امروز: سه شنبه 1 آبان 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

بررسی روبات مسیر یاب ربوحشره

بررسی روبات مسیر یاب ربوحشره دسته: فنی و مهندسی
بازدید: 1 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 238 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 118

كلمة روبات (‌Robot) اولین بار در سال 1921 در نمایشنامه ‌ای به نام « روباتهای جهانی روسام » اثر كارل چاپك ( نویسنده چك) بكار برده شد؛ این كلمه از روبوتا كه در زبان چك معنای « كار شاق و اجباری » می دهد،مشتق شده است و در این نمایشنامه روباتها موجوداتی هستند كه توسط داشمند زیست شناسی نابغه‌ای بنام روسام از یك خمیر مایة اسرار آمیز تولید می شوند تا جای

قیمت فایل فقط 17,000 تومان

خرید

فصل اول :

یك تاریخچة كوتاه


كلمة روبات (‌Robot) اولین بار در سال 1921 در نمایشنامه ‌ای به نام « روباتهای جهانی روسام » اثر كارل چاپك ( نویسنده چك) بكار برده شد؛ این كلمه از روبوتا كه در زبان چك معنای « كار شاق و اجباری » می دهد،مشتق شده است و در این نمایشنامه روباتها موجوداتی هستند كه توسط داشمند زیست شناسی نابغه‌ای بنام روسام از یك خمیر مایة اسرار آمیز تولید می شوند تا جای كارگران را بگیرند.این نمایشنامه پایانی تراژیك و ترسناك دارد ، چون روباتها به تدریج كاملتر و هوشمند تر شده ، و بعنوان موجود برتر نسل انسان را منقرض می كنند.

شكل (1-1)

شكل (1-1) تصویری تخیلی از روبات نمایشنامة «روباتهای جهانی روسام »

در اسطوره های قوم یهود موجودی افسانه ای به نام گولوم وجود دارد .كه از گل ساخته شده،‌توسط نیرویی جادویی جان می گیرد. هیولای رعب انگیز داستان معروف دكتر فرانكشتین ( اثر مری شلی ) را نیز می توان یك روبات دانست. مخلوق هولناكی كه از بخیه زدن قطعات بدن مرده های مختلف ساخته شده و با الكتریسیته روح حیات در آن دمیده می شود ( شكل 1-2)

 چیزی كه در همة این داستانها مشترك است ، پاپان غم انگیز آنهاست: روبات ، گولوم یا هیولا سرانجام خالق خود را نابود می كند. این افسانه ها حیات مصنوعی معادل وحشت و دردسر است این داستانها در واقع انسان را از پیشرفت بیش از حد منع میكند. و نسبت به عواقب وخیم آن هشدار می دهند. اما وحشت نكنید ، روباتهایی كه ما می سازیم فقط ماشینهای هوشمندی هستند كه دستورات مارا به طور خودكار اجرا می كنند.

 اما اجازه دهید ببینیم ایدة‌موجود مصنوعی هوشمند از كجا آمده ، و انسانها در طول قرون واعصار چگونه آن را دنبال می كنند .

شكل

شكل 1-2- مخلوق ترسناك دكتر فرانكشتین، و گولوم

اتوماتون و انیماترونیك

اتوماتون (Automaton) وسیله ایست كه می تواند با اتكاء به نیروی خود حركت كند. از آنجائیكه مكانیزم جركت اتوماتون اغلب مخفی است و به چشم نمی آید، برای افراد معمولی این تصور پیش می آید كه اغلب موجوداتی خودمختار یا زنده هستند . با اینكه تعریف اتوماتیون برای اشیاء ساده‌ای مانند ساعت هم صدق می كند ، اما این اصطلاح معمولاً برای توصیف دستگاه هایی كه ظاهر و حركات موجودات زنده را تقلید می كنند بكار برده می شود .

انسانها از همان اولین روزهای خلقت دربارة‌بدن ( یا موجودات زندة دیگر) و طرز كار آن كنجكاو بوده اند ، و این شفتگی باعث شده تا آرزوی خلق موجودی شبیه آن را در سر بپروانند . اولین اقدامات برای جان بخشیدن به مجسمه ها از یونان باستان شروع شد . آنها با استفاده از نیروی بخار آب و بكار گرفتن مكانیزم های ساده ، بخشهایی از بدن مجسمه ها را به حركت در می آوردند. بعدها مكانیزمهای پیچیده تری ساخته شد : مجسمه هایی كه راه می رفتند ، پرنده هایی كه اواز می خواندند ، آتشهایی كه خودبخود روشن می شدند ، و مانند آنها . درایران ، مصر ، چین باستان نیز مداركی دال بر اختراعات مشابه بدست آمده است .

 این روند با سقوط امپراتوریهای یونان و روم ( وشروع عصر تاریكی ) دچار وقفه‌ای طولانی شد ، اما در دورة رنسانس اتوماتون نیز مانند سایر علوم و هنرها از پردة محاق خارج شد . داستانهای جالبی از یك عقاب پرندة آهنین  كه در سالهای دهة 1470 میلادی به دست یوهان مولر ساخته شد، نقل شده است . در قرون چهاردهم و پانزدهم میلادی اتوماتون بازی محبوب اشراف بود . لئوناردو داوینچی یك شیر متحرك برای لویی دوازدهم (‌پادشاه فرانسه) ساخته بود ؛ شارل پنجم تعداد زیادی اسباب بازی مكانیكی داشت ، كه آنها را جیانلو دلاتور (دانشمند اهل كرمونا) برایش ساخته بود ، كریستین هویگنس (دانشمند هلندی ) نیز در دهة 1680 یك بازوی مكانیكی اختراع كرده بود .

 اولین اتوماتون شبه انسانی (‌كه با آدمك android- معروف است ) در اوایل قرن شانزدهم میلادی توسط هانس بالمن ساخته شد . از آن زمان به بعد آدمك ها در مركز توجه سازندگان اتوماتون قرار دارند . در قرون بعدی  آدمكهایی ساخته شدند كه ساز می نواختند، نقاشی می كردند، داستان می نوشتند و حتی شطرنج بازی می كردند ( یا حداقل تظاهر به بازی می كردند )

قرن هیجدهم عصر طلایی اتوماتون بود ، و ماشینهای بسیار ظریفی در این سده ساخته شد. برای ساخت این ماشینها اغلب از چرخ دنده های ظریف ساعت ها و استوانه های كنترلی استفاده می شد . قلب ( یا بهتر است بگوئیم مغز ) این ماشینها همان استوانة كنترلی بود كه روی آن صدها یا هزاران میله یا بادامك (‌با اشكال پیچیده ) تعبیه می شد. استوانة كنترلی نیروی حركتی خود را از یك فنر (‌شبیه فنر ساعت ) می گرفت ، و بنوبة خود ( توسط بادامك ها ) اهرمها و میله های دیگری را به حركت در می‌ورد ؛ كه باعث حركات بسیار پیچیدة ماشین می شد .

