מבוא לרובוטיקה ... 0

תוכן העניינים ... 3

הקדמה ... 9

פרק 1 מבוא ... 11

1.2 מקור המילה "רובוט" ... 13

1.3 סוגי רובוטים ... 14

1.4 התפתחות הרובוטים – סקירה היסטורית ... 17

1.5 סיכום ... 21

שאלות חזרה ... 23

פרק 2 מרכיבים ומאפיינים של מערכות רובוטיות ... 27

2.2 בסיס הרובוט הנייד ... 30

2.3 הזרוע והיד של רובוט ... 32

2.4 מערכת ההנעה ומקורות הכוח ברובוט ... 35

2.4.2 מקורות הכוח ברובוט ... 37

2.5 מערכות החישה ברובוט ... 38

2.6 "מוח" הרובוט, או מהו "בקר זעיר"? ... 39

2.7 מאפיינים נוספים של רובוטים ... 40

2.7.2 ניווט רובוטים ניידים ... 43

2.7.3 מדדי ביצועים מכניים של רובוטים תעשייתיים ... 45

2.8 סיכום ... 49

שאלות חזרה ... 50

פרק 3 יסודות המכניקה ושימושיהם ברובוטיקה ... 55

3.1.1 סטנדרטים ויחידות ... 56

3.1.2 דיוק וספרות ערך ... 57

3.2 מערכות צירים ... 62

3.2.2 מערכות צירים במרחב ... 69

3.3 וקטורים, רכיבי וקטורים וחיבור וקטורי ... 73

3.3.1 ייצוג גרפי של וקטור ... 74

3.3.3 חיבור וקטורי ... 75

3.4 תנועת גופים בקו ישר ... 78

3.4.2 תנועה במהירות קבועה ... 79

3.4.3 מהירות רגעית ... 82

3.4.4 מהירות יחסית ... 84

3.4.5 תאוצה ... 86

3.5 דינמיקה ... 92

3.5.3 מומנטים ... 97

3.5.4 חוקי ניוטון ... 101

3.5.5 כוח המשיכה – מסה ומשקל ... 106

3.5.6 עבודה, אנרגיה והספק מכני ... 109

3.6 תנועה מעגלית ותנועה סיבובית של גופים ... 116

3.6.2 מהירות סיבוב, תנועה מחזורית, תאוצה וכוח בתנועה מעגלית ... 117

3.6.3 סיבוב של גוף קשיח: תאוצה, עבודה, הספק ואנרגיה בתנועה סיבובית ... 123

3.6.4 חוקי ניוטון לתנועה סיבובית של גוף קשיח ... 132

3.7 סיכום ... 136

שאלות חזרה ... 139

פרק 4 תנועה של מניפולטורים ... 151

4.1.1 דוגמאות של תנועה ... 154

4.1.2 תנועה של מערכת גופים ... 156

4.1.3 תנועת גוף קשיח במרחב ... 157

4.2 סוגי מיפרקים ... 159

4.2.1 סוג המיפרקים במניפולטורים ... 161

4.2.2 מיפרק כף-היד ... 162

4.3 מיון מניפולטורים לפי מיפרקים וצירי סיבוב ... 164

4.3.1 תיאור המניפולטורים ... 165

4.3.2 השוואה בין מניפולטורים מסוגים שונים ... 175

4.4 חישוב מצבי מניפולטורים ... 177

4.4.1 קינמטיקה ישרה ... 178

4.4.2 קינמטיקה הפוכה ... 182

4.5 סיכום ... 189

שאלות חזרה ... 191

פרק 5 חיישנים ברובוטים ... 197

5.2 חיישני מגע וקירבה ... 198

5.2.2 חיישני קירבה השראיים ומגנטיים ... 201

5.2.3 חיישן קירבה פוטו-אלקטרי/אינפרא-אדום ... 209

5.3 חיישני טווח ... 217

5.3.3 חיישן IR המתבסס על שיטת הטריאנגולציה ... 219

5.3.4 חיישן אולטרא-סוני ... 222

5.4 חיישני אור/חום ... 227

5.4.2 חיישן פרואלקטרי ... 228

5.4.3 חיישן גילוי להבה מבוסס על קרינה אולטרא-סגולה ... 230

5.5 חיישנים נוספים ... 233

5.5.2 מקודד אופטי (Optical Encoder) ... 238

5.6 מישקי חיישן רובוט ... 246

5.6.3 המרת אות תקבילי לאות ספרתי ואות ספרתי לאות תקבילי ... 249

5.7 סיכום ... 254

שאלות חזרה ... 256

פרק 6 מערכות הנעה ומקורות הכוח ברובוטים ... 259

6.1 מנוע לזרם ישר ללא מברשות (Brushless Motor) ... 260

6.1.2 קשרים בסיסיים בין מומנט הסיבוב, עוצמת הזרם בסליל העוגן, ומהירות סיבוב המנוע ... 265

6.2 מאפייני מנועים במצבי התנועה השונים ... 269

6.2.2 תנועה בתאוצה זוויתית קבועה (acceleration – acc) ... 274

6.2.3 תנועה בתאוטה זוויתית קבועה (deceleration – dec) ... 280

6.2.4 חישוב ההפסדים החשמליים בסלילי המנוע ... 282

6.3 תמסורות במערכות הנעת הרובוטים ... 285

6.3.2 תמסורת גלגלי שיניים (gear drive) ... 288

6.4 הנעת גלגלי רובוט אוטונומי ... 291

6.5 בחירת מנועים ותמסורות לרובוט ... 294

6.5.2 העלאה והורדה של זרוע הרובוט ("תנועה אנכית") ... 297

6.5.3 הנעת זרוע הרובוט בתוך תא המחסן ("תנועה עומקית") ... 298

6.6.1 מערכת בקרה אלקטרומכנית ... 299

6.6.2 מערכת בקרה אלקטרונית ... 300

6.7 מקורות הכוח החשמלי ברובוט ... 305

6.7.2 סוגי תאים חשמליים ... 308

6.8 סיכום ... 314

שאלות חזרה ... 316

פרק 7 ראייה ממוחשבת ועיבוד תמונה במערכות רובוטיות ... 321

7.2 צילום במצלמה ספרתית ... 322

7.2.2 ספרור התמונה ... 331

7.3 עיבוד התמונה הספרתית ... 341

7.3.1 זיהוי צורות – שלב עיבוד קדם ... 344

7.3.2 זיהוי צורות – שלב הקיטוע ... 361

7.3.3 זיהוי צורות – שלב הפקת מאפיינים ... 362

7.3.4 זיהוי צורות – שלב הסיווג ... 367

7.4 שימושי הראייה הממוחשבת במערכות רובוטיות ... 371

7.4.2 זיהוי רכיבים וצורות ... 373

7.4.3 הנחיית זרוע רובוטית ... 375

7.4.4 זיהוי צורות מתוכננות לזיהוי אוטומטי ... 378

7.5 סיכום ... 384

שאלות חזרה ... 388

נספח מאפייני זכרונות בבקר זעיר ... 393

תשובות לשאלות נבחרות ... 397