردد یعنی قطع و در صورتیکه صفر باشد یعنی خازن شورت است و اگر اهم کمی نیز قرائت شود به معنی خراب بودن خازن است .

 تست انواع دیود

تست انواع دیود توسط مولتی متر :در ابتدا ی توضیحات باید به عرض برسانم که تست قطعات در مدار و تست قطعات در خارج ازمدار باهم متفاوت است بنا براین همیشه این نکته را در نظر داشته باشیم .
تست دیود معمولی : دیودهای معمولی را بشناسیم این دیودها از جنس سیلسیوم بوده برای کاربردهای متفاوت قابلیت عبور جریانهای مختلفی را دارند ساده ترین نوع آن دیود 1N4148 می باشد که ظاهری کوچک مانند دیودهای زنر کم وات دارد و پوسته ی شیشه ای دارد . و یا دیودهای 1N4001 و که در یکسو سازی فرکانس پائین بیشترین کاربرد را دارند مانند کاربرد در آدابتورها .بعد از شناخت سطحی با دیود معمولی تست آن را توضیح می دهم .

ابتدا قطعه را خارج از مدار تست می کنیم .

ترمینالهای مولتی متر را در گرایش مستقیم جهت تست عبور جریان از دیود به پایه های دیود اتصال دهید در این حالت باید ترمینال قرمز به کاتد و ترمینال مشکی به آند دیود متصل باشد می دانیم کاتد توسط خط مدور روی بدنه دیود مشخص است در این حالت از دیود جریانی که توسط پیل داخل مولتیمتر در آن جاری می شود عبور می کند ومقاومت دیود را برای این جریان می توانیم روی صفحه مولتی متر قرائت کنیم معمولاً حدود 20 الی 30 اهم است . و در این حالت حتماً مولتی متر باید روی RX1 باشد زیرا می خواهیم به حداکثر مقدار مقاومت ممکن دیود توجه داشته باشیم ودر این حالت این مقدار بایستی از 30 اهم بیشتر نشود . وگرنه دیود در گرایش مستقیم نمی تواند جریان را به خوبی از خود عبور دهد .

تست در حالت معکوس : در این حالت ترمینال قرمز مولتی متر را به آند دیود وترمینال مشکی آن را به کاتد اتصال می دهیم اما چون باید مولتی متر را مُد RX10K بگذاریم باید توجه داشته باشیم که با دست پایه های مولتیمتر لمس نشود چون مولتی متر را در حالت سنجش مقاومت بالا گذاشته ایم زیرا می خواهیم کوچکترین نشتی ممکن دیود را بسنجیم و لابد دراین حالت هیچ گونه نشتی قابل قبول نیست و باید عقربه اصلاً انحرافی نشان ندهد .

تست دیود زنر : مولتی متر در گرایش مستقیم روی RX1 ومانند دیود معمولی باید 20 الی 30 اهم را نشان دهد واصطلاحاً گویند مولتی متر در گرایش مستقیم راه می دهد . در گرایش معکوس مولتی متر باید روی مُد RX1K بوده و هیچ گونه نشتی قابل قبول نیست .
اما جهت تست کامل دیود زنر باید دیود را توسط ولتاژ بالاتر از ولتاژ شکست و مانند شکل زیر درمدار زیر قرار داده و ولتاژ شکست آن را اندازه گیری نمود . تا از درستی ولتاژ شکست دیود مطمئن شویم .