 معروفترین اتوماتون قرن هیجدهم آدمكی بود بنام تورك ، كه در سال 1770 توسط ولفگانگ فون كپلن ساخته شد . این آدمك (‌توسط صاحب خود ، یوهان نپوماك مالزل )‌به سرتاسر اروپا و آمریكا سفر كرد و مردم را با بازی شطرنج خود متحیر ساخت . مردم آن روزگار به اندازة‌كافی از مكانیزم داخلی اتوماتون ها اطلاع داشتند ، و میدانستند كه یك وسیلة‌مكانیكی ( هر اندازه پیچیده ) نیم تواند فكر كند . اما تورك این عقیده را به چالش كشید . تورك با اغلب مشاهیر آن روزگار (‌مانند ناپلئون ، چارلز بابیج و آدگارآلن پو) بازی كرد ، و اكثر آنها را هم برد . اما راز تورك بعدها بر ملا شد، و معلوم شد كه داخل این ماشین ظریف جایی برای پنهان شدن یك انسان تعبیه شده بود، كه یك شطرنج باز قهار را در خود مخفی می كرده است .

 اما تورك پیچیده ترین اتوماتون تاریخ نیست ، بلكه این عنوان بی تردید شایستة یك مرغابی مكانیكی است كه در سال 1738 توسط ژاك و كانسو اختراع شد . این مرغابی شنا می كرد، بال می زد ، با منقار پرهایش را می آراست ، آب می خورد ، غذا می خورد ، و حتی پس ماندة غذای خودره شده را دفع میكرد! تمامی این حركات مستلزم هزاران قطعة متحرك مكانیكی بود كه در داخل بدن مرغابی و روی یك پایة‌بزرگ نصب می شود . اما اتوماتون برای وكانسو فقط جنبة سرگرمی داشت . و دغدغة اصلی وی ماشینهای خودكار بافندگی بود .، در سال 1743 ، و كانسو بازیچه‌های مكانیكی خود را فروخت و مدیریت یك كارخانة دولتی ابریشم بافی در فرانسه را بر عهده گرفت . در اینجا بود كه وكانسو یك ماشین خودكار بافت نقوش بر جستة ابریشم اختراع كرد كه توسط كارتهای سوراخ دار كار می كرد .و . متأسفانه این اختراع هوشمندانه در اثر عدوات بافندگان دیگر برای مدتها نادیده گرفته شد .

در سال 1804 جوزف ماری ژاكارد ابداع و كانسورا را با طرحهای خود تكمیل و افتخار اختراع ماشین بافندگی خودكار را به نام خود ثبت كرد . با اینكه ماشینهای ژاكارد هم از مخالفت كینه توزانة صاحبان كارخانجات بافندگی معاصر وی مصون نماند ( و حتی در مواردی كار به سوزاندن كارخانجات بافندگی خودكار كشید )، اما در نهایت این ماشینها كارایی فوق العاده خود را به اثبات رسانده و راه انقلاب صنعتی را هموار كردند .

 در قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم ، همزمان با پیشرفت تكنیكهای ساخت و تولید ، وسایل مكانیكی خودكار به میان مردم راه یافتند كه از میان آنها می توان به ساعتهای فانتزی ، اسباب بازیهای مكانیكی پیچیده و اختراعات نو ظهور دیگر اشاره كرد. امروزه موتورهای الكتریكی مینیاتوری و وسایل كنترل الكتریكی جای فنر و چرخ دنده را در اسباب بازیها گرفته است. اما همچنان می توان اتوماتون های ظریف و خوش ساخت را به ( قیمتهای مختلف ) در گوشه و كنار یافت .

بدون شك سهم بزرگی از اختراعات انقلاب صنعتی مدیون كنجكاویهای بازی گونة سازندگان اتومان در عصر رنسانس است . امروزه اتوماتون به هنر نیز راه یافته است . شركت معظم فیلمسازی والت دیسنی در بسیاری از آثار موفق خود از ماشینهای پیچیده‌ای كه نقش بازیگران حرفه‌ای را ایفا می كنند استفاده كرده است. این ماشینهای فوق العاده ظریف، كه انیماترونیك (Animatronik) نامیده می شوند ، به كمك موتورهای الكتریكی و ابزارهای هیدرولیك ( و كسی به جای آنها حرف بزند ) باور حیات را بسادگی به افراد القاء میكنند .

شكل 1-3- یكی از انیماترونیك های والت دیسنی

از حقه های سادة یونانیان و مصریان باستان گرفته شده تا انیماترونیك های پیچیدة والت دیسنی (‌كه به معجزة بیشتر شبیه هستند ) ، همة این ماشینها در یك اصل ساده مشتركند، آنها فقط به یك سلسله حركات از پیش تعیین شده را باز تولید و تكرار می كنند .

 ماشینهای تولید

از همان شروع انقلاب صنعتی كارخانه ها با مشكلی به نام تأمین نیروی كار ماهر روبرو شدند . با اینكه نیروی آب ، بخار ، گاز و برق به انسان كمك می كرد، اما نقش اصلی را همچنان مردان ،زنان ، و كودكانی بر عهده داشتند كه در ازای مزد ناچیز در كارخانه ها روز خود را شب می كردند . در این شرایط بود كه ایدة اتوماسیون بسرعت به در میان كارخانه رواج یافت . اما بزودی روشن شد كه ماشینی كه بتواند حتی یك كار ساده (‌مانند تبدیل مفتول فولادی به گیره های كاغذی ) را بطور كاملاً‌خودكار انجام دهد؛ ماشینی بغایت پیچیده خواهد بود. كارخانة كاملاً خودكار هنوز هم فقط یك رؤیاست ( رؤیایی كه متعلق به فیلم‌های علمی – تخیلی مانند فیلم جذاب و دیدنی ادوارد دست قیچی ) و در كارخانه‌های امروزی برای هر كار خاص یك ماشین خاص وجود دارد : ماشین برش ، ماشین خمكاری ، ماشین جوشكاری و مانند آنها .

 اما ورود اتوماتون ها به صنعت تا زمان امكان برنامه ریزی آنها عملی نشد ؛ روباتیكه نتواند برای موقعیتهای مختلف برنامه ریزی شود ، از ارزش عملی چندانی برخوردار نیست . اتوماتون ها ( یا روباتها ) از ماشینهای خودكار قدیمی یك گام جلوتر بودند: آنها ایمنی بیشتری برای كارگران تأمین می كردند، چون آنها ذاتاً نیازی به همراهی كارگران نداشتند و می توانستند بدون هیچگونه كمكی كار خود را به خوبی انجام دهند (‌شكل 1-4 را ببینید )

شكل 1-4- یك روبات جوشكار

 مهمترین قسمت مكانیكی یك روبات كارگر بازوی آن است ( شكل 1-5) بازوی روبات یك «‌دست » مكانیكی تخصصی یافته است كه برای انجام یك یا چند وظیفة خاص طراحی شده است هر بازوی روباتی می تواند بر طبق برنامه ریزی انجام شده در مغز آن كارهای مختلفی را انجام دهد علاوه بر آن این امكان نیز وجود دارد كه یك روبات بتواند  بازوهای مختلفی داشته باشد .

