آموزش رباتیک درس بیست و یکم – در بخشهای قبلی با استفاده از پلاستیک و چوب مدلهایی از شاسی را برای ربات خود ساختیم اما در این قسمت قصد داریم روش کار با فلز را برای ساخت شاسی ربات آموزش دهیم.

کار کردن با فلز

فلز ماده خوبی برای ساخت ربات میباشد چون استحکام بالایی دارد و همچنین انعطاف پذیری خوبی دارد. ​

درباره فلز برای ربات ‌ها

​​​​​​​​فلز به طور معمول به دو دسته کلی تقسیم می‌شود: آهنی و غیرآهنی.

​​​​​​​​فلزات آهنی از آهن ساخته می‌شوند (‏Fe نماد آهن در جدول تناوبی عناصر است)‏. ​

فلزات به غیر از آهن غیرآهنی هستند. این شامل مس، قلع و آلومینیوم است. ​

وقتی یک قطعه فلز می‌خرید، به ندرت آن را به شکل خالص خریداری می‌کنید. در عوض، فلز تقریبا همیشه با فلزات دیگر فرآوری می‌شود. ماده حاصل آلیاژ نامیده می‌شود. آلیاژهای مختلف خواص متفاوتی را برای فلز فراهم می‌کنند. برای مثال آلیاژهای آلومینیوم به طور خاص برای ریخته‌گری طراحی شده‌اند و آلیاژهای دیگر برای قطعات ماشین کاری در نظر گرفته شده‌اند. ​

فلز الومینیوم

​​​​​​​​آلومینیوم رایج‌ترین فلز مورد استفاده در پروژه‌های ساخت ربات است که بخشی از آن به خاطر هزینه و بخشی دیگر به خاطر قوی و در عین حال سبک بودن است.

همچنین یکی از فلزات راحت برای برش و دریل کردن است، و تنها به یک دسته‌بندی متوسط از ابزارها نیاز دارد.

آلومینیومی که شما از فروشگاه سخت‌افزار می‌خرید در واقع یک آلیاژ است.

آلومینیوم خام (‏که از کانسنگ بوکسیت تولید می‌شود)‏به عنوان یک فلز تمام‌شده ارزش تجاری کمی دارد.

کار کردن با فلزات

شکل ۱ – ۱۱ آلومینیوم اکسترود در انواع اشکال مفید برای ساخت روبات‌ها در دسترس است. نوارها، نبشی و کانال‌ها از مفیدترین موارد هستند. ​

آلیاژهای آلومینیوم با شماره مشخص می‌شوند. یک آلیاژ آلومینیوم رایج ۶۰۶۱ است که قابلیت ماشین کاری خوبی دارد (‏دریل کردن و یا اره کردن آن مشکل نیست)‏، اما هنوز هم سبک و قوی است. شکل‌های رایج آلومینیوم مفید برای رباتیک شامل ورقه‌های نازک و اشکال اکسترود، مانند مربع، لوله، زاویه L ها و کانال U است (‏شکل ۱ – ۱۱)‏. ​

فولاد

​​​​​​​​آهن برای ساخت فولاد به کار می‌رود که بعدا با مقدار کربن اضافه‌شده به آن در طول فرآوری طبقه‌بندی می‌شود. نوعی فولاد که به طور معمول می‌توانید در مغازه جوشکار محلی و یا فروشگاه لوازم خانگی پیدا کنید، مقدار کربن کمی دارد و فولاد نرم نامیده می‌شود. ​فولاد ضد زنگ فرمول ویژه‌ای از فولاد است که مقدار کمی کروم به آن اضافه شده‌است. کروم یک لایه میکروسکوپی بر روی فلز ایجاد می‌کند که به مقاومت در برابر زنگ و خوردگی کمک می‌کند. از آنجا که کار کردن با فولاد ضد زنگ بسیار دشوار است، جوش دادن آن سخت است و از بسیاری فلزات دیگر گران‌تر است، به ندرت در روبات‌های آماتور استفاده می‌شود. ​

مس

​​​​​​​​مس تنها به عنوان فلز مس در دسترس است، اما اغلب با فلزات دیگر برای ساخت چیز دیگری نیز ترکیب میشود. مس وقتی با روی ترکیب می‌شود برنج می‌سازد. مس وقتی با قلع ترکیب شود برنز می‌سازد. هر سه فلز نرم هستند و برش و دریل کردن آن‌ها نسبتا آسان است. ​