تست ديود

تست ديود نوري ( LED ) :ابتدا توضيحاتي راجع به بستن مدارات LED را در خدمت عزیزان تقديم مي كنم . اولين مطلب مهمي كه به نظرم مي رسد و بارها اين موضوع را در مدارات الكترونيك شاهد بوده ام قرار دادن ديودهاي LED در مدارات الكترونيكي بدون مقاومت كنترل جريان و اين مسئله باعث خواهد شد كه ديود LED طول عمر كمتر و نيز صدمه رسيدن به مدارات مي گردد . چون LED يك ديود مي باشد و بنابراين بايد به عنوان ديود در مدارات مورد استفاده قرار گيرد . و هيچ وقت ديود را در مدار به عنوان مصرف كننده در نظر نداشته باشيد . ونيز مي دانيم هيچ مداري بسته بدون مصرف كننده نيست نتيجه عرايضم اين است كه در يك مداربسته كه از LED استفاده مي كنيم حتماً مقاومت كنترل جريان را با حساب وكتاب درستي در نظر داشته باشيم . مصرف يك LED از 10 الي 20 ميلي آمپر است وبراي استفاده دائمي از يك LED در مدار مقاومت كنترل جريان آن را براساس اين مقدار مصرف محاسبه كنيم ونيز مي دانيم ولتاژ مورد نياز يك LED بستگي به رنگ نور آن از 7/1 الي 2/2 ولت متفاوت است البته خيلي راحت اين ولتاژ بدست مي آيد كافي است وقتي LED را در مدار قرار مي دهيم ( باسري نمودن مقاومت كنترل جريان آن ) مقدار ولتاژ دوسر LED را اندازه گيري نمائيم . تا ولتاژ مورد نياز LED بدست آيد . از دو مطلب فوق نتيجه مي گيريم كه اولاً با يك پيل 5/1 ولتي انتظار روشن شدن LED را نداشته باشيم چون هر LED با يك ولتاژ مخصوص خود روشن مي شود . ثانياً اگر مي خواهيم گرايش مستقيم يك LED را تست كنيم بايد ولتاژ اعمالي به LED بيشتر از 5/1 باشد و نيز مي دانيم كه مولتي مترها اكثراً مانند مولتي متر هيوكي 3007 براي تست در حالت اهمي از باطري 5/1 ولتي براي مُدهاي Rx1 و Rx100 و Rx1k استفاده مي كنند و اين ولتاژ نمي تواند يك ديود LED را روشن كند چون همچنانكه دربالاعنوان شد حداقل 7/1 ولت جهت شكستن سد پتانسيل LED لازم است . بنابراين جهت تست در حالت حتي گرايش مستقيم يك LED بايد از مُد Rx10k كه تغذيه آن معمولاً توسط يك پيل 9 ولتي انجام مي گيرد استفاده نمود .

 نتيجه نهايي :

تست LED : گرايش مستقيم : مولتي متر در مُد Rx10k و مولتيمتر بايد راه بدهد .
گرايش معكوس : مولتيمتر در همين مُد و هيچ گونه نشتي قابل قبول نيست .

تست LED فرستنده مادون قرمز : گرايش مستقيم : مولتي متر در مُد Rx1 و مولتيمتر بايد راه بدهد .
گرايش معكوس : مولتيمتر در مُد Rx10k و هيچ گونه نشتي قابل قبول نيست .

 
براي اينكه تست ديود به وسيله مولتي متر ديجيتال قابل فهم باشد بايد اندكي از ساختار ديود و نيمه هاديها صحبت كنيم . ديود از پيوند دو نيمه هادي به نام نيمه هادي نوع n ( اصطلاحاْ منفي ) و نيمه هادي نوع P ( مثبت ) تشكيل شده است . سيلسيم و ژرمانيم و انديوم و... بعضي از عناصر كه در جدول مندليف تعيين شده اند جزو نيمه هاديها مي باشند. اين عناصر در طبيعت به صورت بلور كريستال در مي آيند و ساختمان ملوكوليشان كريستالي است يعني اتمهاي اين عناصر در كنار همديگر به صورت منظم طوري روي هم قرار گرفته اند كه هر اتم از آن با چهار اتم مجاور تشكيل يك توده كريستال را مي دهد.و اگر اين نيمه هادي را خالص نمائيم درصفر درجه مطلق ( 273- ) درجه سانتي گراد عايق مي باشد . ولي در دماي معمولي تعدادي از الكترونها از محيط انرژي مي گيرند واز هسته اتم دور شده به شكل الكترون آزاد درآمده و اندكي موجب عبورجريان الكتريسيته مي شوند .

نيمه هادي نوع n : بعد از خالص نمودن صدر صد سيلسيم ( يكي از عناصر طبيعت ) به منظور تهيه نيمه هادي نوع n عناصري پنج ظرفيتي ( مدار آخرشان داراي پنج الكترون مي باشد ) مانند ارسنيك و آنتي موان به صورت ناخالصي به سيليكون خالص وارد مي كنند مقدار اين ناخالصي بسيار اندك است اما هدايت نيمه هادي را خيلي بالا مي برد .

دليل هدايت بيشتر نيمه هادي ساخته شده را بايد در ساختمان اتمي كريستال جديد جستجو نمود زيرا هنگام وارد نمودن عناصر پنج ظرفيتي در كريستال سيليكون اتم وارد شده مجبور به طبعيت از ساختمان ملوكولي كريستال مي باشد و هراتم از اين عنصر به اجبار با چهار اتم سيلكون يك پيوند اشتراكي را ساخته مولوكول جديد ي را مي سازند كه يك الكترون آزاد توليد كرده است و در نتيجه هدايت نيمه هادي ( چون الكترون آزاد گرفته است ) بيشتر مي شود . اين نيمه هادي ساخته شده جديد همان نيمه هادي نوع n مي باشد .

نيمه هادي نوع p : براي ساخت نيمه هادي نوع p عناصر سه ظرفيتي مانند آلومينيوم و يا گاليم كه در مدار آخرشان سه الكترون دارند و جزو عناصر سه ظرفيتي مي باشند به صورت ناخالصي به كريستال سيليكون وارد نموده عنصر وارده جديد نيز مجبور به اطاعت از ساختمان كريستالي مي باشد . و هر اتم از عنصر جديد با چهار اتم سييكون تشكيل يك مولوكول جديد را مي دهد بنابر اين مدار آخر پيوند جديد به جاي هشت الكترون داراي هفت الكترون شده ويك جاي خالي براي الكترون هاي آزاد در پيون جديد درست مي شود كه به آن حفره گويند حفره نيز خاصيٌت هدايت بيشتر را به نيمه هادي جديد كه همان نيمه هادي نوع p است مي دهد .

ديود : براي ساخت يك ديود نيمه هادي نوع n را با نيمه هادي نوع p پيوند مي دهند در محل پيوند اتفاق جالبي پيش مي آيد كه قابل تامل است . و موجب يك طرفه نمودن جريان در ديود مي شود . جهت توضيح اين نكته به ادامه مطلب با توجه به شكل ارائه شده دقت فرمائيد .
همانطور كه ملاحظه مي شود در محل پيوند دونيمه هادي يك ناحيه اي به نام ناحيه تهي يا سد پتانسيل ايجاد مي شود كه به شكل يك پيل ظاهراْ با قطب مثبت در داخل نيمه هادي نوع N وقطب منفي آن در داخل نيمه هادي نوع P در آمده است.

ناحيه سد پتانسيل با ولتاژ 0.6 الي 0.7 ولت در جهت گرايش مستقيم از N به P شكسته شده و ديود جريان را از خود عبور مي دهد . بنا براين در صورتيكه مقدار ولتاژ تغذيه كمتر از 0.7 ولت باشد سد پتانسيل شكسته نشده و ديود جريان را ازخود عبور نمي دهد . و در صورتيكه مقدار ولتاژ تغذيه بيشتر از 0.7 باشد بديهي است كه سد پتانسيل را شكسته اما مقدار 7.0 ولت از تغذيه صرف باياس ديود شده واز تغذيه كم مي شود .

بنا براين ولتاژ اعمال شده در صورتيكه از 0.7 بيشتر باشد از ديود عبور نموده و به اندازه 0.7 ولت روي ديود افت پيدا مي كند . مثلا ْ اگر ولتاژ اعمال شده به دوسر ديود 3 ولت باشد فقط 2.3 ولت آن روي مقاومت ظاهر مي شود .

واما در صورتيكه ديود در گرايش معكوس قرار گيرد سد پتانسيل ديود به اندازه ولتاژ تغذيه بالا رفته و اصلاْ ديود جرياني را از خود عبور نمي دهد .

نتيجه اصلي مطالب فوق اين است كه مولتي متر ديجيتال ديود را در گرايش مستقيم قرار داده و فقط ولتاژ باياس آن را نشان مي دهد . و بدين وسيله سلامت ديود تائيد مي شود .

 شناسايي پايه هاي ترانزيستور

• نوشته شده در ۲۷ مهر ۱۳۹۰   |   
• نظرات - ۰   |   
• نظر بدهید

عنوان نظر
متن نظر
نام
ایمیل

---