روباتها دریچة جدیدی برروی اكتشافات عملی گشوده‌اند. امروزه به كمك روباتها به جاهایی می توان سفر كرد كه در گذشته تصور آن هم دشوار بود :سفر به سایر كرات منظومة شمسی مانند مریخ ، سفر به اعماق فضا یااقیانوسها ،‌یا سفر به نقاط صعب العبور مانند قطب جنوب و حتی قلة كوههای آتشفشان در شكل 1-6 روباتهای مریخ نورد ناسا بنامهای اوپورچونیتی و پت فایندر را می بینید .

روباتهای افسانه‌ای

با اینكه افسانه های زیادی دربارة روباتها و موجوداتی با حیات مصنوعی نقل شده است ، اما در این افسانه ها بروشنی معلوم نیست این هیولاها چگونه خلق شده اند . در داستانهای گولوم و فرانكشتین هیچ توصیف واقعی از نحوة خلایق هیولاوجود ندارد و حتی در داستان عملی تر كارل چاپك روباتها مخلوقاتی از جنسی سیتوپلاسم مرموز هستند ، نه موجوداتی مكانیكی . اما روباتهای واقعی ماشینهای ظریفی هستند كه بر طبق یك نقشة فنی دقیق ساخته می شوند. بااین حال ، همیشه این تصور ( یا ترس ) وجود داشته است كه روباتها بتوانند از خالق خود یعنی انسان پیشی بگیرند.

شكل 1-5- یك بازوی روباتی

شكل 1-6- روباتهای مریخ نورد .

روباتها همیشه در سینما حضور چشمگیر داشته اند. روباتهای دوست داشتنی نسل ما سی تری پی او (‌C3PO)و آر تودی تو (R2D2) روباتهای قهرمان سری فیلمهای جنگ ستارگان  - به نوعی تداعی كنندة لورل و هاردی بودند .

شكل 1-7- روباتهای قهرمان فیلم جنگ ستارگان

 اما امروزه هنر پیشه بیشتر در نقش موجودات خبیث ظاهر می شوند: سایبورگ های فیلم بلیدرانر، یا ماشینهای آدمكشی TX-T1000 در مجموعه فیلمهای ترمیناتور

شكل 1-8- روبات خبیث فیلم ترمیناتور

 حضور روباتها در فیلمهای  سینمایی سابقه‌آی بسیار طولانی دارد : اولین روبات در سال 1909 در فیلمی انگلیسی به نام خدمتكار الكتریكی ظاهر شد . پس از آن در فیلم معروف متروپلیس ( ساختة فریتزلانگ كارگردان آلمانی ) روباتی مؤنث بنام ماریا ایفای نقش كرد. در فیلم معروف جادوگر شهر اوز ( كه در ایران به نام جادوگر شهر زمرد به نمایش درآمد ) نیز یكی از نقشهای اصلی (‌گوی آتش ، فرمانروای شهر زمرد ) بر عهدة روباتها گذاشته شد . دهة 1950 اوج فیلمهای تخیلی بود كه بدون روباتها هیچوقت كامل نبودند، معروفترین این روباتها رابی قهرمان با مزة فیلم سیارة ممنوع بود ، كه بدون تردید می توان آنرا الهام بخش بسیاری از روبات – هنر پیشه های بعد ازخود نامید.

 كتابخوانها نیز از روباتها دور نبوده اند ، داستانهای علمی – تخیلی همواره با این موجودات عجین بوده است.

بدون تردید معروفترین نویسنده‌ای كه دربارة‌روباتها به تفصیل نوشته ، كسی نیست جزء آیزاك آسیموف .آسیموف در طی خلق دهه ها داستان علمی ، تخیلی مهیج ، قوانین سه گانة روباتیك خود را تدوین كرد. كه امروزه به عنوان اصول اساسی این صنعت پذیرفته شده‌اند قوانین سه گانة روباتیك آسیموف چنینند :

1-  قانون اول روباتیك : یك روبات نباید (‌از طریق اقدام یا عدم اقدام خود ) باعث صدمه دیدن یك انسان شود . یااجازه دهد به یك انسان آسیب برسد .

2-  قانون دوم روباتیك: یك روبات باید دستوراتی را كه انسانها به آن می دهند اجرا كند مشروط بر اینكه قانون اول نقض نشود .

3-     قانون سوم روباتیك: یك روبات باید از خودش محافظت كند ، مشروط بر اینكه قانون اول یا دوم نقض نشوند .

 آسیموف  بعدها قانون دیگری به این قوانین  سه گانه اضافه  كرد ، و از آنجائیكه این قانون از همه مهمتر بود و باید در بالای لیست قرار می گرفت، نام آنرا قانون صفرم روباتیك‌( كه دراین حالت قانون اول روباتیك فقط تا زمانی معتبر است كه قانون صفرم را نقض نكند .)

قانون صفرم روباتیك : یك روبات نباید (‌از طریق اقدام یا عدم اقدام خود ) باعث صدمه دیدن نژاد بشر( یاكرة زمین ) شود یا اجازه دهد به این نژاد (‌یا كرة زمین ) آسیب برسد.

روباتهای خیالی كتابها و فیلمهای سینمایی در واقع شمشیری دولبه هستند ، از یك طرف آنها با تحرك قوة تخیل افراد باعث تقویت پایه های تكنولوژیك آینده به خصوص در میان جوانان و نوجوانان نسل امروز می شوند. چه بسیار از متخصصان فعلی این رشته كه با دیدن دلربایی های C3Po در فیلم جنگ ستارگان ، یا كارهای محیر العقول T800در فیلم ترمیناتور مسیر آینده خود را انتخاب كرده اند . ازر سوی دیگر ، داستانها و فیلمهای علمی – تخیلی مرز انتظارات مردم از روباتها را تا حد زیادی بالا می برند . وقتی مردم با تصوری كه از روباتهای فیلمهای علمی – تخیلی دارند با یك روبات امروزی روبرو می شوند بكلی سرخورده می شوند (‌البته مقایسة‌روبات تغییر شكل دهندة فیلم ترمیناتور با یك روبات جوشكار براستی دور از انصاف است !) اما وقتی خودتان با تلاش بسیار یك روبات ساده می سازید ، حداقل متوجه می شوید كه چه راه درازی تا روبات نابغه‌ای مانند R2D2 در پیش است .

