بحث ژیرسکوپ چیست؟

[mohamad.nasr]

در تمام ومسایل حرکتی اطلاع از موقعیت و زاویه جسم و سرعت آن زوایه‌ای امری ضروری است، چرا که بدون اطلاع از وضعیت جسم کنترل آن به سمت هدف غیر ممکن بوده و امری محال به نظر می‌رسد. به دست آوردن این اطلاعات از روی زمین کاری بسیار پیچیده در عین حال سخت و در بعضی موارد غیر ممکن است، در صورت امکانپذیری تاخیر زمانی برای اجسامی مثل موشک حیاتی بوده و موجب انحراف مسیر می‌شود.

کلمه ژیروسکوپ از دو کلمه Gyro به معنای دوران و Scope به معنای نشان دادن تشکیل شده است لذا آنرا دوران نما می‌توان گفت که وظیفه خود یعنی نمایش دوران را بیان می‌کند.

ژیروسکوپها سنسورهایی می‌باشند که ما از آنها جهت به دست آوردن سرعت زاویه‌ای و موقعیت زاویه‌ای استفاده می کنیم با پردازش این اطلاعات می‌توان موقعیت کلی جسم را نیز بر اساس محاسبات به دست آورد ژیروسکوپ عضو اصلی سیستمهای هدایت اینرسی می‌باشد. سیستم هدایت اینرسی که در ناوبری اینرسی مورد استفاده قرار می‌گیرند سیستمهایی هستند که جهت مشخص کردن موقعیت یک متحرک مانند وضعیت هوایی یا کشتی با استفاده از متغییر های اینرسی آن مثل سرعت و شتاب که این امر از طریق اندازه گیری این کمیتها توسط حس کننده اینرسی انجام می‌گیرد. در حالت کلی سیستم هدایت اینرسی عبارت است از ژیروسکوپ ها و شتاب‌سنجها که بر روی پایه ثبات اینرسی نصب می‌شوند.

وظیفه اصلی ژیروسکوپ ها ایجاد یک دستگاه مختصات مرجع است و شتاب سنجها شتاب متحرک در امتداد چنین محورهایی اندازه می‌گیرند. که این شتاب می‌تواند نسبت به دستگاه مرجع اینرسی یا دستگاه مرجع دیگری مثل دستگاه متصل به زمین باشد.


ژیروسکوپ یا چرخش‌بین ابزاری برای اندازه‌گیری جهت و ماندن در راستای یک جهت مشخص است.
منبع:ویکی پیدا

[mohamad.nasr]

ژیروسکوپ دستگاه کوچک و بسیار سنگین است که تعادل بسیار پایدار دارد و طوری ساخته شده است که در سه جهت در کمال سهولت به آسانی دوران می‌کند ، حول محور دوران خود ، حول محور قائم ، حول محور افقی.




دید کلی
اگر با فرفره بازی کرده باشید پی برده‌اید که محور چرخش فرفره چرخان به آرامی حول خط قائم می‌گردد، اصطلاحی که برای توصیف این حرکت بکار برده می‌شود حرکت تقدیمی است. می‌گوییم فرفره حول خط قائم حرکت تقدیمی دارد، حرکت تقدیمی جهت بردار اندازه حرکت زاویه‌ای را تغییر می‌دهد و بنابراین باید حاصل گشتاور نیرویی باشد که بر فرفره در حال چرخش وارد می‌آید، اندازه حرکت زاویه‌ای پایداری سیستمهای چرخان را تأمین می‌کند.

وقتی که دوچرخه در حال حرکت است، دوچرخه سوار نسبتا به آسانی خود را روی دوچرخه نگه می‌دارد، اما وقتی که دوچرخه در حالت سکون است دوچرخه سوار باید آکروبات باز باشد تا بتواند تعادل خود را حفظ کند. ژیروسکوپ که قلب خلبان خودکار هواپیماست و سیستم هدایت اینرسیایی موشک را تشکیل می‌دهد نیز در پایه خاصیت برداری اندازه حرکت زاویه‌ای مبتکی است، ژیروسکوپ از قرص کاملا متعادل تشکیل شده بطوری که محور دروان قرص می‌تواند مستقیما در هر جهت قرار گیرد.
حرکت ژیروسکوپ
وقتی ژیروسکوپ حول محور ثابتی دوران می‌کند بردار اندازه حرکت زاویه‌ای آن حول یک نقطه واقع بر محور دوران (محل اتکای ژیروسکوپ روی پایه خود) در امتداد محور است. تقارن جسم نسبت به محور باعث می‌شود که اثر هر مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای ذره K که عمود بر محور دوران است Lk با یک مؤلفه مساوی و مختلف الجهت ذره قرینه K نسبت به مرکز خنثی گردد. اگر نیروی F بر روی محور ژیروسکوپ به سمت پایین وارد شود گشتاور در امتداد عمود بر r و L خواهد بود r از محل اتکای محور ژیروسکوپ تا نقطه اثر F است).

