‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫מגישי הדו"ח‪.1 :‬‬ ‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫‪ .‬ת‪.‬ז‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫קבוצה‪:‬‬ ‫תאריך ביצוע המעבדה‪:‬‬ ‫\‬ ‫\‬ ‫‪ .‬שם המדריך ‪:‬‬ ‫תאריך הגשת המעבדה‪:‬‬ ‫\‬ ‫\‬ ‫‪.‬‬ ‫‪.‬‬ ‫מפתח לבדיקת הדו"ח‬ ‫פיקה ועוקב‬ ‫רובוט‬ ‫ניקוד‬ ‫סעיף‬ ‫מטרות הניסוי‬ ‫‪5‬‬ ‫‪3‬‬ ‫עקרון פיקה ועוקב‬ ‫‪5‬‬ ‫סוגים ושימושים‬ ‫‪5‬‬ ‫עקרון פעולת מערכת הניסוי‬ ‫‪10‬‬ ‫חישוב פיקות וקנ"מ‬ ‫‪15‬‬ ‫תוצאות מחשב‬ ‫‪5‬‬ ‫תאור שגיאות הניסוי‬ ‫‪5‬‬ ‫שרטוט סקיצה וציון דג"ח‬ ‫‪8‬‬ ‫פיתוח משוואת האילוץ‬ ‫‪5‬‬ ‫מציאת הקבועים והפונקציות‬ ‫‪4‬‬ ‫הסבר מנגנון בקצה הזרוע‬ ‫‪5‬‬ ‫מסקנות‬ ‫‪10‬‬ ‫‪5‬‬ ‫סיכום‬ ‫‪5‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪65‬‬ ‫‪35‬‬ ‫סה"כ‪:‬‬ ‫שם הבודק וחתימה‪:‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪ 1‬מתוך ‪8‬‬ ‫הערות‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫חלק ‪ – 1‬מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫א‪ .‬מטרת הניסוי‬ ‫‪ .1‬הכרת מכניזם פיקה ועוקב על מימושיו השונים‪.‬‬ ‫‪ .2‬הכרת מערכות מכאניות המשתמשות במכניזם פיקה ועוקב‪.‬‬ ‫ב‪ .‬מהלך המעבדה‬ ‫‪ .1‬יערך דיון עם המדריך להכרת מכניזמים שונים הפועלים על עיקרון פיקה ועוקב‪ ,‬ונבחין בין מימושים שונים‬ ‫ותכונותיהם‪.‬‬ ‫‪ .2‬נכיר את מערכת הניסוי‪ ,‬ועל הקשר בין צורת הפיקה לבין הרישום המתקבל מהרשם‪.‬‬ ‫‪ .3‬נבצע רישום של שלוש פיקות שונות בעזרת הרשם‪.‬‬ ‫‪ .4‬נבצע קריאה ופיענוח של פלט הרשם‪ ,‬וננסה לשחזר את צורת הפיקה המקורית‪.‬‬ ‫ג‪ .‬הוראות ביצוע הדו"ח‬ ‫‪ .1‬מטרת הניסוי‪.‬‬ ‫‪ .2‬הסבר מהי פיקה ומהו עוקב‪.‬‬ ‫‪ .3‬אלו סוגי פיקות ואלו סוגי עוקבים קיימים‪.‬‬ ‫‪ .4‬תנו ‪ 3‬דוגמאות של מערכות שעובדות על עיקרון של פיקה ועוקב מסוגים שונים‪.‬‬ ‫‪ .5‬הסבר את תהליך ביצוע הניסוי ותן סקיצה כללית של המערכת‪.‬‬ ‫‪ .6‬הסבר כיצד מתקבל הגרף המתאר את הפיקה במערכת הניסוי ומה גרף זה מציג‪.‬‬ ‫‪ .7‬מה חשיבות קנה המידה בגרף?‬ ‫‪ .8‬נתח הגרפים המתקבלים בניסוי ‪ -‬שרטט את הפיקות‪ ,‬ותן סקיצות של הפיקות לצורך השוואה‪ ,‬יש לצרף את תוצאות‬ ‫הרשם לדו"ח‪.‬‬ ‫‪ .9‬בהשוואת הסקיצות לעיבוד התוצאות‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫מהם הגורמים לסטיות‪/‬שגיאות הנובעים מהפיקה ?