روباتهای آینده :

رؤیاهای آینده از دل دانشگاهها و مراكز تحقیقاتی امروز بیرون می آید . ژاپنی ها سالهاست روی روباتهای انسان نما – آدمك مصنوعی – كار می كنند آسیمو(Asimo) و P5 از محصولات شركت هوندا نوید خدمتكارهای روباتیك آینده را می دهند . (‌Aibo) از شركت سونی طرفداران حیوانات خانگی را ذوق زده كرده است . بحثهای عمیق تر روباتیك ،‌ مانند هوش مصنوعی ، روشهای ارتباط انسان و روبات ، و روباتهای دارای رفتارهای اجتماعی ، سالهاست درمراكز مهم تحقیقاتی دنیا – مانند MIT دنبال می شود .

شكل 1-9- آیبو- سگ روباتی سونی ،‌آسیمو، روبات انسان نمای هوندا

 در سالهای اخیر با ظهور تكنولوژیهای جدیدی مانند نانوتكنولوژی (Nanotechnology) ، روباتیك نیز دچار تحولات عمیقی شده است .امروزه به جای ساختن ماشینهای بزرگ و پیچیده محققان در فكر ایجاد انبوهی از ماشینهای ریز و ساده هستند كه بتوانند مانند یك پیكر واحد عمل كنند ( آیا انسان نیز از تعدادزیادی سلول ساده ساخته نشده است ؟) از طرف دیگر ، محققان امروزی در پی ساختن روباتهایی هستند كه بتوانند از در مواجهه با محیط خود تكامل پیدا كرده و به موجودات یشرفته تری تبدیل شوند.

شكل 1-10- نانو روبات ها

 نكتة‌اصلی در این میان نحوة برخورد جامعة‌انسانی با این تحولات است . قدرت بیشتر یعنی مسئولیت بیشتر ( یا قدرت انهدام بیشتر ) شاید همین دغدغه های انسانی و اجتماعی بود كه آسیموف را به تدوین چهار قانون اساسی روباتیك واداشت  و این قوانین چنین در میان اهل فن محترم شمرده می شوند. هرگز فراموش نكنید كه :‌روباتها در نهایت ابزارهایی ( هر چند فوق العاده پیچیده )بیش نیستند ، و مسئولیت استفاده صحیح از این ابزار بر عهدة ما انسانهاست .

فصل دوم :

مقدمه‌ای بر مكانیك

مفاهیم اساسی مكانیك

مكانیك علم مطالعة نیروهای عمل كنند ه در یك ماشین ( یا سیستم ) است نیرو (‌Force) حاصل یك عمل فیزیكی است ، و باعث انجام كار (‌work) می شود وقتی چیزی را هل می‌دهید بر آن نیرو وارد می كنید و همین باعث انجام كار ( جابجایی جسم ) می شود (شكل2-1) وقتی جسمی را حركت می دهید در واقع در حال اضافه كردن انرژی (‌energy) آن هستید .

شكل 2-1 نیرو

حركت نوع حاصی از انرژی است كه به آن انرژی جنبشی ((kinetic energy گفته می شود ؛ همین انرژی جنبشی است كه حتی در صورت قطع اعمال نیرو باعث ادامة حركت جسم می شود ( شكل2-2)

اگر نیرویی مخالف حركت جسم وجود داشته باشد ، آن جسم تاابد به حركت خود ادامه خواهد داد. اما دردنیای واقعی همیشه اصطكاك( friction) وجود دارد ، كه باعث كند شدن حركت اجسام و در نهایت تقویت آنها می شود .

در مطالعة سیستمهای مكانیك ( كه موضوع این فصل است ) با دو نوع كمیت روبرو خواهیم شد كه شناخت دقیق آنها ضروری است . اولین نوع از كمیت ها همان عددهایی است كه در زندگی روزمره با آنها سروكار داریم : طول یك شیء چقدر است ؟ پختن یك كیك چقدر زمان می برد؟ به این نوع از كمیت ها ، كمیت بدون بعد یااسكالر ( Scalar) گفته می شود. اما كمیت های دیگری نیز وجود دارند كه برای توصیف آنها به بیش از یك عدد نیاز داریم : وقتی دربارة حركت یك جسم صحبت می كنیم ، علاوه بر مقدار حركت باید جهت آن را نیز مشخص كنیم به این نوع از كمیت ها ، كمیت جهت دار یا بردار(‌vector) می گویند.

شكل 2-2- انرژی جنبشی

انرژی

انرژی توانایی انجام كار است . انرژی ماهیت مادی ندارد ، حتی نور و الكتریسیته نیز خود انرژی نیستند بلكه آنها دارای انرژی هستند . انرژی بر دو نوع است جنبشی ( Kinetic) و پتانسیل (Potential) انرژی جنبشی انرژی جسم در حال حركت است .  كه به مقدار جرم و سرعت آن بستگی دارد انرژی پتانسیل چسم به واسطة موقعیت آن نسبت به یك نقطه مرجع  است (‌انرژی جسم در ارتفاع، فنر فشرده شده ، و انرژی ذخیره شده در مواد شیمیایی همگی انرژی پتانسیل هستند ) انرژی های جنبشی و پتانسیل می توانند به یكدیگر تبدیل شوند.

قبل از اینكه بتوانیم دربارة انرژی و نحوة محاسبه آن بیشتر صحبت كنیم ، باید با چند كمیت فیزیكی دیگر ، واحدهای اندازه گیری و روشهای نمایش ریاضی آنها آشنا شویم .

واحدهای اندازه گیری

مكانیك یكی از شاخه های فیزیك است ، به همین دلیل با اندازه گیری و واحدهای اندازه گیری سروكار دارد . سیستم جهانی اندازه گیری سیستم متریك SI، است كه اكنون در تمام كشورهای دنیا پذیرفته شده است ، اما در این كتاب اغلب از سیستم انگلیسی (یااینچی) استفاده كرده ایم  برای آشنایی با رابطة این واحدها و ضرایب تبدیل آنها به پیوست مراجعه كنید .

مكان :

برای اینكه بتوان در مورد یك جسم صحبت كرد ، باید دانست كه در چه مكانی قرار دارد . مكان (Position)یك جسم ازطریق انتخاب یك سیستم مختصات (‌كه می تواند دو بعدی یا سه بعدی باشد ) بیان می شود . مكان دارای واحد خاصی نیست ، ولی اغلب كمیتهای فیزیكی دیگر دارای رابطة‌مستقیم با مكان (‌یا تغییر مكان ) جسم می باشند.

زمان :t

 ثانیه: s

در تمام سیستمهای اندازه گیری رایج، واحد زمان ثانیه (‌secod) است همة ما با مفهوم ثانیه آشنا هستیم ، و بصورت رومزه با آن سروكار داریم ، اما تعریف علمی و استاندارد ثانیه در سیستم SI‌عبارت است از : زمان 770/631/ 192/9 نوسان اتم تحریك شدة سزیوم 133.

