وبلاگ blog" name="description" />, Weblog, Daily, Writing, PersianBlog, persianweblog , Blog , Persian , Iran , Iranian, Farsi, Weblogs, Blogs, وبلاگ, يادداشت روزانه, پرشين بلاگ , وبلاگ فارسی , وبلاگ ایرانی , وب نوشت " name="keywords" /> <-BlogTitle->
 

<-blogTitle->

<-BlogDescription->

<-PostTitle->
ساعت <-PostTime-> روز <-PostDate->  کلمات کلیدی: <-TagName->
<-PostContent->
لینک دائم لینک دائم   لینک دائم نظر شما (<-count->)   لینک دائم نویسنده: <-PostAuthor->  
← صفحه بعد صفحه قبل →
 
<-PageContent->

 
 
 
 
donestani.persianblog.irبه این وبلاگ علمی سر بزنید دریافت کد خداحافظی

 

 

آموز ه هایی  از  رباتیک


ربات چیست؟


ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند.مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد.
برای مثال در قسمت مونتاژ یک  کارخانه اتومبیل سازی، قسمتی هست که چرخ زاپاس ماشین را در صندوق عقب قرار می دهند، اگر یک انسان این کار را انجام دهد خیلی زود دچار ناراحتی هایی مثل کمر درد و ...می شود، اما می توان از یک ربات الکترومکانیکی برای این کار استفاده کرد و یا برای جوشکاری و سایر کارهای دشوار کارخانجات هم همینطور.
و یا ربات هایی که برای اکتشاف در سایر سیارات به کار میروند هم از انواع ربات هایی هستند که در جاهایی که حضور انسان غیرممکن است استفاده می شوند.

کلمه ربات توسط Karel Capek  نویسنده نمایشنامه R.U.R  (روبات‌های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر می‌باشد.
در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد.
البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم.
امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود.

بیشتر ربات‌ها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رُبات یا روبوت وسیله‌ای مکانیکی جهت انجام وظایف مختلف است. یک ماشین که می‌تواند برای عمل به دستورات مختلف برنامه‌ریزی گردد و یا یک سری اعمال ویژه انجام دهد. مخصوصا آن دسته از کارها که فراتر از حد توانایی‌های طبیعی بشر باشند. این ماشینهای مکانیکی برای بهتر به انجام رساندن اعمالی از قبیل احساس کردن درک نمودن و جابجایی اشیا یا اعمال تکراری شبیه جوشکاری تولید می‌شوند.

  علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است:

         ·        الکترونیک ( شامل مغز ربات)
         ·        مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات)
         ·        نرم افزار (شامل قوه تفکر و تصمیم گیری ربات)

اگریک ربات را به یک انسان تشبیه کنیم، بخشهایی مربوط به ظاهر فیزیکی انسان را متخصصان مکانیک می سازند، مغز ربات را متخصصان الکترونیک توسط مدارای پیچیده الکترونیک طراحی و می سازند و کارشناسان نرم افزار قوه تفکر را به وسیله برنامه های کامپیوتری برای ربات شبیه سازی می کنند تا در موقعیتهای خاص ، فعالیت مناسب را انجام دهد.

ربات‌ها چه کارهایی انجام می‌دهند؟

بیشتر ربات‌ها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 ربات‌ها از چه ساخته می‌شوند؟

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:

  • مغز که معمولاً یک کامپیوتر است.
  • محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و ...
  • سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.

با این سه قسمت، یک ربات می‌تواند با اثرپذیری  و اثرگذاری در محیط کاربردی‌تر شود.

ربات یک ماشین الکترومکانیکی هوشمند است با خصوصیات زیر:
*  می توان آن را مکرراً برنامه ریزی کرد.
*  چند کاره است.
*  کارآمد و مناسب برای محیط است.

 اجزای یک ربات با دیدی ریزتر :
 **  وسایل مکانیکی و الکتریکی شامل :
 * شاسی، موتورها، منبع تغذیه، 
 *  حسگرها (برای شناسایی محیط):
 *  دوربین ها، سنسورهای sonar، سنسورهای ultrasound، …
 *  عملکردها (برای انجام اعمال لازم)
 *  بازوی ربات، چرخها، پاها، …
 *  قسمت تصمیم گیری (برنامه ای برای تعیین اعمال لازم):
 *  حرکت در یک جهت خاص، دوری از موانع، برداشتن اجسام، …
 *  قسمت کنترل (برای راه اندازی و بررسی حرکات روبات):
 *  نیروها و گشتاورهای موتورها برای سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، کنترل مسیر، …

مزایای رباتها:
 
1- رباتیک و اتوماسیون در بسیاری از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند.
2-  رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند.
3-  رباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد. رباتها هیچگاه خسته نمی شوند.
4-  دقت رباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میکرو اینچ دقت دارند.
5-  رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند ولی انسانها در یک لحظه تنها یک کار انجام می دهند.
 
معایب رباتها:
1-  رباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند که این مطلب می تواند بسیار خطرناک باشد.
2-  رباتها هزینه بر هستند.
3-  قابلیت های محدود دارند یعنی فقط کاری که برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند.
 
 برای مثال امروزه برای بررسی وضعیت داخلی رآکتورها از ربات استفاده می شود تا تشعشعات رادیواکتیو به انسانها صدمه نزند.

مزایای رباتیک:
مزایا کاملاً آشکار است. معمولاً یک ربات می‌تواند کارهایی که ما انسان‌ها می‌خواهیم انجام دهیم را ارزان‌تر انجام‌ دهد. علاوه بر این ربات‌ها می‌توانند کارهای خطرناک مانند نظارت بر تأسیسات انرژی هسته‌ای یا کاوش یک آتش‌فشان را انجام دهند. ربات‌ها می‌توانند کارها را دقیقتر از انسان‌ها انجام دهند و روند پیشرفت در علم پزشکی و سایر علوم کاربردی را سرعت ‌بخشند. ربات‌ها به ویژه در امور تکراری و خسته کننده مانند ساختن صفحه مدار، ریختن چسب روی قطعات یدکی و… سودمند هستند.


انواع ربات ها

رباتهای امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مکانیکی برای جابجایی قطعات و یا کارهای ساده و تکراری که موجب خستگی و عدم تمرکز کارگر و افت بازده میشد بوجود آمدند. اینگونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای کاملا کنترل شده در کارخانه نصب میشوند و به غیر از وظیفه ای که به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام کار دیگری نیستند. این وظیفه میتواند در حد بسته بندی تولیدات, کنترل کیفیت و جدا کردن تولیدات بی کیفیت, و یا کارهای پیچیده تری همچون جوشکاری و رنگزنی با دقت بالا باشد.

نوع دیگر رباتها که امروزه مورد توجه بیشتری است رباتهای متحرک هستند که مانند رباتهای جابجا کننده در محیط ثابت و شرایط کنترل شده کار نمی کنند. بلکه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی میکنند و سیر اتفاقاتی که ربات باید با انها روبرو شود از قبل مشخص نیست. در این نوع ربات هاست که تکنیک های هوش مصنوعی می بایست در کنترلر ربات(مغز ربات) به کار گرفته شود.

دسته‌بندی ربات‌ها

ربات‌ها در سطوح مختلف دارای دو خاصیت "تنوع در عملکرد" و "قابلیت تطبطق خودکار با محیط" (automated adapting) می‌باشند. بر اساس این دو خاصطت دسته‌بندی ربات‌ها انجام می‌گیرد.

دسته‌بندی اتحادطه ربات‌های ژاپنی(jira) به شرح زیر است:

 1. وسیله‌ای که توسط دست کنترل می‌شود.
 2. ربات برای کارهای متوالی بدون تغییر
 3. ربات برای کار‌های متوالی متغیر
 4. ربات مقلد
 5. ربات کنترل
 6. ربات باهوش

که در دسته‌بندی موسسه رباتیک آمریکا(RIA)، فقط ماشین‌های دسته 3 تا 6، ربات محسوب می‌شوند.