‬ ‫‪‬‬ ‫מהם הגורמים לסטיות‪/‬שגיאות הנובעים ממערכת הניסוי ?‬ ‫‪ .10‬מסקנות‪.‬‬ ‫‪ .11‬סיכום‪.‬‬ ‫‪ 2‬מתוך ‪8‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫ד‪ .‬הוראות בטיחות‬ ‫‪ .1‬יש לשים להמנע מהפלת הפיקות על הרצפה‪.‬‬ ‫‪ .2‬יש להזהר מתפיסת אצבעות‪ ,‬ביגוד או שיער במערכות הפיקה והעוגב המוצגות לדוגמא‪.‬‬ ‫‪ .3‬אין לשנות את ווסט המתח המזין את המנוע‪.‬‬ ‫‪ .4‬יש לנתק את המערכת מהחשמל בגמר הנסוי‪ :‬מנוע ורשם‪.‬‬ ‫ה‪ .‬ספרות ‪:‬‬ ‫‪Pergamon Press Inc . 1988 "Mechanics and Design of Cam Mechanisms" by Fan Y. Chen‬‬ ‫‪ 3‬מתוך ‪8‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫חלק ‪ – 2‬קינמטיקה של זרוע רובוטית‬ ‫א‪ .‬מטרת הניסוי‬ ‫הכרות עם מערכת רובוטית ולמידת אופן פעולתה‪.‬‬ ‫ב‪ .‬ציוד‬ ‫זרוע רובוטית ‪.Minimover-5‬‬ ‫ג‪ .‬רקע תאורטי‬ ‫רובוט – זוהי מערכת מכנית של חוליות המחוברים בפרקים‪ ,‬אשר בעזרת שליטה ובקרה על דרגות החופש של המערכת ניתן‬ ‫לבצע תנועות מתוכננות מראש בצורה מדויקת‪ .‬העברת התנועה מבוצעת כמובן על‪-‬ידי רכיבים מכניים נוספים כגון גלגלי‬ ‫שיניים‪ ,‬כבלים‪ ,‬מיסבים וכו'‪.‬‬ ‫דרגת חופש – דרגות חופש של מערכת הינן מספר הפרמטרים שיש להגדיר על‪-‬מנת לתאר את מצב המערכת‪ .‬על מנת‬ ‫להגדיר את מצבו של מוט ‪ AB‬המונח על המישור‪ ,‬איור ‪ ,1‬עלינו לדעת את מיקומה של נקודה ‪ A‬ב )‪ ,(X,Y‬ואת זווית‬ ‫נטייתו של המוט ביחס לאופק‪ .‬אנו אומרים כי למוט המונח על מישור יש שלוש דרגות חופש‪ .‬נשים לב כי במקום הזווית ניתן‬ ‫היה להגדיר את מיקומה של נקודה ‪ B‬כדרגת החופש השנייה‪.‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪A‬‬ ‫‪XA‬‬ ‫איור ‪ :1‬סכמת מוט על מישור‬ ‫‪ 4‬מתוך ‪8‬‬ ‫‪YA‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫ד‪ .‬הכנה מוקדמת‬ ‫על הסטודנט לפתח מערכת משוואות המאלצות תנועה במסלול מוגדר על‪-‬פי הוראות המדריך‪.‬‬ ‫אנו מעוניינים שקצהו של הרובוט בעל שתי דרגות החופש‪ ,‬כפי שמתואר באיור ‪ ,2‬ינוע לאורך המסלול הישר בזווית ‪k‬‬ ‫ביחס לאופק‪ .‬על‪-‬מנת לאלץ תנועה הזו‪ ,‬עלינו לחשב את הקשר‪/‬התלות בין שתי דרגות החופש ‪ ‬ו‪  -‬ולהביע קשר זה‬ ‫בצורה‪:‬‬ ‫‪ Af1 ( Bf 2 (  C ))  D‬‬ ‫‪,‬‬ ‫כאשר ‪ A, B, C, D‬קבועים התלויים בפרמטרי הבעיה‪ ,‬ו‪ f1, f2 -‬הן פונקציות כלשהן‪ .‬יש להתיחס אל ‪ l2 , l1, k‬כאל‬ ‫פרמטרים ידועים‪.‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪‬‬ ‫מסלול‬ ‫‪x‬‬ ‫‪ l1‬‬ ‫‪l2‬‬ ‫‪k‬‬ ‫איור ‪ :2‬סכמת רובוט בעל ‪ 2‬דרגות חופש‬ ‫‪ 5‬מתוך ‪8‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫ה‪ .‬מהלך הניסוי‬ ‫‪ .1‬הסטודנט ילמד את דרגות החופש של הרובוט בליווי מדריך‪ .‬בעזרת לחצני הבקרה של דרגות החופש המופיעים על‬ ‫צג המחשב‪ ,‬הסטודנט ילמד על תנועת הרובוט ואפשרויות השליטה בדרגות החופש השונות )ראה איור א‪ 1‬בנספח(‪.‬‬ ‫התבונן במערכת המכנית המניעה את זרועות הרובוט תוך כדי לחיצה על כפתורי הבקרה‪.‬‬ ‫‪ .2‬בליווי מדריך‪ ,‬יש להביא את הרובוט למצב התחלתי )‪ .(Home‬מצב זה מוגדר על‪-‬ידי הבאת קצה הטוש בזרוע‬ ‫הרובוט אל הנקודה המצוירת על המגש‪ .‬בנוסף יש לאפס את משתני המיקום בתוכנה על ידי לחיצה על כפתור‬ ‫"איפוס"‪.‬‬ ‫‪ .3‬הסטודנט יקבל את ערך הפרמטר ‪ k‬מהמדריך וימדוד את ‪ l1‬ואת ‪ . l2‬נזין‪ ,‬בליווי המדריך‪ ,‬את הערכים המספריים‬ ‫והפונקציות שפותחו בבית למחשב השולט ברובוט‪ ,‬ונבדוק אם אכן הושגה התנועה הנדרשת‪ .‬בשלב הזה אני‬ ‫מיישמים האילוץ שחושב בסעיף ד'‪.‬‬ ‫ו‪ .‬הוראות ביצוע הדו"ח‬ ‫‪ .1‬מטרת הניסוי‪.‬‬ ‫‪ .2‬שרטטו סקיצה של הרובוט וציינו את כל דרגות החופש השונות‪.‬‬ ‫‪ .3‬הציגו בצורה מסודרת וברורה את משוואת האילוץ שפתחתם בבית‪.‬‬ ‫‪ .4‬מהם הקבועים ‪ A, B, C, D‬והפונקציות ‪ f1, f2‬הנדרשים להשגת אילוץ התנועה המבוקש‪.‬‬ ‫‪ .5‬הסבירו‪ ,‬בליווי איור‪/‬ים‪ ,‬את מנגנון העברת התנועה בקצה זרוע הרובוט )הדיפרנציאל(‪.‬‬ ‫‪ .6‬מסקנות‪.‬‬ ‫‪ .7‬סיכום‬ ‫ז‪ .‬הוראות בטיחות‬ ‫‪ .1‬יש להניע את הרובוט רק באמצעות מנועיו הפנימיים!! אסור להפעיל עליו עומס כאשר הוא נייח‪ ,‬או במהלך תנועתו‪.‬‬ ‫‪ .2‬יש לוודא כי מסלול תנועת הרובוט פנוי ממכשולים‪.‬‬ ‫‪ .3‬יש לכבות את המחשב והרובוט בסוף הנסוי‪ ,‬ולהוציא את ספק הכח מהחשמל‪.‬‬ ‫ח‪ .‬ספרות‬ ‫‪ .1‬שגב ר‪" ,.‬דינמיקה של חלקיקים וגופים קשיחים"‪ ,‬מקראה‪ -‬אוניברסיטת בן‪-‬גוריון‪1993 ,‬‬ ‫‪ .2‬שגב ר‪" ,.‬כמומילון"‪ ,‬אורט‪2005 ,‬‬ ‫‪ 6‬מתוך ‪8‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫נספח א'‬ ‫איור א‪ .1‬תאור הזרוע הרובוטית בתוכנת המחשב וכפתורי השליטה בדרגות החופש השונות‪.‬‬ ‫‪ 7‬מתוך ‪8‬‬ ‫‪n‬‬ ‫‪otto‬‬ ‫‪deB‬‬ ‫‪Gal‬‬ ‫המחלקה להנדסת מכונות‬ ‫מבוא להנדסת מכונות ‪362-1-1163‬‬ ‫מעבדה בנושא‬ ‫מכניזם פיקה ועוקב‬ ‫וקינמטיקה של זרוע‬ ‫רובוטית‬ ‫איור א‪ .2‬מסך הזנת פונקציית האילוץ לביצוע התנועות המבוקשות‪.‬‬ ‫‪ 8‬מתוך ‪8‬‬