طول :I

متر :m

كه بنام فاصلة distance نیز شناخته می شود . عبارت است از فاصلة‌دو نقطه در فضا در سیستم SI طول به عنون مسافتی كه نور در  ثانیه طی می كند تعریف شده است.

جرم :m

كیلوگرم: kg

جرم (mass) تودة ذاتی است كه جسم از آن ساخته می شود وقتی جرم در یك میدان جاذبه قرار ‌گیرد، نیرویی به آن وارد می شود كه به آن وزن (weigth)می گویند توجه داشته باشید كه جرم ذاتی جسم است و درهیچ حالی صفر نمی شود، در حالیكه وزن تأثیر میدان جاذبه بر جسم است و می تواند در شرایط خاصی صفر شود . واحد استاندارد جرم در سیستم SI استوانه‌ای به جرم یك كیلوگرم از جنس پلاتین – ایریدیوم است . كه در فرانسه نگهداری می شود ، و همة نمونه های استاندارد جرم از روی آن كپی می شوند. متوجه شده‌اید كه جرم بر خلاف سایر كمیت های فیزیكی دیگر به كمك پدیه های عمومی فیزیكی ( كه در تمام جهان قابل سنجش هستند ) سنجیده نمی شود؛ مدتهاست دانشمندان به دنبال راهی برای تعریف واحد جرم بصورت كمیتی قابل اندازه گیری در تمام جهان هستند ، ولی هنوز به نتیجة‌دلخواه نرسیده اند .

هر جسم دارای ابعاد فیزیكی در تمام جهات فضا است ، كه جرم آن بطور یكنواخت یا غیر یكنواخت در این محدوده پخش شده است اما برای هر جسم نقطه‌ای وجود دارد كه به نظر می رسد جرم آن بصورت یكنواخت در اطراف نقطة توزیع شده است به این نقطه مركز جرم ((center of mass جسم گفته می شود . مركز جرم یك جسم می تواند ( بسته به شكل جسم ) داخل جسم یا خارج آن قرار داشته باشد . مركز جرم نقطه‌ای است كه به نظر می رسد تمام جرم جسم در این نقطه متمركز شده است .

سرعت: V

متر بر ثانیه :

 سرعت Velocity یكی از واحدهای فرعی است كه از واحدهای اصلی مشتق می شود واحدهای فرعی كمیت جدیدی را تعریف نمی كنند، بلكه رابطه بین كمیت های اصلی را نمایش می دهد سرعت عبارتست از مقدار تغییر مكان در واحد زمان ، برای مثال سرعت ، 3m/s یعنی جسم در هر ثانیه 3 متر جابجا می شود  وقتی یك جسم در حال حركت است به حركت خود ادامه خواهد داد مگر اینكه نیروی دیگری بر آن وارد شود این قانون اول حركت نیوتن است ، كه به صورت كلی زیر بیان می شود:

وضعیت یك جسم ساكن یا در حال حركت یكنواخت تغییر نمی كند، مگر اینكه نیرویی خارجی به آن اعمال شود .

 سرعت از كمیتهای برداری است یعنی علاوه بر مقدار دارای جهت نیز هست اگر جسم بتواند فقط در یك بعد ( روی یك خط راست ) حركت كند ، حركت آن دو جهت بیشتر نخواهد داشت . شكل 2-3 را ببینید به خطی كه جسم می تواند در امتداد آن حركت كند محور (axis)‌می گویند ، كه این محور معمولاً‌محور X‌نامیده می شود .

شكل 2-3- حركت از روی خط راست ؛ حركت یك بعدی

از آنجائیكه  در حركت روی خط راست ، جسم فقط روی محور X می تواند حركت كند ، سرعت آن بصورت زیر محاسبه خواهد شد .

كه در آن  (‌حروف یونانی دلتا )‌نشان دهندة مقدار تغییرات است .

اگر جسم بتواند در دو بعد ( یك صفحه ) حركت كند ، حركت آن دارای جهت های بیشمار خواهد بود ( شكل 2-4) را ببینید ) در اینجا دو محور به نامهای x,y وجود دارد كه جسم می توند د رامتداد آنها حركت كند مكان (‌یا مختصات ) هر نقطه در صفحه بصورت زوج ( x,y) نمایش داده می شود . كه x‌و y به ترتیب فاصلة‌آن نقطه از مبدأ مختصات (‌محل تقاطع محورها ) روی محورهای Y,X  هستند و.

 وقتی یك جسم در صفحه از نقطه‌ای به نقطه دیگر می رود جابجایی آن روی هر دو محور اتفاق خواهد افتاد شكل (2-5)

میزان جابجایی یك نقطه در صفحه ‌بر حسب جابجایی آن روی محورها ، از فرمول زیر محاسبه می‌شود

 و سپس سرعت جسم مانند قبل بدست می آید:

شكل 2-4- فضای دو بعدی صفحه

شكل 2-5- حركت در صفحه : حركت دو بعدی

اجسام می توانند درسه بعد (‌فضا) نیز حركت كند ، كه در این حالت هم حركت آنها دارای جهت های بیشمار خواهد بود .شكل 2-6 را ببینید برای مشخص كردن حركت در فضای سه بعدی به سه محور بنامهای z , y, x نیاز داریم و مختصات هر نقطه در فضا به صورت سه گانة x,y,z)) نمایش داده می شود كه z,y,x به ترتیب فاصلة آن نقطه از مبدأ مختصات روی محورهای Z,Y,X هستند .

 میزان جابجایی یك نقطه در فشا بر حسب جابجایی آن روی محورها ، از فرمول زیر بدست می‌آید:

 و سرعت آن نیز مانند قبل محاسبه می شود :

شكل 2-6 فضای دو بعدی صفحه

شتاب: a

متر بر مجذور ثانیه :m/s2

شتاب ( acceleration) نیز یكی از واحدهای فرعی است شتاب عبارتست از مقدار تغییر سرعت در واحد زمان . برای مثال 3m/s2 یعنی سرعت جسم در هر ثانیه 3 متر بر ثانیه افزایش می یابد . شتاب نیز كمیتی برداری است ، كه علاوه بر مقدار دارای جهت نیز هست .

نیروی جاذبه در واقع نوعی شتاب است ، چون میدان جاذبه باعث می شود تا سرعت سقوط اجسام لحظه به لحظه بیشتر شود .شتاب جاذبة زمین m/s2 80665/9 است ( كه معمولاً در محاسبات m/s2 8/9 در نظر گرفته می شود )‌وقتی یك جسم از حالت سكون شروع به سقوط می كند سرعت آن بعد از یك ثانیه به m/s2 8/9 می رسد .