رباتهای متحرک به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

1-                رباتهای چرخ داربا انواع چرخ عادی

 

و یا شنی تانک و با پیکربندی های مختلف یک, دو یا چند قسمتی

2-رباتهای پادار مثل سگ اسباب بازی

 

AIBO ساخت سونی که در شکل بالا نشان داده شد یا ربات ASIMO ساخت شرکت هوندا

3-رباتهای پرنده

4-رباتهای چند گانه(هایبرید) که ترکیبی از رباتهای بالا یا ترکیب با جابجاگرها هستند

روبات همکار

 

 روباتای همکار روباتایی هستند که با کمک هم یک کارو انجام می دهند و کارهای انها بهم مربوط است و از هم مستقل نیست. در این مجموعه دو روبات چشم هست (چپ و راست)، و یک روبات دست (وسط). کارآنها این است که: چشکها محیط رو می بینند و اطلاعات مربوط رو به کامپیوتر می فرستند. کامپیوتر با image processing محیط را آنالیز می کند و اگر در آن جسم قرمزی ببیند، ان را پیدا می کند. یعنی اینکه این سیستم به اشیای قرمز رنگ حساس است ( که البته می تواند به رنگهای دیگر باشد) بعد با استفاده از روابط هندسی با توجه به زاویه دید دوربینها مکان جسم رادر فضا پیدا می شود و اگه در محدوده روبات دست باشد، این روبات 3 درجه آزادی به حرکت درمی اید و جسم رو در فضا می گیرد ........

نانوبات‌ها

اگر چه در حال حاضر کارایی‌های انسان و روبات با هم قابل مقایسه نیستند، اما ری کورزویل در مورد آینده عقیده دیگری دارد. او که نویسنده و متخصص رشته کامپیوتر است در یکی از نوشته‌های خود با صراحت اظهار امیدواری کرده است تا سال 2029 انسان با توجه به روند شناخت و ساخت هوش مصنوعی میتواند روباتی را بسازد که در هوش و تصمیم گیری با انسان برابر باشد. کورزویل معتقد است در سالهای 2030 انسان خواهد توانست نانوبات Nanobots یا روباتهای بسیار کوچک را جهت افزایش شعور به مغز خود بفرستد. این نانو روباتها به اندازه سلولهای خون هسنتد و از طریق جریان خون در رگها به مغز انتقال خواهند یافت. کورزویل در مقابل کمیته علوم کنگره آمریکا اعتراف کرده است در حال حاضر انسان از چنین تکنولوژی برخوردار است و آن را بر روی تعدادی حیوان نیز آزمایش کرده است. او در ادامه شهادت خود در کنگره آمریکا اضافه کرده است دانشمندان توانسته‌اند با انتقال 7 ننو روبات به بدن موش آزمایشگاهی دیابت او را علاج کرده و انسولین را از منفذهای پوست خارج کنند.آخرین کتاب کورزویل "شگفتی در راه است، برتری انسان بر بیولوژی" نیز بر اساس پیش بینی‌های علمی او نوشته شده است. او در این کتاب مینویسد در 25 سال آینده ننوبات‌ها در خون جاری در رگها هر نوع بیماری را با نابود کردن عوامل بیماری زا از بین برده و پس از خارج کردن آثار باقیمانده مرض همزمان به مرمت اشتباهات موجود در دی ان ای و ساختار بیولوژیکی انسانی خواهد پرداخت. کورزویل در بخش اقتصادی ورود روبات به خانه‌ها اعتقاد دارد در فاصله سالهای 2020 تا 2030 هر کس با کمک روبات و ننوتکنولوژی و تولید کننده‌های مولکول، در خانه خود قادر خواهد بود هر نوع محصول غیر ارگانیک را تهیه کند.

 


کاربرد رباتها

ربات آدم نمای اعلام خطر:

(Humannoid Danger Alarm Robot)

 

این ربات یک آدم نمای ابتکاری است که به منظور اعلام خطر در جاده ها و جایگاه های خطر برای وسایل یا افراد عبوری جهت کاهش هزینه های نیروی

انسانی و خطرات نهفته در این گونه مشاغل و فعالیت ها مورد استفاده قرار می گیرد.

دارای چشم الکترونیکی حساس به حرکت اجسام، خودروها و انسان با برد 15 متر و قابل استفاده تا مسافت 200 متر جلو تر از دستگاه ربات

دارای برد میکروکنترلی قابل برنامه ریزی برای انواع کاربرد ها

دارای تایمر زمانی قابل تنظیم که بعد از مشاهده جسم متحرک تا دو دقیقه بازوها را به حرکت وا میدارد

دارای یک بازوی متحرک با حرکت شبیه به دست انسان و دو درجه آزادی

قابل جدا کردن به دو بخش برای حمل و نقل آسان

قابل استفاده از برق و باطری

دارای فلاشر و چراغ خطر جهت کار در شب

درای آژیر صوتی جهت اعلام خطر

دارای قابلیت نصب سیستم حفاظتی

کاربرد ها

استفاده در جاده ه،اتوبانها، بزرگراه ها، به منظور اخطاربه خودروها در هنگام نزدیک شدن به محل های در دست تعمیر یا محل هایی که کارگران مشغول به کار هستند.استفاده در خیابانها و معابری که در دست تعمیر، تغییر یا انجام فعالیت های عمرانی است

استفاده در جاده ها به منظور اخطار به خودروها برای کاهش سرعت یا اتخاذ آمادگی بیشتر استفاده در جاده ها، پیچ ها و...به منظور کاهش جرایم رانندگی

استفاده در مراکزی همانند کارگاههای سد سازی، نصب پل و ساختن مجتمع های تولیدی

ضریب اطمینان مناسب

ایمنی  فوق العاده

کاهش هزینه های پرسنلی

فرهنگ سازی

استفاده ازربات ها برای تقلید رفتار حیوانات:

ربات ها برای تقلید رفتارحیوانات و حشرات بکار گرفته می شوند. به گزارش بخش خبر شبکه فن آوری اطلاعات ایران، از موج،محققین موفق شده اند به کمک ربات بسیار ریزی سوسک ها را کنترل کنند این موضوع می تواند جهت ارتباط با انواع مختلفی از حیوانات در آینده مورد استفاده قرار گیرد . انجمن تکنولوژی اروپا(FET) طراح این برنامه است که رباتی را مجهز به دو موتور،چرخ ،باتری های قابل شارژ،چندین پردازنده کامپیوتری ،یک دوربین سبک برای دریافت احساسات و بازوهائی مجهز به سنسورساخته است. وقتی این ربات در یک جای پر از پیچ و خم و پوشانده شده با دیوارها قرار می گیرد ،به راحتی حرکت می کند، می چرخد و می ایستد و می تواند راه خود را بدون برخورد با دیوارها و موانع پیدا کندو وقتی در کنار سوسکی قرارمی گیرد به سرعت رفتارهای آن را تقلید می کند. این ربات حتی قادر است انواع مختلفی از راه های ارتباطی را اجرا کند و سوسک را طوری گول بزند که آن را به عنوان حشره واقعی بپذیرد.
این گروه سوسک را به عنوان نمونه اولیه آزمایشات خود

بکار گرفتند چون رفتارهای آن نسبت به سایر گونه های حشرات مانند مورچه هابیشترقابل درک است.
این ربات نه تنها رفتار سوسک ها تقلید می کند بلکه در تغییر رفتار سوسک ها نیز بسیار موفق بوده به طوریکه با حرکت این ربات به سمت نور سوسک ها نیز به تبعیت از آن به سمت نور حرکت می کنند و در آن مکان تجمع می کنند .این موضوع نشان می دهد که انسان به زودی قادر خواهد بود رفتارهای حشراتی که به صورت