مس و آلیاژهای آن را می‌توان به آسانی آنیل کرد که فرآیند گرم کردن فلز تا دمای بالا (‏اما نه نقطه ذوب)‏است و سپس به آن اجازه می‌دهد به آرامی خنک شود. آنیلینگ برای تغییر خواصی مانند نرمی فلز به کار می‌رود. آنیلینگ معمولا برای ساختن فنرهای فلزی و نوارهای فنر فلزی به کار می‌رود. ​

روی و قلع

​​​​​​​​روی و قلع اغلب به عنوان جز تشکیل‌دهنده آلیاژ و یا به عنوان پوشش به کار می‌روند.

قلع که در برابر خوردگی مقاوم است و از زنگ زدن جلوگیری می‌کند نیز یک ماده رایج در برخی صنایع دستی و تزیین خانه است.

قلع یک فلز نرم است و اگر به اندازه کافی نازک باشد، می‌تواند با یک قیچی بزرگ بریده شود.

اندازه‌گیری ضخامت فلز

​​​​​​​​روش‌های زیادی برای نشان دادن ضخامت فلز وجود دارد.

رایج‌ترین آن‌ها عبارتند از:

​​​​​​​​کسری اینچ / میلیمتر فلز که در اصل به مشتریان فروخته می‌شود ممکن است با استفاده از اینچ یا واحد متریک مشخص شود. ضخامت در کسرها مانند ۳ / ۶۴ یا ۱ / ۱۶ بیان می‌شود. در هنگام اندازه‌گیری، ضخامت بر حسب میلی متر است. ​

در بازار ایران بیشتر ضخامتهای موجود در واحد میلیمتر بیان میشوند و شما بیشتر با این واحد سرو کار خواهید داشت.

برای اندازه‌گیری دقیق ضخامت فلز به میکرومتر مکانیکی (‏شکل ۲ – ۱۱)‏نیاز دارید. میکرومتر دیجیتال را می توان بین اینچ میلیمتر و دیگر واحدهای اندازه‌گیری تغییر داد، اما مدل‌های ارزان‌تر فقط یک مقیاس مکانیکی دارند.

میکرومتر

شکل ۲ – ۱۱ از میکرومتر برای اندازه‌گیری اندازه یا ضخامت بخش‌های کوچک استفاده کنید. ​

عملیات حرارتی چیست؟

​​​​​​​​هنگام خرید قطعات و قطعات فلزی، ممکن است به مراجع مربوط به نحوه استفاده از مواد گرمایی مراجعه کنید. ​

عملیات حرارتی برای افزایش خواص فیزیکی ویژه فلز به کار می‌رود. چون عملیات حرارتی می‌تواند بر قیمت فلز تاثیر بگذارد، هیچ دلیلی برای پرداخت چیزی که نیاز ندارید وجود ندارد. بنابراین شما می‌توانید یک خریدار آگاه باشید، در اینجا رایج‌ترین عملیاتهای حرارتی به طور خلاصه آورده شده‌است:

سخت کردن، فلز را تقویت می‌کند و به معنای واقعی کلمه آن را سخت‌تر می‌کند. این فرآیند همچنین باعث می‌شود که فلز ترد شود. ابزار معمولا از فولاد سخت شده ساخته می‌شود و فرآیند سخت کاری برش یا دریل کردن فلز را بسیار دشوار می‌سازد. ​

آنیلینگ فلز را نرم می‌کند و ماشینکاری آن را راحت تر میکند – فلزی که شکل پذیر یا چکش خوار است، معمولا به این دلیل که آنیل شده‌است، کار با آن آسان‌تر است. مس به طور معمول آنیل می‌شود اما بسیاری از فلزات دیگر مثل آلومینیوم نیز می‌توانند آنیل شوند.

تردی بخشی از سختی و شکنندگی فولاد را از بین می‌برد و در انجام این کار آن را حتی سخت‌تر می‌کند. یک نمونه از آلیاژ آلومینیوم که ممکن است با آن مواجه شوید ۶۰۶۱ – T۶ است که استحکام آن چندین برابر استحکام همان آلیاژ است.

سختی پذیری یک فرآیند پوششی برای فولادهای نرم است و به فولادهای کم کربن مانند آهن کار شده اجازه می‌دهد تا سخت شوند.

کجا فلز را برای ربات ‌ها تهیه کنیم

​​​​​​​​بیشتر فلزات را برای ساخت ربات در این منابع محلی پیدا خواهید کرد. اگر آن‌ها مواد مورد نیاز شما را فراهم نمی‌کنند، یک جستجوی اینترنتی را برای یافتن تامین کنندگان سفارش پستی فلزات مورد نظر خود امتحان کنید:

فروشگاه‌های مصالح ساختمانی برخی از ورقه‌های آلومینیوم و استیل را دارند ، اما به دنبال براکت های زاویه، میله‌ها و شکل‌های دیگر بگردید. فروشگاه‌های لوازم سرگرمی آلمینیوم، برنج و مس را در ورقه‌های کوچک، میله‌ها، لوله‌ها و نوارها می‌فروشند. فروشگاه‌های عرضه فلز که محرک جوشکار هستند معمولا به روی عموم باز هستند و تمام انواع فلز مفید را عرضه می‌کنند. بسیاری از آن‌ها اجناس خود را به قطعات بزرگ می‌فروشند که می‌توانید آن‌ها را ببرید تا بتوانید آن‌ها را با ماشین به خانه ببرید.

توجه داشته باشید در کار ساخت ربات ما بیشتر از فلز آلمینیوم استفاده خواهیم کرد.​​​​​​​​

تهیه فلز از فروشگاه مصالح ساختمانی

​​​​​​​​فروشگاه مصالح ساختمانی بهترین مکان برای شروع جستجو برای فلز است. بسته به فروشگاه، اینها چیزی است که می‌توانید پیدا کنید:

آلومینیوم اکسترود شده

​​​​​​​​آلومینیوم به شکل‌های مختلف وجود دارد، از جمله صفحه، میله‌ها، نوارها و … . من استفاده از آن را برای ربات ها که در دهه 90 ساختم شروع کردم، وقتی که بیشتر مردم هنوز صفحات فلزی آهنی را برای ساخت بدنه ربات برش می‌دادند. آلومینیوم اکسترود در حال حاضر به فلز شماره یک برای ساخت روبات‌های خانگی تبدیل شده‌است. ​

آلومینیوم اکسترود شده با وارد کردن فلز مذاب از اریفیس شکل ساخته می‌شود. وقتی فلز سرد می‌شود شکل دقیق اریفیس را حفظ می‌کند. آلومینیوم اکسترود شده به طور کلی در اندازه‌های مختلف از ۱۲ اینچ تا ۱۲ فوت است. تنوع زیادی وجود دارد که می‌توانید از بین آن‌ها انتخاب کنید، که به شما اجازه می‌دهد تا اکستروژن را برای مطابقت با پروژه خود انتخاب کنید. شکل‌های رایج شامل زوایای L مساوی و نابرابر، کانال‌های U و میله‌های تخت هستند. ​

صفحات فلزی برای ساخت ربات

صفحات فلزی سوراخدار برای تقویت اتصال دو یا چند تکه چوب که به هم میخ شده‌اند، طراحی شده‌اند. صفحات از فولاد ساخته شده‌اند اما گالوانیزه شده‌اند تا در برابر زنگ مقاومت کنند. گالوانیزه کردن به فلز ظاهری خالدار می‌دهد. ​

در انبار فروشگاه  مصالح ساختمانی خود به دنبال این چیزها بگردید. بخش عمده‌ای از آنچه که آن‌ها ارائه خواهند داد، برای کارهای خاص شکل می‌گیرد، مانند اتصال الوار ۲ به ۴ به یک تیر سقف. آنچه شما می‌خواهید صفحات تخت (‏یا صفحات تخت با لبه تیز؛ آن‌ها نیز مفید هستند)‏هستند که در عرض و طول مختلف در دسترس هستند. عرض معمول ۳ تا ۵ و طول ۳ تا ۷ است. شکل ۴ – ۱۱ را برای مقایسه اندازه صفحات محبوب ببینید. ​

شما می‌توانید از صفحات به اندازه خود استفاده کنید یا آن‌ها را ببرید. صفحات دارای سوراخ‌های پیش مته متعددی هستند که به شما کمک می‌کنند تا پیچها را به آنها ببندید، اما فلز به اندازه کافی نازک است که می‌توانید سوراخ‌های جدید را ایجاد کنید. فقط مطمئن باش از مته تیز استفاده کنید.