و بعد از چهار ثانیه سرعت آن به مقدار قابل توجه 39.2m/s خواهد رسید ( و این یعنی متجاوز از 140 كیلومتر بر ساعت )

اما مسافتی كه جسم در حال سقوط آزاد بر حسب زمان طی می كند ، از فرمول زیر بدست می‌آید:

جسمی كه از حالت سكون سقوط آزاد می كند ، بعد از یك ثانیه مسافتی معادل 4.9m طی خواهد كرد:

و این جسم بعد از چهار ثانیه ( در حالیكه به سرعت 140 كیلومتر بر ساعت رسیده )‌مسافتی معادل 156.8m را طی كرده است .

نیرو :F

نیوتن m/s2× N=kg

 نیرو (‌Force) بصورت جرم ضرب در شتاب a×F=m ، تعریف می شود واحد نیرو در سیستم SI به افتخار آیزاك نیوتن دانشمند انگلیسی كه قوانین سه گانة وی در حركت اساس فیزیك كلاسیك را تشكیل می دهند نیوتن Newton نامگذاری شده و با N‌نمایش داده می شود قانون اول نیوتن را در قسمتهای قبل دیدید ، قانون دوم حركت نیوتن ،كه رابطة نیرو و حركت را توصیف می كند،؛ بصورت زیر بیان می شود :

تغییر حركت ( شتاب ) در راستای اعمال نیرو صورت می گیرد، و مقدار آن با جرم جسم و نیروی وارد شده متناسب است .

 قانون سوم حركت نیوتن نیز ، كه دربارة‌عمل و عكس العمل است بصورت زیر بیان شده است :

برای هر عمل یك عكس العمل وجود دارد ، مساوی و در جهت مخالف آن

 اگر به جسمی به جرم یك كیلوگرم بطور پیوسته نیرویی معادل یك نیوتن وارد‌آید ، با شتاب ثابت و یكنواخت 1.0m/s2 به حركت در خواهد آمد :

اندازة حركت:

كیلوگرم متر بر ثانیه :m/s×kg

اندازة حركت (momentum): شباهت زیادی با نیرو دارد و بصورت جرم ضرب در سرعت v×p=m ، تعریف می شود .

 انرژی :E

ژول m2/s2 ×j=kg

 در ابتدای همین فصل دیدید كه انرژی energy‌ را بصورت نیرو ضرب در مسافت d×E=F ، تعریف كردیم . از همین جا می توان واحد اندازه گیری انرژی را به سادگی به دست آورد .

 واحد انرژی در سیستم SI به افتخار دانشمند فرانسوی ژول ( Joule) نامگذاری شده و بصورت نیوتن متر (Nm) نیز بیان می شود .

انرژی جنبشی :KE

گفتیم كه انرژی بر دو نوع است : جنبشی و پتانسیل

انرژی جنبشی kinetic energy انرژی جسم در حال حركت است كه به جرم و سرعت آن بستگی دارد . برای محاسبة‌انرژی جنبشی یك جسم از فرمول زیر استفاده می شود :

همانطور كه می بینید ، انرژی جنبشی با مجذور سرعت متناسب است این بدان معناست كه با دو برابر شدن سرعت جسم انرژی جنبشی آن چهار برابر خواهد شد. به همین دلیل است اجسام پرسرعت حتی اگر جرم كمی داشته باشد ( مانند گلولة تفنگ) بسیار خطرناك هستند.

انرژی پتانسیل :PE

 انرژی پتانسیل Potential energy اانرژی نهفته در جسم به واسطة موقعیت آن نسبت به یك نقطة مرجع است وقتی یك جسم از سطح زمین بالا برده می شود ، انرژی پتانسیل در آن ذخیره می شود . این انرژی پتانسیل بصورت زیر محاسبه می شود :

RE=mgh

 انرژی فنر فشرده شده ، و انرژی ذخیره شده در مواد شیمیایی از انواع دیگر انرژی پتانسیل هستند انرژی های جنبشی و پتانسیل می توانند به سادگی یكدیگر تبدیل شوند

 ماشینهای ساده

بعد از شناخت مفهوم اساسی مكانیك ، یعنی نیرو، باید سراغ وسیلة اعمال نیرو برویم ، ساده ترین مكانیزم اعمال نیر ماشین ساده ( simple machine) نام دارد . یك ماشین ساده با تغییر در فاكتورهای مكانیكی ، انجام كارهای دشوار ( و گاه غیر ممكن – مانند بلند كردن یك اتومبیل با نیروی بازو ) را تسهیل می كند. اهمیت ماشینهای ساده در آن است كه پیچیده ترین ماشینها(‌حتی روبات ها ) نیز از ماشینهیا ساده تشكیل می شوند . انواع مختلفی از ماشینهای ساده و جود دارد كه در این بخش به آنها آشنا خواهید شد .

قدرت ساختاری :

مهندسان مكانیك ساعتها و روزهای متمادی صرف می كنند تا سازه های خود را بیشترین قدرت و استحكام ساختاری طراحی كرده و بسازند. ما در اینجا همة این تلاشها را در یك جمله‌برای شما خلاصه می كنیم : مثلث  منبع قدرت و استحكام است .

 اجازه دهید این موضوع را كمی بیشتر بشكافیم ، و نشان دهیم كه مثلث چگونه به استحكام سازه كمك می كند .

مثلث و مربع

هر سازه مكانیكی دارای قدرت و استحكام حاصی است كه از شكل سازه و نحوة اعمال نیروها به آن ناشی می شود حتی یك سازة‌كاغذی اگر نیروها از جهت مناسب به آن وارد شوند ، می تواند استحكام زیادی از خود نمایش دهد برای درك بهتر این موضوع دو سازة‌مربعی و مثلثی شكل 2-7 را ببینید .

شكل 2-7- قدرت سازه ها

در هر دو سازه میله ها به وسیله لولا به هم متصل شده اند ، و اتصالات بطور كامل قابلیت حركت دارند اگر درست در وسط ضلع بالایی مربع یك فشار عمودی وارد كنید ، این شاخه نیروی وارده را به دو ضلع عمودی منتقل كرده و نیرو از آنجا به ضلع پایینی وارد می شود. از آنجائیكه میله ها در مقابل نیروی فشاری (Comperssion) مقاوم هستند ، سازة‌مربعی بخوبی فشار را تحمل می كند. اما اگر محل وارد كردن نیرو از نقطة‌وسط به سمت یكی از اضلاع عمودی جابجا شود (‌یا جهت آن كاملاً عمود نباشد ) ، نیرو به لولاها منتقل شده و سازة مربعی فرو می ریزد . پیداست كه سازة مربعی در مقابل نیروهای جانبی پایداری ندارد.