گروهی زندگی می کنند راماهرانه تقلید کند

 

 

ربات تعقیب خط:

 

 نوعی از ربات است که وظیفه اصلی آن تعقیب کردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یکی از کاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و کالاهای مختلف در کارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، کتابخانه‌ها و ... می‌باشد. ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه کتاب‌داری کتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت که بعد از دادن کد کتاب، ربات با دنبال کردن مسیری که کد آن را تعیین می‌کند، به محلی که کتاب در آن قرار گرفته می رود و کتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر کاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، کف بیمارستان‌های پیشرفته خط کشی‌هایی به رنگ‌های مختلف به منظور هدایت ربات‌های پس‌فایندر به محل‌های مختلف

مثلا رنگ قرمز به اتاق جراحی یا آبی به اتاق زایمان ، وجود دارد. بیمارانی‌ که توانایی حرکت کردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌کنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه کاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بکار بریم، خیلی کیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی: الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال کند، به‌طوری که خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد که بهترین روش برای یافتن و دنبال کردن مسیر، استفاده از 4 سنسور است. البته با استفاده از حداقل 2 سنسور نیز می‌توان ربات مسیریاب ساخت، ولی قضیه دو دوتا 4 تاست! یعنی با کم کردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز کاهش می‌یابد. (اتفاقا اصلا این قضیه صادق نبود، احتمالا تعبیر هرچقدر پول بدی، متراژ بیشتری پیتزا‌ متری می‌خوری مناسب‌تر باشد!) وظیفه سنسورهای 1 و 2 تشخیص پیچ‌های مسیر و سنسور 3 مقدار چرخش ربات به جهات مختلف را تعیین می‌کند

ربات هایی که تماس را حس می کنند :

 

به تازگی نمونه ای جدید از یک حساسه ساخته شده که نصب آنها در ربات ها موجب می شود تا این مخلوقات دست بشر سطوح مختلف را در حین تماس حس کنند و بتوانند کارهای ظریفی را که انسانها با دستشان انجام می دهند انجام دهند.
به گزارش بخش خبر شبکه فن آوری اطلاعات ایران ، از خبرگزاری سلام، Vivek Maheshwari و پروفسور Ravi Saraf, از دانشگاه نبراسکا در لینکون پس از ماهها تحقیق شبانه روزی به این موفقیت دست یافته اند.
آنان می گویند این حساسه ها باعث می شود دست یک ربات در تماس با سطوح مختلف همان احساس دست انسان را داشته باشد. از ربات های مجهز به این حساسه ها می توان در جراحی های بسیار دقیق استفاده کرد.
حساسه های یاد شده در تماس با سطوح مختلف می درخشند. هنوز مشخص نیست این ربات ها چه زمانی به تولید انبوه می رسند

ربات آبی برای یافتن جعبه سیاه هواپیما

یک ربات آبی برای پیدا کردن جعبه سیاه هواپیمای بویینگ 737 فرانسه که چند روز پیش در نزدیکی شرم الشیخ مصر سقوط کرده و هر 148 مسافر آن کشته شده اند به خدمت گرفته شده است. این ربات که از راه دور قابل کنترل است و از شرکت فرنس تلکام برای این کار اجاره شده است, روز سه شنبه برای بازیابی یکی از جعبه ها که سیگنال قوی از خود ساتع میکرد و احتمالا درعمق 800 متری دریای احمر است به آب انداخته شده است. قبلا نیروی دریایی امریکا یک جعبه سیاه را از عمق 2200 متری خارج کرده اند.

ربات پذیرش

ربات پذیرش که البته هنوز تکمیل نشده رباتیه برای پذیرش مراجعین در یک شرکت یا یک نمایشگاه. فعلا به جای سر ربات یک مونیتور گذاشته شده و یک سر انیمیشنی با مراجعه کننده صحبت میکند.

این ربات میتواند ورود مراجعه کننده ها را تشخیص بدهد، به آنها خوش آمد بگوید و اگر کاربر می خواهد جایی را پیدا کند یا سوال دیگه ای دارد به آنها جواب بدهد. یک صفحه کلید هم گذاشتن که مراجعه کننده سوالش را تایپ کند.                   در آینده این ربات قرار است بسته های پستی را تحویل بگیرد و رسید بدهد به پستچی. به مراجعه

کننده نوشیدنی تعارف کند و یک ربات آبدارچی

 نوشیدنی برای آنها بیارورد و حتی با استفاده از

 سرورهای پردازش کننده صحبت به تلفن ها هم

 جواب بدهد. دانشگاه CMU هم اکنون در حال ساخت این ربات است.


مکاترونیک

ترکیبی از علم مهندسی مکانیک و مهندسی کنترل سیستم می‌باشد. در حقیقت توسط این علم می‌توان سیستمهای مکانیکی را به صورت هوشمند درآورد. نهایت علم مکاترونیک را می‌توان در رباتها مشاهده کرد. سیستمهای ترمز ABS در اتومبیل، دستگاههای CNC و کلیه سیستمهای اتوماسیون را می‌توان از نمونه‌های بارز این علم دانست.  مکاترونیک چنانکه از نامش بر می­آید ترکیبی از سه علم مکانیک، الکترونیک و کامپیوتر است. این علم تازه و جوان کاربردهای بسیاری در صنعت پیدا کرده و از جمله زمینه های علمی جدید و گسترده در پیش روی بشر است. اهمیت آن از آن جهت است که این علم ابزار کنترل در کلیه زمینه های صنعتی و نظامی می­باشد. چگونگی استفاده از سنسورها و کنترل اجزای مکانیکی توسط مدارهای الکترونیکی و کامپیوتر در این علم مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

 

 

مکاترونیک مسلما علم جدیدی نیست . مکاترونیک شامل چهار علم مهندسی , مکانیک , الکترونیک , کامپیوتر(نرم افزار) و کنترل است. البته گاهی , کنترل را بخشی بدیهی از سه قسمت دیگر فرض میکنند. با تعریفی که ارائه شد , میتوان به راحتی مقوله هایی همانند رباتیک , اتوماسیون صنعتی , الکترومکانیک و غیرهرا در حوزه مکاترونیک جای داد.
همانطور که ملاحظه میشود احاطه به این علم به معنای احاطه به چهار علم مهندسی است لذا با سالها تحقیق و مطالعه نیز به سختی میتوان ادعای احاطه به این علم را داشت.
 
مطالعه این علم عموما در دو راستا دنبال میشود:

الف: بدلیل اینکه در پروژه های بزرگ , متخصصان مکاترونیک عموما به عنوان واسطی میان چند تیم تخصصی که هریک در یکی از قسمت چهار مقوله مکاترونیک کارشناس میباشند , عمل میکنند , گاهی در بررسی این علم جنبه
آشنایی فرد با چهار بخش مهندسی مکاترونیک , بدیهی فرض شده و از دید مدیریت پروژه های مکاترونیکی بحث دنبال می شود. به عنوان مثال با تقسیم بندی های شناختی , مانند طرح ماژولهای مکاترونیکی و بررسی نحوه ارتباط آنها با هم , سعی در یافتن بهترین راه حل صرف میگردد.

ب: در این مقوله بیشتر به فراگیری قسمتهای مهم علوم طرح شده پرداخته میشود و با ارائه اطلاعات اصلی و پایه , دانشجو این امکان را مییابد تا با برخورد به موارد تخصصی تر , تحقیق و مطالعه را در آن مقوله ادامه دهد.
بدین ترتیب یک مهندس مکاترونیک باید با توجه به نیاز اجتماع و صنعت ,مطالعه و تحقیق را بی وقفه ادامه دهد. بعنوان مثال خیل تولیدات میکروالکترونیکی و پکیجهای میکروپروسسوری , سنسورهای گوناگون که روز به روزمتحول شده و انواع جدید تری از آنها , مانند محصولات شرکت ATMEL , به بازار ارائه میشود, امکان فراگیری آکادمیک را محدود نموده است و فراگیری طرز کار و طراحی با آنها نیاز به تحقیق فردی و مستمر فرد دارد.

تعاریف بسیاری برای مکاترونیک ارائه شده است. ایده اصلی این علم، کاربرد تلفیقی مؤثر از مکانیک، الکترنیک و تکنولوژی کامپیوتر برای تولید محصولات یا سیستم های پیشرفته است. از این رو مکاترونیک زیرمجموعه علم سایبرنتیک به شمار می رود.

 

 


ساختار پروژه های روبوتیک و مکاترونیک

نقطه شروع ما دراین بحث این ایده است که روبوتها و وسایل مکاترونیکی ماشین هایی هستند که ترکیبی از الکترونیک و مکانیک را استفاده می کنند و برای انجام وظایفی که معمولاً توسط انسانها صورت می گیرند، به وجود آمده اند. با استفاده از این فرض اساسی می توانیم وظایف اصلی را به صورت بلوکهای مجزا در نظربگیریم . ساختار کلی این بلوکها در شکل1-1 نشان داده شده است.

شکل:

تعداد و نحوه انتخاب بلوکهای مورد استفاده در یک پروژه خاص به واسطه نتیجه نهایی که مدنظر طراح بوده است، تعیین میگردد. به عنوان مثال یک بازوی ثابت یا یک بالابر اتوماتیک نیازی به چرخ یا پا ندارد. یک ساختار شبیه سرانسان با چشم های الکترونیکی که برای "دیدن" و تشخیص اشیاء برنامه ریزی شده است، نیازی به داشتن بازو ندارد. بلوکهای مشترکی که در تمامی پروژه ها به کار می روند. درادامه این قسمت توضیح داده شده است.

1.3.1 کنترل

این بخش درواقع "مغز" هر پروژه در یک سیستم روبوتیکی یا مکاترونیکی می باشند. تمامی قسمت های الکترونیکی یک روبوت یا هر پروژه دیگری، توسط مدارات الکترونیکی کنترل می شوند. انواع کنترلهای اصلی موجود برای روبوتها و پروژه های مکاترونیکی به شرح زیر می باشند.

a)کنترل موقعیت[1]: بازوهای دارای چنگک[2] یا دیگر ساختارهایی که با گرفتن و جابجایی اشیاء سروکاردارند. باید دارای مدارات کنترل بسیار دقیق به منظور قرارگرفتن در موقعیت صحیح باشند. حرکت یک سردارای چشم توسط یک بلوک کنترل تک محور[3] کنترل می شود.

 

 

b)کنترل سینماتیک[4]: هر پروژه ای که دارای قسمت های متحرک باشد، به این نوع کنترل نیازمند است. سرعت هر کدام از قسمت های متحرک باید توسط این گونه مدارات به دقت تعیین و کنترل شوند. یکی از مهم ترین مدارات کنترلی در این گروه مداری است که سرعت موتور محرک یک روبوت را کنترل می کند.

c)کنترل دینامیک[5]: بسیاری از قسمت های یک روبوت یایک پروژه مکاتونیک نیرو هایی را ایجاد می کنند که باید به هنگام عملکرد کنترل شوند. هنگامی که دست روبوت یک شیء را برمی دارد، استفاده از مدارات کنترلی برای تعیین مقدار نیروی لازم برای نگهداشتن شی بدون شکستن آن ضروری است. یکی از موارد دشوار برای سازندگان پروژه ها، ساخت یک دست روبوتیک است که بتواند یک تخم مرغ رااز سبد برداشته و آن را بدون شکستن در سبد دیگری قراردهد. چنین اهدافی کنترل دینامیک دقیقی نیاز دارند.

d)کنترل تطبیقی[6]: هنگامی که لازم است یکی از عملکردهای روبوت یا دستگاه مکاترونیکی در حین اجرای یک فرآیند به طور مداوم تغییر یابد. باید از کنترل تطبیقی استفاده شود. به عنوان مثال می توان به نیاز برای افزایش مداوم نیرو به هنگام فشردن یک فنر اشاره نمود. هر چه فنر فشرده تر شود، نیروی بیشتری مورد نیاز می باشد. مثال دیگری از کاربرد کنترل تطبیقی اعمال توان بیشتر به موتور به منظور ثابت نگه داشتن سرعت یک روبوت می باشد که این حالت به هنگام حرکت روبوت از سطح افقی به یک سطح شیبدار به هنگام جابجایی یک شیء سنگین توسط روبوت رخ می دهد.

e)کنترل خارجی[7]: زمانی که از یک انسان به عنوان اپراتور برای صدور فرمان انجام تمامی وظایف روبوت استفاده می شود. مدارات کنترل خارجی مورد نیاز می باشند. در این حالت انسان به عنوان" مغز" عمل کرده و با استفاده از انواع سنسورها نظیر سنسورهای تصویری به عنوان "حواس" عملکرد روبوت را کنترل می کند.

برای انتقال فرامین به یک روبوت یا دستگاه مکاترونیکی، شخص اپراتور می تواند از انواع مختلفی از "مدارات واسطه"[8] استفاده نماید. گزینه های اصلی برای ارسال فرامین، مداراتی هسند که از امواج رادیویی، مادون قرمز، سیم و حتی فرامین صوتی استفاده می کنند. امروزه پروژه های مدرن شامل مدارات تشخیص صوت می باشند که قادر بعه

 

دریافت مستقیم دستورات از اپراتور هستند. از یک کامپیوتر نیز می توان به عنوان مدار واسطه برای ارتباط واحد کنترل به روبوت یا دستگاه مکاترونیکی استفاده نمود.

دراینجا، نکته مهم این است که باید درجه هوشمندی روبوت توجه نماییم. مدارات کنترلی پیچیده می توانند این تصویر را در ناظر ایجاد نمایند که یک روبوت "هوشمند" است. در حالی که یک بلوک کنترلی که توابع زیادی را به کار می گیرد. یک بلوک هوشمند به شمار نمی رود. در حالتی که روبوت قادر باشد براساس اطلاعات سنسورهای خود یا براساس اطلاعاتی که یک اپراتور از طریق بلوک خاص ورودی داده ها وارد می کند، تصمیم گیری نماید. می توان قابلیت هوشمندبودن را به روبوت اضافه نمود.

1.3.2 محرک ها

روبوتها و ماشین های مکاترونیک باید دارای امکاناتی برای سروکار داشتن با اشیاء یا انجام برخی کارها در دنیای خارج باشند. در ادامه این قسمت بسیاری از انواع محرکهای که در پروژه های کاربردی یافت می شوند، ذکر شده اند.

حرکت: روبوتها قادرند با استفاده از پا، چرخ یا ریل از یک نقطه به نقطه دیگر جابجا شوند. پاهای روبوت را می توان با استفاده از موتورها، سولنوئیدها یا آلیاژهای حافظه دار(SMA) حرکت داد.

دست افزارها: روبوتها و دستگاههای مکاترونیک دارای دست نمی باشند. آنها برای گرفتن اشیا از چنگک ها استفاده می کنند و این ابزارها توسط مدارات الکترونیکی کنترل می شوند.

حرکت این ابزارها  می تواند با استفاده از سولنوئیدها، موتورها با SMAها صورت گیرد. شکل 2-1 برخی از انواع این چنگک ها را نشان می دهد.

نحوه انجام کارها توسط دست را می توان با استفاده از تجهیزاتی که منحصراً برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده اند، تغییر داد. نظیر این حالت در بسیاری از روبوتهای صنعتی دیده می شود. در بسیاری از روبوتهای صنعتی دیده می شود. در بسیاری از کاربردها، قطعات به هم پیوسته مکانیکی را می توان به گونه ای تنظیم نمود که با اندازه و شکل هر شیء موردنظر سازگار شوند. مثالی از این حالت در شکل 3-1 نشان داده شده است.

سنسورها: روبوتها و دستگاههای مکاترونیک با استفاده از سنسورها، آنچه را که در دنیای واقعی رخ می دهد، تشخیص می دهند. سنسورها دارای اهمیت فروان می باشند، چرا که آنها اطلاعات مربوط به موقعیت یک روبوت یا بازوی

روبوت، اندازه و شکل یک شیء موردنظر، وجود موانع( در مورد روبوتهای متحرک) و بسیاری اطلاعات دیگر نظیر تشخیص یک شیء از روی اندازه و شکل آن، مانند آنچه در روبوتهای هوشمند یافت می شود، را ارسال می کنند.

با اتصال یک دوربین تلویزیونی به یک مدار هوشمند می توان این امکان رابرای یک بازوی اتوماتیک فراهم آورد تا قادر به انتخاب قطعات دارای اندازه و شکل خاص از میان تعداد زیادی از قطعات مختلف باشد.

سنسورهای اصلی که در پروژه های روبوتیک و مکاترونیک به کار می روند، عبارتند از:

سنسورهای نور: مقاومت های متغیر با نور (LDR ها، به عنوان مثال سلول های CdS یا فوتورزیستورها)، فوتودیودها، فوتوسل ها و فوتوترانزیستورها)

سنسورهای فشار: اسفنج هادی، سنسورهای الکترومکانیکی، سنسورهای نیمه هادی

سنسورهای دما: NTC,PTC ، دیودها و ترانزیستورها

سنسورهای تصویری: سنسورهای CCD ، فوتودیودها یا ماتریس های فوتوترانزیستور.

سنسورهای موقعیت: پتانسیومترها، سنسورهای اولتراسونیک، رادار، سنسورهای مادون قرمز(IR)

سنسورهای تماسی: میکروسوئیچ ها، پاندون ها.

سنسورهای مجاورت: سنسورهای خازنی، سنسورهای القایی یا مادون قرمز.

منبع تغدیه: هر پروژه شامل مدارات الکترونیکی و قطعات متحرک نیازمند یک منبع تغذیه الکتریکی می باشد. اگر پروژه مورد نظر یک روبوت متحرک باشد. درحالت ایده آل منبع تغذیه در داخل خود روبوت جاسازی می شود. ازسلولهای باتری می توان برای این منظور استفاده نمود. اندازه و نوع باتری ها به توان موردنیاز روبوت، مدت زمان کارکرد روبوت بدون شارژ مجدد و وظایفی که روبوت باید انجام دهد، بستگی دارد.

 


دو نوع از هوش مصنوعی برای کاربرد در پروژه های روبوتیک و مکاترونیک مناسب می باشند:

هوش نرم افزاری: هوش نرم افزاری به واسطه یک کامپیوتر، میکروپروسسور یا میکروکنترلر که یک نرم افزار هوشمند را اجرا می نماید، تامین می شود. اتصالات سخت افزاری، داده هایی را که پردازنده برای تصمیم گیری و ارتباط با بلوک کنترلی نیاز دارد، فراهم میسازند.

تصمیمات به شکل یک ساختار اساسی برنامه ریزی شده اند که در برخی موارد می توانند مطابق داده های ورودی تغییر یابند. در چنین حالتی، برنامه قادر به "یادگیری" از طریق تجربه می باشد که این خاصیت به عنوان مشخصه به عنوان مشخصه اصلی سیستم های هوشمند در نظرگرفته می شود.

دانشجویان،پژوهشگران و طراحان فعال در زمینه هوش مصنوعی بیشتر برنامه هایی را ترجیح می دهند که شبکه های عصبی را شبیه سازی می کنند. ابزار مهم دیگر برای طراحی سیستم های هوشمند منطق فازی می باشد.

با استفاده از میکروپروسسورها و میکرو کنترلرها می توان هوش نرم افزاری را داخل خود روبوت یا ماشین مکاترونیک پیاده سازی نمود. چیپ Basic Stamp یک روش ساده را برای اضافه نمودن درجه ای از هوشمندی به یک ماشین ارائه می دهد: این چیپ را می توان به گونه ای برنامه ریزی کرد که براساس وروردی های دریافتی از سنسورهای مدار کنترل خارجی تصمیم گیری نماید.

 

علاقه مندان می توانند برنامه های بسیاری که شبکه های عصبی و منطق فازی را شبیه سازی می نماید، بیابند.بسیاری از این برنامه ها را می توان برای اضافه نمودن خاصیت هوشمندی به کامپیوترها، روبوتهای خودکار[9] و دیگر ماشین ها مورد استفاده قرار داد.

هوش سخت افزاری: روش دیگر برای اضافه نمودن هوشمندی به یک ماشین استفاده از مداراتی است که قادر به یادگیری می باشند. ایده اصلی این روش تقلیداز طریقه ای است که موجودات زنده اطلاعات دریافتی از حواس خود را با استفاده از سیستم عصبی پردازش می کنند


بخشهای مکانیکی یک ربات ساده

در بعضی از مواقع ربات شما علاوه بر حرکت در یک محیط باید توانایی انجام یک فعالیت فیزیک خاص را نیز داشته باشد. به عنوان مثال وزنه ای را جابجا کند یا شئی را سوراخ کند و یا به یک جسم ضربه بزند. در این مواقع علاوه بر اینکه شما نیاز به یک سیستم حرکتی مناسب دارید، باید برای ساخت قسمت مکانیکی ربات خود وقت بیشتری صرف نمایید....

وقتی یک قسمت متحرک به ربات خود اضافه می کنید ، با توجه به کاری که این قسمت انجام میدهد، ممکن است حرکت دورانی حول یک محور داشته باشد و یا حرکت آن در راستای مستقیم باشد. با توجه به نوع حرکتی که باید این بخش از ربات شما داشته باشد می توانید توسط وسایلی که در اختیار دارید سازه مناسبی برای آن تهیه کنید. مثلاً می خواهید یک بازو با حرکت دورانی بسازید ، ابتدا آن را با چوب یا آلومینیوم یا ... می سازید و برای اتصال آن به ربات از لولاهای موجود در بازار استفاده می کنید. اگر قرار است بازوی شما حرکت در راستای مستقیم داشته باشد به جای لولا باید آن را توسط یک مکانیزم کشویی به ربات متصل نمایید. برای اینکه مطلب را بهتر درک نمایید ، تصاویر را به دقت مشاهده و تحلیل کنید. بیشتر این ربات ها توسط دانش آموزان ساخته شده است.

هنگامی که یک بازو را به ربات خود متصل می کنید می توانید توسط روشهای مختلف انرژی مکانیکی را به آن منتقل نمایید. مثلاً یک تکه نخ ماهیگیری که به دور شافت خروجی گریبکس پیچیده می شود می تواند بازی شما را حرکت دهد. همچنین سلونوئیدها وسایل مناسبی برای ایجاد حرکت در بازو و همچنین تغییر جهت چرخهای یک ربات هستند. اساس کار سلوئیدها بر پایه های نیروی مغناطیسی آهنرباهای الکتریکی بنا شده است. در مباحث بعدی در مورد طرز کار سلونوئیدها توضیحات بیشتری خواهیم داد.

. لازم است برای بار دیگر تذکر دهیم که ما تنها کلیاتی از کار را برای شما توضیح می دهیم چون افراد مختلف تمایل به ساخت رباتهای مختلف دارند. مابقی کار بستگی به ابتکار و وسایلی که در اختیار دارید دارد. اگر کمی وقت بگذارید و بعضی از گزینه ها را تجربه کنید قطعاً مناسبترین گزینه را خواهید یافت.

ما از این پس سعی می کنیم که آموزش های خود را با تصاویر بیشتر کامل نمائیم تا درک مطالب برای شما بهتر باشد.

اگر ربات شما دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری بکنید. این کار را می توانید با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهید. اگر چرخ کوچک در دسترس ندارید کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند.

بازوهای مکانیکی ماهر (Manipulator) از رابط‌های صلبی تشکیل می‌شوند که به وسیلهٔ مفصل‌هایی که حرکت نسبی رابط‌های مجاور را ممکن می‌سازند، به یکدیگر اتصال یافته‌اند. بازوهای مکانیکی توانایی انجام عملیات از پیش برنامه‌ریزی شدهٔ متنوعی را در صتایع مختلف دارند. بازوهای مکانیکی ماهر در طی سال‌های اخیر به شکل قابل ملاحظه‌ای تکمیل یافته و پیشرفت کرده‌اند. کارکردن با آن‌ها و نیز تعمیر و نگهداری‌شان آسان‌تر شده و ارتباط متناسب و بهینه‌ای میان توان٬ کنترل‌پذیری و مهارت آن‌ها ایجاد گشته‌است.

در انتهای زنجیره رابط‌های تشکیل دهنده بازوی مکانیکی مجری نهایی وجود دارد که بر حسب کاربردی که از ربات انتظار می‌رود می‌تواند گیره یا چنگک یا ابزارهای دیگری از جمله لوازم برشکاری، جوشکاری و نظیر آن باشد. از این لحاظ بازوهای مکانیکی ماهر متنوعی وجود دارند که گونه‌های وسیعی و متفاوتی از کاربردهای صنعتی و نیز تحقیاتی را را پوشش می‌دهند. این کاربردها شامل انجام فعالیت‌های متنوع مونتاژ، برشکاری و جوشکاری در خطوط تولید تا انجام عملیات متنوع زیرآبی – نظیر نصب در ربات زیرآبی - مانند گرفتن و دنبال‌کردن کابل یا سیم، و یا محبوس کردن اجسام یا نمونه‌های پیچیده‌ای چون برقراریِ اتصال‌های خطوط الکتریکی یا هیدرولیکی هستند.

ملاحظات طراحی و ساخت

در انتخاب بازوهای مکانیکی آن چه اهمیت دارد این است که ساده‌ترین نمونهٔ ممکن که بتواند وظیفه محوله را در زمان مطلوب انجام دهد، گزینش گردد. پیچیدگی طراحی ربات در عین افزایش قابلیت‌های عملکرد می‌تواند مشکلاتی در کنترل، هدایت و نیز اطمینان و دقت دستگاه و نیز تعمیر و نگهداری آن ایجاد نماید. انتخاب و تکمیل مجموعه بازوهای مکانیکی ماهر امر پیچیده‌ای است و طراح ربات باید نکات فراوانی را لحاظ نماید. تعداد و انواع بازوهای مورد نیاز، محل قرارگیری، نوع کنترلر، محدودهٔ فضای عملکرد٬ حداکثر و حداقل نقطه دست‌رسی و نوع و ساختار کنترل بازوها توسط کاربر، از آن جملهٔ این موارد است.


بخش مکانیکی موتور ها

 

این قسمت شامل  سیستم حرکتی ربات میشه. حرکت روباتها با استفاده از پا، چرخ یا ریل انجام می شود. چرخها یا پاها را می توان با موتورها، سولنوئیدها یا آلیاژهای حافظه دار (SMA) به حرکت درآورد.
که معمولا در رباتهای ابتدایی از موتور و چرخ استفاده میشه.

در یک پروژه مکاترونیک یا روبوتیک علاوه بر قطعات لازم جهت ساخت قسمتهای ذکر شده به یک یا چند منبع تغذیه هم نیاز داریم.

قسمتهای مختلف یک روبات که نیاز به منبع تغذیه دارد:

قسمتهای الکتریکی، مکانیکی شامل: موتورها و بخشهایی که بصورت هیدرولیک و پنوماتیک کار می کنند.
اگر روبات متحرک باشد باید از باطری استفاده شود. اگر روبات ثابت باشد می توان از برق AC استفاده کرد. چون تغذیه روباتها اکثرا َ، برق DC می باشد بنابراین باید برق AC را بوسیله یکسوساز و فیلتر به DC تبدیل کرد.

یکی از مهمترین اجزای یک روبوت نیروی محرکه آن است. برای حرکت دادن سازه ای که ساخته اید نیاز به انرژی مکانیکی دارید. این انرژی معمولا توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود. موتور الکتریکی یا اصطلاحاً آرمیچر ها در واقع مبدل های انرژی هستند. موتورهای الکتریکی می توانند انرژی الکتریکی که از ترمینالهای آن وارد می شود را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. انرژی مکانیکی معمولاً به صورت دوران در شافت (محور) موتور ظاهر می شود. دوران این محور (شافت) دو مشخصه اساسی دارد : یکی سرعت دوارن آن و دیگری قدرت آن. از ضرب سرعت خطی (متر بر ثانیه) در نیروی موتور می توانید توان نهایی خروجی آن را محاسبه کنید.

همان طور که گفته شد یک موتور الکتریکی ، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد ، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای ، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور روتور به روتور اعمال می‌شود، می‌گردد.

همان طور که گفته شد اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین ، هر کدام از بخشهای روتور یا استاتور می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیتهایی را در مدارس استفاده می‌کنند.

. با توجه به اینکه گفتیم موتور یک مبدل است، اگر موتور شما ایده آل باشد توان خروجی که بدست می آورید با توان ورودی یعنی انرژی الکتریکی مصرف شده برابر خواهد بود. موتورهای الکتریکی انوع مختلفی دارند از جمله استپ موتورها ، سرور موتورها ، موتورهای دی سی DC  ، موتورهای AC  و ...

هر یک از موتورهای نام برده شده ویژگی خاصی دارد مثلا استپب موتورها دارای دقت بالایی هستند و با توجه به نوع موتور می توان دقت گردش موتور در حد چند درجه کنترل نمود.. از ویژگی های اساسی موتورهای DC  این است که جهت حرکت و سرعت حرکت آنها به راحتی قابل کنترل است. با تغییر متوسط  ولتاژ ورودی می توانید سرعت موتور را تغییر دهید و با تغییر پلاریته ( جهت اتصال تغذیه به موتور ) جهت دوران شافت تغییر خواهد نمود.

توان خروجی از ضرب سرعت در قدرت و با استفاده از فرمول W=f.d بدست می آید.بسته به کارکرد ربات ، توان مصرفی ، دقت لازم و پارامترهایی از این قبیل نوع موتور ربات انتخاب می شود. بی شک یکی از مشخصه های اصلی موفقیت یک ربات انتخاب صحیح موتور محرک ربات می باشد.


 هنگام انتخاب موتور باید به چه چیز هایی توجه داشت:

1- دردست بودن منبع تغذیه

2- شرط یا عوامل راه اندازی

3- مشخصه‌های راه اندازی (گشتاور – سرعت) مناسب

4- سرعت عملکرد کار مطلوب

5- قابلیت کارکردن به جلو و عقب

6- مشخصه‌هی شتاب (وابسته به بار)

7- بازده مناسب در بار اسمی

8- توانایی تحمل اضافه بار

9- اطمینان الکتریکی و حرارتی

10- قابلیت نگهداری و عمر مفید

11- ظاهر مکانیکی مناسب (اندازه، وزن،‌ میزان صدا، محیط اطراف)

12- پیچیدگی کنترل و هزینه

13-ولتاژ: 1.5-4-8 V
14-جریان: 50mA-2A  

 

 


 در یک دسته بندی کلی موتورها به انواع زیر تقسیم میشوند:


· موتور DC
· موتور AC
· موتور پله‌ای (Stepper motor)

. موتور خطی

 

 

1- موتورهای DC

متداولترین موتور مورد استفاده در روباتها موتور DC است چراکه دارای انواع مختلفی از نظر توان، اندازه، شکل و سرعت می باشد.

