مجموعه آموزش‌ مکاترونیک (Mechatronics)

این فرادرس ضمن معرفی محیط کامپایلر به صورت پروژه محور و در طی چند درس، مخاطب را با مفاهیم اساسی زبان C، نحوه نوشتن کتابخانه و هدرفایل، استفاده از هدر فایل های شخص ثالث از جمله: avr-libc، نحوه کار با امکانات داخلی میکرو از قبیل: تایمرها، وقفه ها، پورت سریال RS-232 و ماژول RS-485، رابط SPI، I2C، ارتباط دو میکرو با یکدیگر، کار با EEPROM داخلی میکرو، کار با انواع نمایشگرها شامل: LCD گرافیکی، کاراکتری و سون سگمنت، کار با ماژول های پر کاربرد از قبیل: ماژول ساعت DS1307 و DS3231، ماژول وای فای ESP8266، ماژول GSM SIM800 برای ارسال و دریافت SMS، کار با استپر موتور و سروو موتور، کار با مموری کارت SD/MMC، مبدل آنالوگ به دیجیتال و کار با سنسور دمای LM35، کار با پورت های ورودی و خروجی میکرو، راه اندازی PWM برای کنترل موتور، نحوه تنظیم فیوز بیت ها و ده ها پروژه کاربردی دیگر آشنا می کند و هنرجو در پایان می تواند هر نوع دستگاه الکترونیکی را طراحی و برنامه نویسی کرده و از آن استفاده نماید.

در این مجموعه آموزشی یک تقسیم بندی منطقی بین دینامیک ذره و دینامیک اجسام صلب برقرار شده است که در هر بخش سینماتیک، قبل از سینتیک مطرح شده است. با این تقسیم بندی و با آشنایی جامع از دینامیک ذره، دینامیک اجسام صلب به طور کامل و سریع فرا گرفته می شود.

مکانیک بخشی از علوم تجربی است که با حرکت، نیرو و زمان مرتبط است. مکانیک به دو بخش تقسیم می گردد، یکی استاتیک که در آن زمان تأثیری ندارد و دیگری دینامیک که در آن زمان به نحوی مؤثر است. خود دینامیک از دو بخش سینماتیک و سینتیک، یعنی تحلیل حرکت ها و تحلیل نیروها تشکیل شده است. این دو تحلیل معمولاً به صورت توأم انجام می گردد؛ اما در درس دینامیک ماشین با فرض صلب بودن اجزا می توان این دو تحلیل را به صورت مجزا انجام داد. در واقع دینامیک ماشین مطالعه و بررسی نیروهای وارد بر اجزا یک ماشین و حرکات ناشی از این نیروها است.

در این آموزش ویدئویی، ابتدا مقدماتی از ربات ها آورده شده است تا با آن ها آشنایی پیدا کنیم. سپس، به آنالیز سینماتیک ربات که مطالعه و بررسی هندسه حرکت ربات بدون در نظر گرفتن عوامل مسبب حرکت است، می پردازیم. در ادامه این آموزش، با موتورها و عوامل حرکت ربات کار می کنیم. برای حرکت ربات، محرک ها چه گشتاوری را باید تولید کنند؟ چگونه روش های مختلف کنترلی را بر روی ربات پیاده سازی می کنید و برای آن چه معادلاتی مورد نیاز است؟ در نتیجه، معادلات دینامیک ربات در این آموزش به کمک ما می آید. دینامیک روبات به بحث و مطالعه دلایل حرکت سیستم می انجامد. در نهایت نیز، برای ربات مسیری را طراحی می کنیم تا ربات را مجبور کنیم در مسیر ما قرار بگیرد.

مکاترونیک تجمیع هم افزای مکانیک و الکترونیک با کامپیوتر یا کنترل در جهت بهبود تولید و فرایندها است. از این تعریف دو نتیجه به دست می آید: نخست آنکه سیستم های مکاترونیکی به ضرورت تلفیق مکانیک و الکترونیک است؛ ولی کامپیوتر و کنترل از اجزای ضروری آن محسوب نمی شوند. دوم مهندس مکاترونیک یک مهندس تجمیع کننده است. به این معنی که در هنگام طراحی و ساخت یک سیستم، طرح اولیه باید توسط مهندس مکاترونیک که آگاهی لازم از شاخه های مختلف را دارد ارائه گردد. به همین دلیل دانستن مکاترونیک برای مهندسی لازم است. با توجه به حجم کاری مهندسی در صنعت و نداشتن زمان لازم برای حضور در کلاس، استفاده از آموزش های تصویری یک راه کار برای این مشکل است. فرادرس از بهترین راه های آموزش تصویری با کیفیت است.