اما در سازة مثلثی هر نیرویی از طریق اضلاع كناری به قاعدة مثلث منتقل شده و این ضلع را تحت كشش قرار می دهد از آنجائیكه میله ها در مقابل نیروی كششی ( Tersion) بسیار مقاوم هستند  سازه مثلثی هر نوع نیرویی را به بخوبی تحمل خواهد كرد بخوبی دیده یم شود كه سازة‌مثلثی پایداری بسیار بالایی دارد و در هیچ حالتی فرو نخواهد ریخت (‌البته تا زمانی كه محور لولاها در مقابل نیرو مقاومت كنند و خرد نشوند )

 برای نمونه وقتی دو تسمة فلزی را با پرچ به هم متصل می كنید ، مقاومت سازه در اثر ایجاد مثلثهای مخفی است كه در آن پایدار خواهند شد . مقاومت سازه های ساختمانی كه در آنها ازبادبند استفاده شده نیز در اثر وجود همین مثلثهای مخفی است شكل 2-8 را ببینید .

شكل 2-8- مثلثهای مخفی در سازه های مقاوم

 یكی دیگر از سازه های مقاوم دایره است ، كه نمونة‌آنرا در گنبدها ، قوسها و تخم مرغ دیده‌اید .نوع دیگری از نیرو كه در اینجا فقط به آن اشاره میكنیم ، نیروی برشی (shear) است مانند نیرویی كه قیچی به كاغذ وارد می كند تمامی انواع نیروها – فشاری ،‌كششی ، برشی – به جسم تنش ( Stress) وارد می كنند .

اهرم

ماشین سادة دیگری كه مزیت مكانیكی ایجاد میكند، اهرم ( lever) است اهرم دارای سه بخش عمده است و بازوی محرك، بازوی مقاوم ، و تكیه گاه . در شكل 2-12 ساده ترین نوع اهرم ( كه به اهرم نوع اول معروف است ) را مشاهده می كنید در این نوع اهرم تكیه گاه بین نیروی محرك و نیروی مقاوم قرار دارد .

شكل 2-12- اهرم نوع اول

با وجود پیچیدگی بیشتر ، محاسبات ریاضی اهرم از سطح شیبدار ساده تر است . بازوی محرك (dE) فاصلة بین تكیه گاه تا نقطة‌اعمال نیروی محرك (E) ، و بازوی مقاوم (dR) فاصلة‌بین تكیه گاه تا نقطة‌اثر نیروی مقاوم (R) است . اگر dE بزرگتر از dR باشد ؛ مزیت مكانیكی اهرم از یك بزرگتر است ؛ بعبارت دیگر ، مزیت مكانیكی اهرم بصورت زیر محاسبه می شود :

در شكل 2-13 یك اهرم نوع دوم را می بینید . در این نوع اهرم نیروی مقاوم بین نیروی محرك و تكیه گاه قرار دارد در این نوع اهرم مزیت مكانیكی همیشه بیشتر از یك است .

شكل 2-13- اهرم  نوع دوم

شكل 2-14 یك اهرم نوع سوم را نشان می دهد . در این نوع اهرم نیروی محرك بین نیروی مقاوم و تكیه گاه قرار دارد . در این نوع اهرم مزیت مكانیكی همیشه كمتر از یك است . ساعت انسان یك اهرم نوع سوم است ، كه در آن آرنج تكیه گاه ، مچ دست  محل نیروی مقاوم و عضلة‌ساعد محل اهمال نیروی محرك است .

شكل 2-14- اهرم نوع سوم

 چرخ و گشتاور

چرخ (Wheel) یكی از بزرگترین اختراعات بشر است . چرخ یك ماشین ساده است كه برای غلبه بر اصطكاك بكار می رود . در شكل 2-15 یك چرخ و نیروهای وارد بر آن را مشاهده می كنید . نیرویی كه به محور چرخ وارد شده ،‌در محل اتصال چرخ و زمین به زمین اعمال می شود فاصلة‌بین محور چرخ و محل اعمال نیروی چرخ به زمین ، شعاع چرخ(r) نامیده می شود.

شكل 2-15- چرخ

به خطی كه از مركز چرخ به محل اتصال چرخ با زمین كشیده شده ، دقت كنید ؛ این خط شباهت زیادی به یك اهرم نوع اول یا دوم دارد . اما جالب است كه تكیه گاه و نقطة‌اعمال نیروی محرك روی هم منطبق هستند . با اینكه طول بازوی محرك این ماشین صفر است ، اما چرخ همچنان می چرخد . اگر نیروی محرك به محیط چرخ اعمال شود ، بازوی مقاوم صفر خواهد شد . (‌چون تكیه گاه و محل اثر نیروی مقاوم یكی می شوند ) وقتی یكی از عوامل مؤثر در حل معادلة اهرم صفر شود ، حل آن غیر ممكن خواهد شد . پس چطور باید معادلة چرخ را حل كرد؟ برای حل این مشكل نیروی جدیدی بنام گشتاور را معرفی می‌كنیم . گشتاور (torque) نیروی چرخی است كه حول یك نقطه می چرخد، و با حرف یونانی  نمایش داده می شود. گشتاور بصورت نیرو ( F) ضرب در طول بازوی اعمال نیرو (d) تعریف می شود:

 همانطور كه از فرمول بالا می توان دید ، واحد اندازه گیری گشتاور نیوتن متر ( ) است .

قرقره

قرقره(Pulley) یك ماشین ساده است كه از چرخ برای تغییر دادن جهت نیرو و ایجاد مزیت مكانیكی استفاده می كند . قرقرة ساده ( كه آنرا در شكل 2-16 می بینید ) دارای مزیت مكانیكی یك است ، چون مقدار جابجایی جسم (‌نیروی مقاوم ) به همان اندازه مقدار جابجایی در سمت نیروی كشنده (‌نیروی محرك )‌است .

شكل 2-16- قرقرة‌ساده

علت استفاده از قرقرة ساده تغییر دادن جهت نیرو است چون معمولاً اعمال نیرو به سمت پایین (‌كشیدن ) ساده تر از اعمال نرو به سمت بالا ( هل دادن ) است

 برای اینكه قرقره دارای مزیت مكانیكی بزرگتر از یك شود ، باید میزان جابجایی نیروی محرك را بیشتر از نیروی مقاوم كنیم . برای این منظور می توان از قرقره متحرك استفاده كرد ( شكل 2-17) در قرقرة متحرك بجای ثابت بودن خود قرقره ، یكی از طنابها ثابت است ونیروی مقاوم مستقیماً به قرقره متصل می شود. در این حالت قرقره شبیه اهرم نوع دوم ( نیروی مقاوم بین تكیه گاه و نیروی محرك ) عمل می كند كه مزیت مكانیكی آن همیه از یك بیشتر است . درقرقرة متحرك برای جابجا كردن جسم به میزان یك متر بایستی طناب دو متر كشیده شود ( یعنی مزیت مكانیكی آن 2 است )

شكل 2-17- قرقرة‌متحرك

با تركیب قرقره های ثابت و متحرك می توان به مزیتهای مكانیكی بیشتر از 2 نیز دست یافت . در شكل 2-18 یك قرقرة مركب با مزیت مكانیكی 3 نشان داده شده است .