جهت استفاده : تعویض جهت چرخش موتور DC با معکوس کردن جهت جریان امکان پذیر است.
سرعت: سرعت موتور به جریان و بار موتور بستگی دارد
سرعت کمتر=توان بیشتر      
سرعت بیشتر=جریان یا ولتاژ بیشتر

 

2- موتورهای AC :

 1- موتورهای AC تک فاز         

  2- موتورهای AC سه فاز

این موتورها با جریان متناوب برق کار می‌کنند لذا به آنها موتور  AC گفته می‌شود. یخچال، جاروبرقی و آبمیوه ‌گیری موتور  AC‌دارند. برای کنترل میزان چرخش موتور از وسیله‌ای بنام شفت انکودر استفاده می‌شود.

 

3- موتور پله ای (Stepper Motor)

کاربرد اصلی این موتورها در کنترل موقعیت است. این موتورها ساختار کنترلی ساده‌ای دارند. لذا در ساخت ربات کاربرد زیادی دارند. مطابق با تعداد پالسهایی که به یکی از پایه‌های راه‌انداز موتور ارسال می‌شود موتور به چپ یا راست می‌چرخد. این موتور یکی از انواع موتورهای الکتریکی است که حرکت آن کاملا دقیق و از پیش تعریف شده می باشد و با ارسال بیتهای 0,1به سیم پیچهای آن می توان آنرا حرکت داد.

ساختار موتور پله ای

این موتورعموما دارای چهار قطب میباشد که سیم پیچها بر روی این چهار قطب قرار می گیرند و شما با ارسال بیتهای 0و1به این سیم پیچها در واقع میدان مغناطیسی ایجاد می کنید که این میدان باعث حرکت روتورمغناطیسی موجود در داخل موتور پله ای می شود البته میبایست این سیم پیچها را به توالی 0 و 1 کرد و گرنه موتو ر مطابق میل شما نخواهد چرخید.

نحوه کنترل :

 1- نحوه کنترل 1 بیت

2- نحوه کنترل 2 بیتی

 




نحوه کنترل 1 بیتی :
در حالت یک بیتی اگر اول سیم پیچ 1 را تحریک کنیم .سیم پیچ 2و3و4 بدون تحریک باید باشند جهت حرکت موتور پله ای در سمت حرکت عقربه های ساعت بعد از سیم پیچ 1 نوبت سیم پیچ 2 است که تحریک شود.، و در این حالت نیز بقیه سیم پیچها بدون تحریک هستند بعد از آن نوبت سیم پیچ 3 و سپس نوبت سیم پیچ شماره 4 است دقت کنید که در هر لحظه یک سیم پیچ تحریک شو د اگر بعد از سیم پیچ 1 سیم پیچ 4 را تحریک کنیم و سپس به سراغ3و2 برویم موتور در جهت عکس عقربه های ساعت خواهد چرخید.

نحوه کنترل 2 بیتی :
در حالت دو بیتی در لحظه دو سیم پیچ بار دار می شو ند مثلا اگر اول سیم پیچ 1 و2 تحریک شوند بعد سیم پیچ 2و3 سپس 3و4 ودر نهایت 4و 1 برای حرکت موتور پله ای بایست همین ترتیب را تا موقعییکه می خوا هید موتور حرکت داشته باشد ادامه دهید حال اگر این ترتیب را عوض کنید موتور در خلاف جهت فعلی حرکت می کند

 

موتور پله کامل و نیم پله :

·  در حالت عادی میزان چرخش موتور به تعداد پالسهای اعمالی و گام موتور بستگی دارد. هر پالس یک پله موتور را می‌چرخاند.

·  با تحریک دو فاز مجاور در موتور می‌توان موتور را به اندازه نیم پله حرکت داد. به این ترتیب تعداد پله‌های موتور دو برابر می‌شود و در نتیجه دقت چرخش موتور هم دوبرابر می گردد.

 

 راه اندازی موتور پله‌ای :

·   تراشه L297 یک راه انداز  مناسب برای موتور پله‌ای است.

·   مدارهای راه‌انداز متنوعی برای استفاده از موتورهای پله‌ای وجود دارد. در اینجا از مدارمجتمع L297  و L298 برای راه‌اندازی موتور پله‌ای استفاده می‌شود. که طریقه بستن آن در شکل زیر نشان داده شده است.

·   جهت کنترل موتور به قابلیت هایی همچون حرکت به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور احتیاج داریم و این نیازها را درایور مورد نظر ما یعنی L298 براحتی تامین می نماید. L298 یک آیسی پل-H دوتایی (  DUALH-Bridge) دارای ۱۵ پایه می‌باشد که  قادر است وظایفی چون چرخش موتور به عقب و جلو، کنترل سرعت، کنترل جریان و توقف آنی موتور را انجام دهد. کنترل موتور به این شرح است که پس از محاسبه میزان چرخش موتور برای جابجایی مورد نظر با استفاده از میکرو کنترلر به تعداد مورد نظر پالس به پایه راه انداز ارسال می‌کنیم.

·   یک پایه برای تعیین جهت چرخش (ساعتگرد و پاد ساعتگرد) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

·   پایه Enableمدار راه‌انداز را فعال و غیر فعال می‌نماید.


تعریف سنسور :

      سنسور‌ها قطعاتی هستند متشکل از ابزارهای لامسه‌ای الکتریکی یا نوری که در کنار سایر عناصر الکترونیکی ایفای نقش می‌کنند. وظیفه این المان‌ها کسب اطلاعاتی از موقعیت مفاصل ربات و شرایط محیطی مانند نور و گرما و هدف‌های موجود در محیط می‌باشد.

     سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

     به عبارت دیگر حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه‌‌گیری می‌کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید.

    حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد .

انواع حسگر ها (سنسور ها )

. بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:

–        فاصله

–         رنگ

–         نور

–         صدا

–        حرکت و لرزش

–         دما

–         دود

–         و...

 

 

مزایای استفاده از سنسور ها :

        اما چرا از حسگرها استفاده می کنیم ؟ همانطور که در ابتدای این گفتار اشاره شد حسگرها اطلاعات مورد نیاز ربات را در اختیار آن قرار می دهند و کمیتهای فیزیکی یا شیمیایی موردنظر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند.مزایای سیگنالهای الکتریکی را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

             –        پردازش راحتتر و ارزانتر

            –         انتقال آسان

            –         دقت بالا

            –         سرعت بالا

و...

سنسورها در ربات(1)

 

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

 

سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل می‌آید:

 

b.       سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.

 

c.        سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.

 

d.       سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هستند.

سنسورها از لحاظ فاصله‌ای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به سه قسمت تقسیم می‌شوند:

سنسورها از لحاظ فاصله‌ای

         سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. 

سنسورهای تشخیص تماس

سنسورهای نیرو-فشار

 

       سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند. 

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

حس کردن استاتیک:  در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

حس کردن حلقه بسته:  در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا این‌گونه‌اند.               

 

لحاظ کاربردی با نمونه‌هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می‌شویم:

 

a.       سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.

b.       سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند.  این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

 

c.        سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند.  مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند. با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: 1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.

 

d.       سنسورهای گرمایی (Heat Sensors):

     یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

e.        سنسورهای بویایی (Smell Sensors):

     تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.

بویایی حسی است که می تواند در جلوگیری از جرائم استفاده شود. از گذشته از حس بویایی سگ ها برای یافتن اجساد ، مواد مخدر یا مواد منفجره و حتی شناسایی افراد استفاده می شده است. دانشمندان و مهندسان دارند بر روی سیستمی کار می کنند که بتواند بو را احساس کند. این تکنولوژی می تواند به جای سگ ها به کار برده شود و وظایف آن ها را انجام دهد.

بو مخلوطی از مواد شیمیایی موجود در هوا است. حیوانات و ماشین ها برای بوییدن باید از چندین سنسور متفاوت استفاده کنند. هر سنسور به دسته ی خاصی از مواد شیمیایی حساس است. با اندازه گیری نتایج سنسور ها می توان بو را تشخیص داد.