آزمون های غیرمخرب، به آزمون هایی اطلاق می شود که بدون ایجاد تداخل در عملکرد و یا ایجاد هر گونه آسیب به قطعه، امکان ارزیابی خواص ماده، قطعه و یا یک سیستم را فراهم می آورد. بعد از فرایند ساخت هر قطعه و یا در فرایند استفاده در ادوار مختلف برای اطمینان از صحت آن، باید قطعه یا سیستم، مورد بازرسی قرار گیرد. با مشاهده این فرادرس با روش های پرکاربرد آزمون های غیرمخرب که شامل: روش بازرسی چشمی (VT)، روش بازرسی توسط مایع نافذ (PT) و... آشنا خواهیم شد و براساس اطلاعات آموخته، امکان تعریف پروژه های تحقیقاتی و همچنین پیاده سازی روش های مذکور در صنایع مختلف را خواهیم داشت.

به منظور کنترل و یافتن مکان ربات لازم است معادلات لازم برای ارتباط بین عملگرها و اتصالات به دست آید. به کمک سینماتیک مستقیم با استفاده از موقعیت عملگرها می توان مکان ربات را پیدا کرد و به کمک سینماتیک معکوس با داشتن موقعیت ربات، می توان موقعیت عملگرها را به دست آورد.

مکاترونیک تجمیع هم افزای مکانیک و الکترونیک با کامپیوتر یا کنترل در جهت بهبود تولید و فرایندها است. از این تعریف دو نتیجه به دست می آید: نخست آن که سیستم های مکاترونیکی به ضرورت تلفیق مکانیک و الکترونیک است ولی کامپیوتر و کنترل از اجزای ضروری آن محسوب نمی شوند. دوم این که مهندس مکاترونیک یک مهندس تجمیع کننده است به این معنی که در هنگام طراحی و ساخت یک سیستم، طرح اولیه باید توسط مهندس مکاترونیک که آگاهی لازم از شاخه های مختلف را دارد، ارائه گردد.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با مباحث مختلف آزمون های غیر مخرب در تشخیص عیوب سامانه های مکانیکی آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، انواع آزمون های غیر مخرب، مزایا و معایب آن ها، روش های اجرا و ... است. توضیح کامل مباحث مربوطه و آموزش توسط یکی از بهترین مدرسین متخصص در این زمینه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

برای اینکه تولیدات صنعتی و از جمله تولیدات مکاترونیک ما قابل رقابت با تولیدات سایر کشورها باشد، ما باید توانایی و دانش فنی طراحی ماژول ها را نیز داشته باشیم. برای اجرایی کردن این هدف، راهکار این است که ما مانند کشورهای پیشرفته بر اصول پایه فیزیک و ریاضی تکیه کنیم و مراحل طراحی را قدم به قدم به پیش ببریم و در نتیجه به صورت اصولی به طراحی مکاترونیک و دانش فنی طراحی ماژول های پکپارچه مسلط شویم. در گام اول از آموزش مکاترونیک ما به طراحی قسمت مکاترونیک درب قطار مترو می پردازیم و این پروژه، قابل تعمیم به درب آسانسورها، درب های اتوماتیک و... نیز است.

در این آموزش از طریق حل مساله های مختلف، مبانی تحلیل و طراحی سیستم های کنترلی دیجیتال (گسسته - زمان) آموزش داده می شود. در درس یکم تبدیل z به عنوان یک ابزار اساسی که در درس های بعدی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، آموزش داده می شود. در درس دوم آنالیز سیستم های کنترلی در حوزه z ارائه می گردد. طراحی سیستم های کنترلی با تکنیک های رایج در درس سوم مورد بررسی قرار می گیرد. در درس چهارم یک رویکرد جدید و مدرن در فضای حالت برای آنالیز کنترل دیجیتال بحث می شود و در نهایت در درس پنجم، جایابی قطب و رویتگر حالت، آموزش داده می شوند.

با رایج شدن روزافزون زبان برنامه نویسی Processing در قالب برنامه نویسی برای بوردهای آردوینو و فراگیر شدن این زبان در میان مهندسین رشته های مختلف، شرکت توسعه دهنده این زبان برنامه نویسی، نرم افزاری برای تطبیق هر چه بیشتر بوردهای آردوینو با محیط های رایانه ای، تحت عنوان Processing 3 ارائه داد. در این فرادرس ما قصد داریم تا با محوریت پروژه طراحی صفحه رادار، به مباحث پایه و اولیه این زبان برنامه نویسی جذاب بپردازیم. در واقع در این آموزش فرض می کنیم که اطلاعات رادار توسط پورت سریال برای ما فرستاده می شوند و ما قصد داریم که با طراحی یک محیط گرافیکی، این اطلاعات را به کاربر نمایش دهیم.