چرخ دنده و زنجیر

چرخ دنده ( gear) چرخی است كه با محیط دندانه دار كه باعث می شود هنگام درگیری با چرخ دنده های دیگر نلغزد . چرخ دنده معمولاً با چرخ دنده های دیگر یا میلة دندانه دار ،درگیر می شود (شكل 2-19) چرخ دنده ها برای انتقال نیرو یا گشتاور از یك محور به محور دیگر بكار می روند .

شكل 2-18- قرقرة‌ مركب

شكل 2-19- چرخ دنده و زنجیر

در این حالت سیستم چرخ دنده ها بصورت یك اهرم دوار عمل می كند. كه مزیت مكانیكی آن از تقسیم شعاع چرخ دنده ها بدست می آید.

در عمل بجای استفاده از شعاع چرخ دنده ، در محاسبة مزیت مكانیكی یك سیستم چرخ دنده از تعداد دنده ها  استفاده می شود . چون بسادگی می توان نشان داد كه تعداد چرخ دنده های یك چرخ دنده با شعاع آن متناسب است .

بدین ترتیب:

 كه در آن B,A تعداد دنده های دو چرخ دنده هستند .‌گاهی ( بویژه در زمانی كه با میلة دندانه دار سروكارداریم ) بجای تعداد دنده ها از محیط چرخ دنده ها نیز استفاده می شود :

یكی از كاربردهای مهم چرخ دنده ها تغییر دادن سرعت چرخش است . كه این كار معمولاً‌توسط دو (‌یا چند ) چرخ دندة هم محور كه تعداد دنده های متفاوتی دارند ، صورت می گیرد.

برای انتقال نیرو بین دو چرخ دنده كه تماس فیزیكی ندارند از زنجیر (Sprocket) استفاده می شود زنجیر می تواند دندانه دار باشد ( زنجیر دو چرخه ) یا برای انتقال نیرو اصطكاك استفاده كند ( تسمه پروانه ).

مفصلهای پیچیده

با اینكه مفصلهای چرخشی ، خمشی و لغزشی كارایی و كاربردهای زیادی دارند ، اما گاهی نوع حركت بگونه‌ای است كه باید از مفصلهای پیچیده تر برای اتصال قطعات متحرك به یكدیگر استفاده كرد در این قسمت چند مفصل پیچیده را معرفی میكنیم .

توپی :

توپی (ball and socket) یكی از مهمترین مفصلهای مركب است . در مفصلهای ساده مانند چرخشی و خمشی ، دو قطعة مفصل نسبت به یكدیگر دارای یك حركت ثابت و ساده هستند ، اصطلاحاً گفته می شود كه این مفصلها دارای یك درجة‌آزادی هستند . توپی تشكیل می شود از یك كرة صیقلی فولادی ( بخش متحرك مفصل ) كه در یك حفره با همان ابعاد ( بخش ثابت مفصل ) قرار گرفته است ، و هر بازوی مفصل به یكی از این دو قطعه متصل می شود ( شكل 2-25) توپی حركت در چند بعد را فراهم می آورد . و دارای دو درجة‌آزادی است .مفصل شانه و لگن حاضر نمونه هایی از توپی در انسان است .

شكل 2-25- انواع مفصلهای توپی

 مشكل مهم توپی آن ست كه اصطكاك در این مفصل بالا است چون ( برای جلوگیری از جدا شدن قطعات مفصل (‌كره و محفظه نگهدارندة آن باید كاملاً با یكدیگر بچسبند )

مفصل یونیور سال

یكی دیگر از مفصلهای مركب – كه د رواقع از تركیب دو مفصل چرخشی ساده تشكیل شده – مفصل یونیورسال (‌universal) است ( شكل 2-26)

قطعة اصلی در مفصل یونیورسال محور صلیبی شكل آن است ، كه هر بازوی این صلیب به یكی از مفصلهای چرخشی متصل شده و امكان حركت در جهات مختلف را فراهم می آورد . مفصل یونیورسال نیز دارای دو درجة‌آزای است یكی از معروفترین كاربردهای مفصل یونیورسال در انتقال حركت از جعبه دندة اتومبیل به دیفرانسیل است كه به افتخار ریاضیدان ایتالیایی جرونیمو كاردانو – كاردان (Cardan) نامیده شده است .

شكل 2-26- مفصل یونیورسال

مشكل اصلی مفصل یونیورسال ارتعاش آن در سرعتهای بالا ست  اگر دو قطعة مفصل یونیورسال در یك امتداد باشند ؛ مشكلی پیش نمی آید .اما از انجائیكه مفصل یونیورسال اساساً برای انتقال حركت در دو صفحة مختلف بكار می رود ، چنین موقعیتی كمتر پیش می آید در این حالت مفصل منحنی های پیچیده‌ای در فضا رسم میكند. كه در سرعتهای بالا باعث ارتعاش آن خواهد شد . برای حذف ارتعاش در سرعتهای بالا نوع ویژه‌ای از مفصل یونیورسال طراحی شده است كه به مفصل سرعت ثابت Constant velocity)  معروف است

مفصل فنری

 یكی از مفصلهای خاصی كه می تواند حركات پیچیده‌ای در فضا تولید كند ( و دارای درجات آزادی متفاوت باشد )‌مفصل فنری ( Spring) است مفصل فنری ساختمان نسبتاً ساده‌ای دارد كه در آن دو بازوی مفصل توسط یك فنر به یكدیگر متصل شده اند .(شكل2-27)

شكل 2-27- مفصل فنری

تغییر شكل حركت

اغلب منابع تولید قدرت مكانیكی ( مانند موتورها ) حركت دورانی تولید می كنند ولی بسیاری پیش می آید كه به انواع دیگری از حركت نیاز داریم كه باید آنرا از طریق مكانیزمهای خاص تویلد كنیم در این بخش می خواهیم دربارة مكانیزمهای تغییر دهندة شكل حركت صحبت كنیم .

شكل 2-48- ضامن باعث جلوگیری از حركت معكوس می شود

مكانیزمهای با یك  نقطه اتصال

 مكانیزمهای با یك نقطة‌اتصال ماشینهای ساده‌ای هستند كه بسادگی جهت حركت را عوض می كنند مثلا، اهرم می‌تواند حركت رو به پایین را در جهت مقابل به حركت رو به بالا تبدیل كند و بالعكس 

قیمت فایل فقط 17,000 تومان

خرید

برچسب ها : بررسی روبـات مسیر یاب ربوحشره , مخلوق ترسناک دكتر فرانكشتین و گولوم , تصویری تخیلی از روبات نمایشنامه روباتهای جهانی روسام

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر