یکی از مهم ترین اجزای ربات، شاسی آن است. این قطعه تمام اجزای ربات را به یکدیگر متصل می کند و بسیاری از خصوصیات و ویژگی‌های عملیاتی ربات را تعیین خواهد کرد. طراحی دقیق شاسی یکی از عوامل کلیدی در موفقیت ربات در راستای انجام وظایف خواهد بود. در مواردی با استفاده از یک شاسی پیش ساخته می‌توان به تمامی اهداف ربات دست پیدا کرد.
مواد زیادی وجود دارند که می‌توان از آنها به عنوان شاسی ربات استفاده کرد، در ادامه به معرفی چهار ماده محبوب در ساخت شاسی خواهیم پرداخت: چاپ سه بعدی، اکریلیک، فلز و چوب. کدام یک را انتخاب کنیم؟
انتخاب یک جنس مناسب وابسته به الزامات زیادی خواهد بود. در این مقاله به عواملی که باید هنگام انتخاب به آن ها توجه داشته باشید، اشاره خواهد شد.
انواع شاسی
چوب
مطمئنا به نظر نمی‌رسد که یک تکه سرو یا بلوط با تعریف “فناوری پیشرفته” مطابقت داشته باشد. اما چوب می‌تواند در مواردی بهترین انتخاب جهت ساخت یک شاسی ربات باشد. ورق‌های چوبی در اندازه‌های مختلف از ورق‌های نازک سه لایه گرفته تا تخته‌های چوبی بزرگ که برای ساخت خانه استفاده می‌شود، در دسترس هستند. از طرفی دیگر انواع مختلفی از چوب‌ها وجود دارد: چوب‌های نرم مانند MDF که از الیاف چوب و موم ساخته شده‌اند، تا چوب‌های سخت مانند گیلاس و بلوط.
انتخاب چوب به عنوان شاسی مزایای زیادی دارد:
- دسترسی و تهیه آن بسیار آسان است.
- نسبت به فلزات کم هزینه تر است.
- شکل دهی و برش آن ساده است.
- هیچ ابزار خاصی برای برش یا سوراخ کردن چوب مورد نیاز نیست، که این امر نصب قطعات سفارشی بر روی آن بسیار آسان می کند. اگر ابزارهای حرفه‌ای دارید (مانند پرس مته یا برش لیزر)، به احتمال زیاد با چوب و همچنین مواد دیگر به خوبی کار می‌کند. اگر چه شاسی چوب ضد آب نیست اما با استفاده از چسب‌ها و رنگ های مخصوص ضد آب خواهد شد.
البته استفاده از چوب معایب و محدودیت‌هایی نیز خواهد داشت:
- ناهماهنگی در چوب می‌تواند تولید انبوه را دشوار کند. یافتن یک ورق چوبی تاب نخورده و بدون گره برای تهیه یک نمونه اولیه شاسی، آسان خواهد بود، اما یافتن 100 ورق بدون نقص جهت تولید انبوه بسیار دشوراتر است.
- از طرفی چوب به خوبی بارهای دینامیکی را تحمل نمی‌کند. در صورتیکه ربات شما دارای قطعات متحرک سنگین زیادی باشد، احتمالا شاسی چوبی بشکند.
- چوب برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب مناسب نیست. در حالی که می‌توان آن را ضد آب کرد، اما در صورت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب، پتانسیل تاب برداشتن دارد.
- چوب با افزایش سن بسیار سریعتر از سایر مواد خراب می‌شود.
- چوب مطمئناً از منظر زیبایی شناسی با تکنولوژی بالا نسبت به مواد دیگر برخوردار نیست.
- در حالی که می‌توان آن را ظاهری مناسب ساخت، اما هرگز فاکتور یک ربات فلزی یا اکریلیک را نخواهد داشت. بسته به هدف ربات، زیبایی شناسی می‌تواند بدون اهمیت و یا یک طرح مهم باشد.
- چوب به هیچ وجه گرما را به خوبی منتقل نمی‌کند. سعی نکنید از شاسی خود به عنوان هیت سینک استفاده کنید، در غیر این صورت ممکن است شعله ور شود.
- چوب ماده اولیه ایده آل برای شاسی‌های یکبار مصرف است. شاسی چوبی جهت بررسی و ویرایش ایرادات احتمالی طراحی بسیار مناسب خواهد بود زیرا سهولت استفاده و فراوانی نسبی آن به معنای بازیابی آسان از اشتباهات اولیه است.
- همچنین پاسخ دادن به سؤالاتی مانند «اگر این جزء را روی ربات جابجا کنیم چه اتفاقی می‌افتد» که بخش مهمی از فرآیند تکرار طراحی است، نسبتاً آسان است.
پرینتر سه بعدی
چاپ سه بعدی یکی از فناوری‌های جدید و پر طرفدار است. ایده این است که شما قطعه خود را در یک سیستم طراحی CAD ترسیم کنید و پس از ارسال مدل به چاپگر با کلیک بر روی چاپ آن را ایجاد کنید. مکانیزم چاپ سه بعدی بر مبنای گرم شدن پلاستیک و عبور آن از یک نازل جهت ساخت الگوی مورد نظر از پایین به بالا است.
محبوب‌ترین مواد برای پرینت قطعات سه بعدی پلاستیک پلی لاکتیک اسید (PLA) یا پلاستیک آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) است. کار با ماده PLA راحت‌تر است، این در حالی است که ABS عموماً چاپ قوی‌تری تولید می‌کند بنابراین در برابر نوسانات حرارتی مقاوم‌تر است.
استفاده از شاسی پرینت سه بعدی چند مزیت دارد:
- از آنجایی که شما قبل از چاپ، شاسی خود را در نرم افزار مدل سازی می کنید، انجام تغییرات قبل از کلیک بر روی دکمه “چاپ” آسان است.
- امکان چاپ ویژگی‌های بسیار دقیق وجود دارد.
- می‌توان قطعاتی ساخت که دقیقاً تکراری از یکدیگر باشند، زیرا هر بار که دکمه «چاپ» کلیک می‌شود، یک کپی مشابه چاپ می‌شود.
- قطعات چاپ شده سه بعدی با مواد استاندارد (PLA و ABS) ضد آب هستند.
متأسفانه، معایب زیادی نیز وجود دارد:
- پرینترهای سه بعدی گران هستند. علاوه بر هزینه‌های اولیه، برای هر چاپ باید فیلامنت خریداری کنید که نسبت به چوب ارزان نیست.
- نگهداری و کار با پرینترهای سه بعدی دشوار است. مگر اینکه بتوانید قطعه را به صورت حرفه‌ای چاپ کنید یا تجربه اجرا و راه اندازی یک چاپگر سه بعدی را داشته باشید، در غیر این صورت ساعت‌های بی شماری را صرف رفع اشکال چاپ‌های ناموفق به دلیل دمای نامناسب نازل، گرمایش نامناسب بستر و غیره خواهید کرد.
- یافتن فیلامنت برای چاپ ممکن است دشوار باشد.
- پرینترهای سه بعدی حجم ساخت نسبتا کمی دارند (بسیاری از چاپگرهای ارزان قیمت تقریباً یک فوت مکعب حجم ساخت دارند). اگر شاسی شما بزرگتر از این ابعاد است، باید چند تکه پرینت بگیرید و مونتاژ کنید که وقت گیر و مستعد خطا است.
- حتی اگر بتوانید شاسی خود را در حجم ساخت قرار دهید، باز هم در معرض پرینت‌های بدی هستید.
- ممکن است قطعه پیچ خورده و رشته‌های گران قیمت را هدر دهد.
- قطعات تولید شده معمولاً حداقل در یک جهت (جهت چاپ) ضعیف هستند. این ممکن است بسته به بارهایی که باید روی شاسی وارد کنید مشکل ساز باشد.
- چاپ سه بعدی خیلی سریع نیست. در حالی که فناوری چاپگر همواره در حال بهبود است، هنوز هم ممکن است ساعت‌ها طول بکشد تا یک قطعه چاپ شود. این سرعت تکرار را تا حد زیادی کاهش می دهد و ایجاد تغییرات را خسته کننده خواهد کرد.
- قطعات چاپ شده سه بعدی معمولاً رسانای حرارتی نیستند، و در صورت قرارگیری در معرض گرمای زیاد، پلاستیک دوباره ذوب می شود. بنابراین چاپ سه بعدی برای قطعات کوچکتر مناسب تر است، که بسیاری از معایب این فناوری را کاهش می دهد.
برای قطعات بزرگ مانند شاسی ربات، ممکن است بخواهید به مواد و روش ساخت دیگری نگاه کنید.
آکریلیک و یا پلکسی
ورقه‌های ضخیم پلاستیک اکریلیک زیبا هستند و انتخاب مناسبی به عنوان شاسی برای ربات‌های کوچک تا متوسط هستند.در مورد مواد مبتنی بر اکریلیک چیزهای زیادی برای دوست داشتن وجود دارد:
- اکریلیک عالی به نظر می رسد! وقتی اکریلیک به درستی ماشینکاری شود، لبه‌های زیبا، تمیز و ظاهری با تکنولوژی بالا به ربات شما می‌دهد. علاوه بر ظاهر عالی، اکریلیک از مزایای شفاف بودن نیز برخوردار است. این به شما امکان می دهد تا داخل ربات خود را ببینید و بررسی اجزای الکترونیکی داخل ربات را ساده خواهد ساخت.
- اکریلیک قوی است. نه به اندازه آلیاژهای فلزی مختلف، اما قطعا از قطعات چاپ شده سه بعدی و یا قطعات چوبی محکم تر است. اکریلیک هم چنین ضد آب است.
شاسی‌های اکریلیک دارای اشکالاتی هستند:
- آکریلیک می تواند تا حدودی گران باشد.
- اکریلیک می تواند سنگین باشد، به خصوص در مقادیر ضخیم‌تر یا برای روبات های بزرگتر.
- جهت اعمال برش و سوراخ به ابزارهای حرفه‌ای از جمله دستگاه برش لیزی احتیاج است در غیر این صورت، خراشیدن یا ترک خوردن سطح آن آسان است.
- تهیه ورق های اکریلیک می‌تواند مشکل باشد.
- اکریلیک رسانای حرارتی نیست، اگرچه در برابر حرارت بسیار مقاوم تر از شاسی های چوبی یا چاپ سه بعدی است.
- اکریلیک ماده خوبی برای یک ربات کوچک تا متوسط است که زیبایی آن مهم است.
- علاوه بر این، زمانی که تجهیزات برش تخصصی در دسترس باشد و زمانی که ربات باید بتواند بارهای کوچک تا متوسط را تحمل کند، ماده خوبی است.
- اکریلیک برای استفاده در نمونه سازی سریع بسیار گران است، بنابراین به طور کلی باید برای تکرارهای نهایی یک طرح رزرو شود.
فلز
در نهایت، به ماده‌ای می‌رسیم که اکثر مردم وقتی می گویند “ربات” به آن فکر می کنند. اگر هیچ کدام از مواد فوق مناسب ربات شما نیست، چاره‌ای جز استفاده از شاسی فلزی ندارید. شاسی‌های فلزی به طور کلی قوی‌تر از شاسی‌های ساخته شده از سایر مواد هستند، که انتخاب آنها را برای ربات‌های سنگین عالی می‌کند. با این حال، کار با آنها و استفاده از آنها نسبت به سایر مواد دشوارتر است.
آلیاژهای فلزی بسیار زیادی وجود دارند که معرفی و شرح آنها زمان زیادی می برد، بنابراین من تمرکز را بر دو مورد از محبوب‌ترین نوع مواد مورد استفاده در کاربردهای رباتیک محدود می‌کنم: آلومینیوم و فولاد ضد زنگ.
آلومینیوم
آلومینیوم سیزدهمین عنصر جدول تناوبی است. در حالت خالص، آلومینیوم کاملاً نرم است، بنابراین اکثرا، با فلزات دیگر در غالب آلیاژ تهیه می شود. یکی از محبوب ترین آلیاژها آلومینیوم 6105 است که حدود 97 درصد آن آلومینیوم است. آهن، مس، تیتانیوم و چند فلز دیگر برای استحکام مخلوط شده اند.
آلومینیوم برای بسیاری از شاسی‌های رباتیک به چند دلیل انتخاب محبوبی است:
- آلومینیوم در میان فلزات یکی از فلزات سبک است که وزن کلی ربات شما را کاهش می‌دهد.
- از آنجایی که آلومینیوم در بسیاری از ربات ها استفاده می‌شود، شرکت‌های زیادی در حال ساخت قطعات آلومینیومی پیش ماشینکاری شده هستند که برای رباتیک مفید هستند و نیاز به ماشینکاری دستی را کاهش می‌دهند.
- آلومینیوم فلز نرمی است بنابراین ماشین کاری آن با ابزارهای دستی مانند مته و اره آسان‌تر خواهد بود.
- آلومینیوم به خوبی وزن قطعات ربات را تحمل می‌کند.
- فلز آلومینویم در مجاورت رطوبت زنگ نمی‌زند.
- از میان مواد موجود در این لیست، آلومینیوم بهترین رسانای گرما است.
همچنین استفاده از آلومینیوم دارای معایبی است:
- در مقایسه با فولاد آلومینیوم فلز نرم تری است و نمی‌تواند بارهای بسیار زیاد را تحمل کند.
- جوشکاری آلومینیوم بسیار دشوار است. در واقع، اگر جوشکاری یکی از الزامات طراحی است، ممکن است دلیلی برای حذف کامل آلومینیوم از لیست مواد انتخابی باشد.
فولاد
برخلاف آلومینیوم، فولاد عنصری در جدول تناوبی نیست. در عوض، آلیاژی است که عمدتاً از آهن تشکیل شده است و برخی فلزات دیگر مانند آلومینیوم، کروم و مس در آن مخلوط شده است. علاوه بر این، فولاد حاوی مقدار کمی کربن است که استحکام فلز را افزایش می‌دهد. فولاد اغلب به این دلیل انتخاب می‌شود که بسیاری از نقاط ضعف آلومینیوم را ندارد:
- از بین تمام مواد در نظر گرفته شده، فولاد سخت‌ترین و قوی‌ترین ماده برای ساخت شاسی شما است.
- اگر انتظار دارید که شاسی شما آسیب های زیادی را تحمل کند یا اگر شاسی شما نیاز به تحمل بارهای بسیار سنگین دارد، فولاد بهترین انتخاب خواهد بود.
- فولاد نسبتاً ارزان تر دیگر فلزات است.
- فولاد رسانای حرارتی است که به شاسی اجازه می دهد تا به عنوان یک هیت سینک استفاده شود. البته به اندازه آلومینیوم رسانا نیست، اما هنوز هم می‌توان از آن به خوبی استفاده کرد.
- جوشکاری فولاد در مقایسه با آلومینیوم بسیار آسان است.
با این حال، فولاد معایبی نیز دارد:
- فولاد سنگین است. بسیار سنگین. در این صورت در مرحله طراحی که در آن به موتورها یا محرک های بزرگتر برای حرکت ربات خود نیاز دارید، یک اثر یک جرم اضافی را خواهد داشت. در این صورت به فولاد اضافی برای پشتیبانی و ایمن سازی اجزای سنگین‌تر نیاز خواهد بود که خود عامل افزایش وزن ربات شود.
- فولاد یک فلز سخت است که ماشینکاری با ابزار دستی را دشوار می کند.
- فولاد بسیار نسبت به رطوبت ضعیف است.
بنابراین، به طور خلاصه، اگر یک ربات بزرگ و سنگین دارید و یا ربات در آینده هدف ضرابات زیادی خواهد بود، فلز انتخاب خوبی است. آلومینیوم یک انتخاب عالی است به جز زمانی که ربات نیاز به تحمل بارهای بسیار سنگین دارد که در این صورت باید از فولاد استفاده شود.
خلاصه