بردار L که در امتداد محور دوران است تحت تأثیر نیروی F بر روی مخروطی حرکت تقدیمی انجام می دهد، ژیروسکوپ فقط حول محور دوران می کند اگر امتداد محور ژیروسکوپ هم تغییر بکند. این حرکت مؤلفه دیگری نیز به اندازه حرکت زاویه‌ای اضافه می‌کند. نکته مهم در این حرکت این است که محور ژیروسکوپ ضمن اینکه حول محور قائم حرکت تقدیمی انجام می‌دهد باید نسبت به L در توازن باقی بماند، چون اگر محور ژیروسکوپ ابتدا در جهت معینی قرار گرفته و بعد رها شود، ضمن حرکت تقدیمی حول محور قائم اندکی نیز به طرف بالا و پایین خواهد لنگید.





خصوصیات ژیروسکوپ

* در برابر هیچگونه تغییری در جهت چرخش خود مقاومت نمی‌کند زیرا میزان تغییر اندازه حرکت زاویه‌ای ژیروسکوپ همیشه با گشتاور نیروی وارد بر آن مساوی است.

* وقتی هیچگونه گشتاوری وارد نشود اندازه حرکت زاویه‌ای یعنی بردار L ثابت باقی می‌ماند.

* ژیروسکوپ فقط هنگامی تغییر امتداد می‌دهد که گشتاور نیرویی برآن وارد شود.

استقامت ژیروسکوپ (جبر ژیروسکوپ)
اگر این دستگاه را به گردش در آورید و پایه آن را بگیرید و بلند کنید و دست خود را به چپ و راست و بالا و پایین ببرید و چنانچه دستگاه را کج و حتی وارونه کنید، محور آن تغییر جهت نمی‌دهد و تا وقتی که دوران می‌کند، همیشه متوجه همان امتدادی است که در شروع حرکت داشته است، این خاصیت را به اصطلاح استقامت ژیروسکوپ در فضا و یا جبر ژیروسکوپ می‌گویند.
سیر قهقرایی
اگر ژیروسکوپ را حول محور دوران ، دوران دهیم و انگشت خود را بر روی حلقه‌ای که به قد سه پایه دستگاه است گذاشته و فشار دهیم خواهیم دید که بجای آنکه دستگاه بر اثر فشار انگشت ما کج شود در امتداد عمود بر امتداد فشار انگشت ما حرکت می‌کند و دور می‌شود، این خاصیت ژیروسکوپ را سیر قهقرایی آن می‌نامند.
چشم انداز
تا سال 1910 که قطب نمای ژیروسکوپی اختراع نشده بود، ژیروسکوپ هیچ گونه استفاده عملی نداشت، در قطب نمای ژیروسکوپی محور دوران ژیروسکوپ همواره متوجه امتداد جهت شمال حقیقی است و برای هدایت کشتی بکار می‌رود، اینگونه قطب نما بر قطب نماهای عادی این مزیت را دارا می‌باشد که اولا تحت تأثیر خاصیت مغناطیسی زمین قرار نمی‌گیرد و ثانیا شمال حقیقی را نشان می‌دهد، نه شمال مغناطیس را و علاوه بر آن این دستگاه سکان کشتی را در امتداد لازم نگه می‌دارد و خیلی بهتر از انسان کشتی را هدایت می‌کند. برخی کشتیها اسباب دیگری که باز به کمک ژیروسکوپ کار می‌کنند دارند و کشتی را از واژگون شدن حفظ می‌کنند، در کل حساس بودن و دقیق بودن ژیروسکوپ ، آن را به وسیله‌ای بسیار مهم مبدل ساخته ، طوری که حرکات غیر منظم را به سهولت درک می‌کند.

منبع:سایت رشد

[mohamad.nasr]

مباني علمي و فني:

طبق اصل بقاي اندازه حركت زاويه اي هر جسم در حال چرخش متقارن سعي دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ كند. لذا اگر يك جسم با وزن زياد متقارن را با دور بالا بچرخانيم و اطراف آنرا با ياتاقان و بلبرينگ آزاد بگذاريم كه نيروهاي خارجي بر آن اعمال نشود. با چرخش قاب سيستم جهت چرخش جسم دوار تغيير نمي‌كند، لذا مي توانيم بدين وسيله در اجسام متحرك جهت ثابتي داشته باشيم كه وضعيت فعلي خود را در هر لحظه با آن مقايسه نماييم و لذا موقعيت زاويه اي و با محاسبه سرعت تغيير سرعت زاويه اي را به دست آوريم.

عضو اصلي ژيروسكوپ هاي مكانيكي، يك دستگاه دوار يا روتور است كه معمولاَ با سرعت زياد حول محور تقارن خود دوران مي‌كند اين سرعت از 3000 تا 300000 دور در دقيقه مي باشد لذا در اثر اينرسي جرم دوار، اندازه حركت ( ممنتوم ) نسبتا بزرگي ايجاد مي گردد.

اگر ياتاقان بندي محور چرخش را در طوقه اي معلق تعبيه كنيم به نحوي كه گشتاور خارجي به آن وارد نگردد لذا عليرغم تمام حركتهاي قاب، محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتي استفاده مي‌كند و موقعيت خود را در فضا حفظ مي‌كند.

با اين روش مي توان جهت و يا محورهاي ثابتي را براي وسيله نقليه تعريف كرد كه هر گونه حركت زاويه اي نسبت به اين محورها سنجيده شود.

1-2) خواص ژيروسكوپ

1-1-2) خاصيت صلبيت ژيروسكوپ:

ژيروسكوپ همانگونه كه اشاره شد از خاصيت صلبيت استفاده مي كند، طبق قانون دوم نيوتن كه مي گويد، مجموعه گشتاورهاي خارجي وارد بر سيستم دوار حول يك نقطه مانند 0 برابر است با تغييرات زماني اندازه حركت زاويه اي سيستم حول همان نقطه، لذا چون اندازه حركت زاويه اي سيستم برابر صفر است، مقدار و جهت بردار اندازه حركت زاويه اي ژيروسكوپ در فضاي اينرسي ثابت مي ماند.

2-1-2) حركت تقديي:

چنانچه گشتاوري مانند M در راستايي غير از راستاي بردار ممنتوم زاويه اي به روتور اعمال شود، محور چرخش در راستاي برداري عمود بر صفحه بردار گشتاور خارجي و ممنتوم زوايه اي دوران خواهد كرد. جهت دوران به اين صورت است كه بردار ممنتوم زوايه اي همواره با طي زاويه كوچكتر به طرف بردار گشتاور خارجي بچرخد، لذا وقتي چرخ دوچرخه را به صورت عمود همانطور كه در فيلم مشخص است مي چرخانيم نيروي وارد شده به آن طرف زمين موج چرخش دوچرخه دور خود مي شود

2-2) انواع حركتهاي متحرك در فضا:

هر متحرك در فضا 6 درجه آزادي دارد كه 3 حركت خطي و 3 حركت دوراني است براي مشخص نمودن حركت دوراني متحرك در فضا از 3 محور عمود بر هم استفاده مي شود كه عبارتند از: محور رول يا محور طول، محور پيچ يا محور عرضي و محور ياو.

1-2-2) محور رول:

محور طولي يا محور جلو – عقب را محور رول مي نامند و حركت رول يعني دوران متحرك حول محور طولي خودش.

2-2-2) محور پيچ:

محور عرضي يا جنبي را محور پيچ گويند. و حركت پيچ دوران متحرك حول محور عرضي خودش است كه محوري افقي است و عمود بر محور طولي مي باشد.

3-2-2) محور ياو:

محور عمود بر دو محور ياو و پيچ است و دوران متحرك حول اين محور قائم را دوران ياو گويند.

3-2) سيستم ناوبري اينرسي

اين سيستم مجموعه ي است از 3 ژيروسکوپ يک درجه آزادي و يا 2 ژيروسکوپ دو درجه آزادي و 3 شتاب سنج که جهت يجاد محور مختصات ينرسي و بدست آوردن سرعت و شتاب زاويه ي استفاده مي شود. نمي کلي و بلوک دياگرام آن در شکل هي پيين موجود است.

4-2) انواع محركهاي روتور ژيروسكوپ

1-4-2) موتور الكتريكي:

در ژيروسكوپ ها معمولا از موتور الكتريكي استفاده مي شود چرا كه نياز به سرعت بسيار بالا در ابعاد كوچك است، معمولا در اين موتور براي ايجاد ممنتوم بيشتر، روتور خارج استاتور قرار مي گيرد.

2-4-2) محرك نخي يا تسمه اي:

در موشكها و مواردي كه در مدت زمان كوتاهي نياز است استفاده مي شود با كشيدن نخ يا تسمه روتور شروع به چرخش مي نمايد، اين محرك در موشكهاي برد كوتاه كاربرد دارد. از محرك نخي در موشك كبري و از محرك تسمه اي در موشك ماليوتكا استفاده مي شود.

3-4-2) گاز تحت فشار

با دميدن گاز در پرده هاي روتور، روتور با سرعت زيادي به چرخش در مي آيد، در موشك تاو استفاده شده است.

4-4-2) فنر

از فنر نيز جهت حركت محرك استفاده مي شود، در بعضي از موارد براي رسيدن به سرعت بسيار بالا در زمان كم از تركيب فنر و موتور الكتريكي استفاده مي شود.

5-4-2) چاشنيهاي انفجاري

از چاشنيهاي انفجاري نيز در داخل روتور استفاده مي شود.

5-2) انواع ژيروسكوپ

به دليل دقت و حساسيت كار معمولا از ژيروسكوپ با 3 درجه آزادي استفاده نمي شود از 3 ژيروسكوپ با يك درجه ازادي يا 2 ژيروسكوپ 2 درجه ازادي استفاده مي شود.

1-5-2) ژيروسكوپ يك درجه آزادي

در اين ژيروسكوپ روتور بجز حركت حول محور چرخش تنها حول يك محور ديگر مي تواند چرخش كند. در امتداد يك محور كه طوقه داخلي باشد اين حركت امكان پذير است، اين ژيروسكوپ چرخش تنها در يك محور را حس مي كند.

1-1-5-2) ژيروسكوپ سرعتي

در اين ژيروسكوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعيت اوليه يک عنصر الاستيک مانند فنر است

1-1-5-2) ژيروسكوپ انتگرالي

در اين ژيروسكوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعيت اوليه دمپينگ سيال با لزجت بالا است

2-5-2) ژيروسكوپ دو درجه آزادي

اين ژيروسكوپ علاوه بر محور چرخش روتور داراي دو محور دوران ديگر نيز مي باشد كه توسط دو طوقه معلق دروني و بيروني فراهم شده است. و حالت عادي محور چرخش و اين دو محور بر هم عمودند. تكيه گاه طوقه داخلي در طوقه خارجي قراردارد. و طوقه خارجي نيز تكيه گاهي در بدنه ژيروسكوپ دارد و مي تواند داخل آن حركت دوراني انجام دهد.

6-2) انواع ژيروسكوپ از نظر اتصال

1-6-2) ژيروسكوپ متصل به بدنه

در اين نوع ژيروسكوپ به بدنه متصل مي گردد و با بدنه حرکت مي کند

2-6-2) ژيروسكوپ با پيه ثابت

در اين نوع ژيروسكوپ به بدنه متصل نمي گردد و بر روي يک صفحه که حرکتهي بدنه را معکوس شبيه سازي مي کند نصب مي گردد و لذا هميشه موقعيت ثابت دارد. بسيار گران قيمت و دقيق است.

3- توليد کنندگان داخلي و بازار ايران:

در ايران اين تجهيزات تنها کاربرد نظامي داشته و توليد آن منحصر به شرکتهاي صنايع نظامي مي باشد

موسسه جهاد تحقيقات در اين زمينه فعاليت مي نمايد

اطلاعات تماس اين شرکت عبارت است از : دفتر مرکزي ( 8554426 و 8554427 )و بخش فروش (8726500 و 8726503)

در زمينه توليد ژيروسکوپ شرکت سوياب صنعت با اين موسسه همکاري مي نميد که اطلاعات تماس اين شرکت عبارت است از : 026233621 و محل ين شرکت جاده قديم کرج خيابان سوليران مي باشد

متاسفانه طي تماسهي اينجانب با در موسسه مزبور اعلام نمودند جهت دريافت اطلاعات بايد از يک سازمان دولتي معرفي نامه و درخواست رسمي ارسال شود که اين موضوع در توان اينجانب نبود
4- کاربردهي متنوع :

در هر وسيله ي که بخواهيم مرجع مختصات ينرسي داشته باشيم و موقعيت و سرعت زاويه ي و شتاب زاويه ي را داشته باشيم

کاربرد در وسايل نقليه هوايي, فضايي و دريايي، هواپيما, موشک, ماهواره,سفينه فضايي, کشتي, زيردريايي و ... دارد.

از پديده ژيروسکوپي در موارد زير نيز در کابردهي جديد استفاده مي شود

Robotics

در رباتهي پيچيده که حفظ تعادل کاري بسيار مشکل است مانند ربات دوپا که مي خواهد راه برود و يا رباتهاي انسان نما از اين سنسور استفاده مي شود با استفاده از لينک بالا يک نمونه از اين کاربردها را مشاهده نماييد

Segway Scooter

اين وسيله يک اسکوتر است که با جلو و يا عقب رفتن بدن فردي سوار آن است حرکت کرده و يا مي يستد ين وسيله به صورت خودکار وضعيت خود را بالانس مي کند و با استفاده از 5 سنسور ژيروسکوپ خود را بالانس نموده و از افتادن جلوگيري مي نميد

Wheel Chair

در اين ويلچر فرد معلول امکان بالا و پايين رفتن از پله يا بلنديها را داشته و تعادل صندلي به هم نمي خورد

[farshad.j021]

دوستان میتونید راهنمایی کنید برای ساخت ربات چه مراحلی باید طی بشه
یعنی به چه وسایل و تجهیزاتی نیاز هستش ممنون میشم اگه راهنمایی کنید