ببرای خرید این صفحات فلزی سوراخدار میتوانید از قروشگاه آنلاین صنایع آموزشی چالیک نیز دیدن بفرمایید.

آلمینیوم اکسترود

شکل ۳ – ۱۱ به دنبال آلومینیوم اکسترود شده در فروشگاه فروش مصالح ساختمانی محله خود باشید. آن به طول‌های مختلف در سایزهای مختلف موجود است و میتواند با استفاده از یک اره برش داده شود. ​

آموزش رباتیک درس بیست و یکم

شکل ۴ – ۱۱ صفحات نازک سوراخدار از فولاد گالوانیزه ساخته شده‌اند و به عنوان فلز پایه و یا سازنده برای روبات‌های شما مفید هستند. در اندازه‌های مختلف می‌آیند؛ از برش غیر ضروری با تطبیق اندازه به بهترین شکل برای استفاده در نظر گرفته‌شده خود اجتناب کنید. ​

در بخشهای بعدی یاد می‌گیرید چگونه از برخی از این صفحات معمولی و ارزان برای ساخت شاسی روبوتیک فلزی محکم استفاده کنید. ​

لوله فولادی و زوایا

​​​​​​​​بیشتر فروشگاه‌های سخت‌افزار دارای مقدار محدودی از لوله‌های گرد و مربعی اکسترود شده، همچنین زوایا و شکل‌های دیگر هستند. اینها مواد جامد و نسبتا سنگین ساخته‌شده با فولاد با اندازه ۱۴ هستند. زمانی که نیاز به استحکام زیاد دارید از آن‌ها استفاده کنید.

لوله های EMT

​​​EMT به معنی لوله الکتریکی فلزی است که اغلب به آن مجرای فلزی یا دیواره نازک می‌گویند. از آن برای وصل کردن سیم‌کشی الکتریکی ساختمان و گاهی برای ساخت روبات‌ها استفاده می‌شود. آن را در بخش الکتریکی فروشگاه سخت‌افزار و یا مصالح ساختمانی خواهید یافت. ​

محدودیت در اندازه‌های مختلف ایجاد می‌شود، با ۱ / ۴ شروع می‌شود و بالا می‌رود. اندازه‌های ۱ / ۲ و ۳ / ۴ اینچ بیشتر هستند. لوله رابط الکتریکی می‌تواند برای ساختن قاب‌های غیر معمول ربات مورد استفاده قرار گیرد. شما می‌توانید آن را با یک ابزار خمش مجزا خم کنید. ​

علاوه بر خود لوله EMT، مواد مربوط به اتصالات لوله ها در ساخت ربات مفید هستند. در صدر این لیست بستهای نشان داده شده در شکل 11-5 است که برای چیزهایی مثل موتور تکیه گاه خوبی درست می‌کنند. شما تقریبا همیشه می‌توانید یک اهرم یا گیره پیدا کنید که با یک موتور گرد متناسب باشد – اگر اندازه آن مناسب نباشد کمی فشار یا کشش به آن بدهید. ​

بست فلزی

شکل 5-11 انواع بستهای فلزی موجود در بازار

فلز از فروشگاه‌های سرگرمی

فروشگاه‌های سرگرمی و صنایع دستی یک مکان دیگر برای نیازهای فلزی شما هستند. ورقه‌های فولاد ضد زنگ، مس و حتی برنز رایج هستند. برخی از محصولات فلزی برای اهداف تزیینی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین بسیار نازک هستند و به اندازه قطعات ساختاری در یک ربات مفید نیستند. اینها بیشتر شبیه فویل آلومینیومی ضخیم هستند تا ورقه‌های فلزی. اما از طرف دیگر، قطعات سنگین‌تر برای ساختن پایه و فریم مناسب هستند. ​

علاوه بر ورقه‌های فلزی، نوارهای فلزی، میله‌ها و لوله‌ها هم گرد و هم مربع وجود دارند. اندازه لوله‌ها طوری است که حالت “تلسکوپ” دارند – آن‌ها در داخل یکدیگر قرار می‌گیرند.

در مقاله بعدی با هنر فلزکاری آشنا خواهیم شد.