 

در این تصویر نشان داده شده که چگونه 20 سنسور متفاوت ، نسبت به گاز آمونیاک عکس العمل نشان داده اند.

 

در این تصویر نیز نشان داده شده که چگونه همان 20 سنسور، نسبت به استیک اسید(جوهر سرکه) عکس العمل نشان داده اند.

با مقایسه نتایج به دست امده از سنسور ها با نتایج از قبل ثبت شده ، می توان ماده شیمیایی را تشخیص داد.

 یک سنسور بویایی می تواند از یک کریستال کوارتز با اتصالات الکترونیکی و یک روکش پلاستیکی خاص درست شده باشد. کریستال کوارتز به منظور ایجاد یک لرزه منظم با یک فرکانس دقیق استفاده می شود. روکش پلاستیکی می تواند مواد شیمیایی را جذب کند .

 

 

یک سنسور بویایی

 

ساختمان یک QCM (Quartz Crystal Microbalance)

یک کریستال بر روی فنر

کریستال می تواند بر روی یک فنر قرار گیرد . فرکانس به دست آمده از اسیلاتور بر روی فنر از فرمول زیر به دست می آید.

 

K = ضریب سختی فنر(Nm-1)

m = جرم (kg)

f= فرکانس(Hz)

 

  1. f.                                             سنسورهای موقعیت مفاصل :
  2. g.                                          رایج‌ترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

   i.            انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD (Binary Codded Decible ) تبدیل می‌شود. این انکدرها به علت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

ii. انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. از روی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌های A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به  کنترل‌کننده ارسال می‌شود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو می‌توان به جهت چرخش پی برد.

 

منبع  :                                                                                             http://www.aoh.blogfa.com

سنسورها در ربات (2):

در اتوماسیون سخت(Hard Automation) که درآن یک ماشین وظیفه مشخص را همان‌گونه که در صنعت مورد نیاز است انجام می‌دهد، نیازی به هوشمند بودن سیستم نیست. اما برای رسیدن به اتوماسیون هوشمند (Intelligent Automation) به دو جز کلیدی نیازمندیم: هوش‌مصنوعی و سیستم سنسوری.

به کمک این دو می‌توان به ربات‌های صنعتی با کاربردهایی در نقاشی، جوشکاری، حمل‌و‌نقل و مونتاژ رسید که قدرت انجام کارهای پیچیده، تشخیص و تفکیک را دارا هستند.

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.


 

تعریف سنسور نوری (گیرنده-فرستنده)

         یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند.

سنسور های نوری در اصل چشم ربات به حساب میاید که خط زیر ربات را تشخیص میدهد و به میکرو کنترلر فرمان میفرستند. خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد 5 ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.

 

 

      در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.

 

 بسته های متفاوت سنسورنوری:

      به طور کلی بسته های موجود را می توان به دو دسته تقسیم کرد؛ سنسورهایی که برای تشخیص وجود اجسام استفاده می شوند (proximity sensors) و سنسور هایی که برای تشخیص فاصله مورد استفاده قرار می گیرند .(distance sensors)

       سنسورهایی که برای تشخیص وجود اجسام مورد استفاده قرار می گیرند، معمولا از یک فرستنده مثل IR LED و یک گیرنده مثل فوتوترانزیستور استفاده می شود. نمونه ی این گونه سنسور RS 05 یا سنسور های نوع OPB است، که بررسی می  شود .

 

 

شکل ١4.یک بسته ی گیرنده و فرستنده ی IR

 

     انواع سنسورهای نوری

1- سنسور GP2S04-6 :

         این سنسور یک سنسور فرستنده و گیرنده در یک پک کوچک و کم حجم میباشد که دارای حساسیت بسیار خوبی است و یکی از بهترین سنسور ها برای یک ربات مسیر یاب میباشد و نور محیط تاثیر زیادی در عملکرد آن ندارد ( مادون قرمز ) که اسم این سنسور GP2S04-6 است . بهترین بازده این سنسور در فاصله 4 الی 6 میلیمتر از صطح زمین میباشد

در عکس زیر نمونه ای از این سنسور و نمونه ای از برد سنسور را میبینید .

 

این سنسور دارای 4 پایه میباشد که دوتای آن به زمین وصل میشود و دوتای دیگر هم هر کدام به یک مقاومت متصل می گردد

 

باید توجه کرد که قسمتی از سنسور که دارای یک شیار در گوشه سنسور است فرستنده می باشد.

2- مقاومت نوری : (photoresistor)

 

 

 

شکل ١.چند نوع photoresisto در ابعاد مختلف؛اساس کار این

قطعات بر خواص فیزیکی سطح سولفید کادمیوم استوار است.

 

 

       اساس کار مقاومت نوری بسیار ساده است؛ مقاومت این قطعه با تغییر شدّت نور رسیده به آن تغییر می کند،امّا از آنجا که در الکترونیک داده ها به صورت ولتاژ ظاهر می شوند باید به شکلی این تغییر در مقاومت را به تغییر ولتاژ تبدیل کنیم.

 

 

     در شکل بالا ولتاژ خروجی به سادگی از رابطه ی زیر به دست می آید:

Voutput = Vcc * (R2 / ( R1 + R2 ))

      فرض کنید در یک مدار معمولی مقاومت  برابر Ω  500  و  Vcc برابر 5 V  باشد، اکنون هنگامی که مقاومت نوری در تاریکی کامل قرار دارد مقاومت آن حدود  kΩ 2  است و ولتاژ خروجی تقریبا صفر است، و هنگامی که در مقابل نور مستقیم قرار می گیرد مقاومت آن به حدود Ω20 کاهش یافته و ولتاژ خروجی تقریبا V ۵  می شود.   

بدین گونه موفق شدیم یک حالت فیزیکی محیط را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و به عبارت دیگر یک گیرنده برای سنسور خود بسازیم.

3- سنسور CNY70

این سنسور به صورت یک بسته حاوی دو عدد سنسور مادون قرمزاست. یک سنسور فرستنده و سنسور دیگر گیرنده می باشد.برای اینکه روبات شما بهتر کار کند بهتر است بجای استفاده از دو سنسور مادون قرمز به صورت مجزا از این packeg سنسور استفاده کنید.در این سنسور پایه های بلندتر در هر سمت سمت آند و پایه های کوتاهتر سمت کاتد است.
با استفاده از این نوع سنسور میزان خطاها تا حد قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

 




4- فتوسل 
       یک سنسور حساس به نور مرئی و مادن قرمز که در صورت تابش نور به آن مقاومت الکتریکی آن تغییر می کند.
     قیمت: 1000  ریال

 

 

5- فتوسل بزرگ 
       یک فتوسل(مقاومت حساس به نور) بزرگ با یک قاب پلاستیکی جهت حفاظت فتوسل از آسیب و آلودگی در صورتی که نوری که به این       

     فتوسل تابیده می شود زیاد شود مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد
     قیمت: 4500  ریال

 

6 - یک جفت دیود فرستنده و گیرنده مادون قرمز 
       یک جفت دیود فرستنده و گیرنده مادون قرمز 5 میلی متری بسیار مناسب برای تشخیص رنگ سطوح مختلف و مناسب برای ربات های       

      مسیر یاب ، لابیرنت، آتش نشان و هر رباتی که نیاز به تخشیص رنگ دارد  
      حداقل تعداد خرید 5 جفت است.
      قیمت: 2000  ریال

7 - اپتوکانتر موازی مادون قرمز 
    یک فرستنده و گیرنده مادون قرمز که پک شده اند. بسیار مناسب برای استفاده در ربات های مسیر یاب و لابیرنت
     قیمت: 10000  ریال

 

8 - اپتوکانتر موازی مادون قرمز تایوانی 
    یک فرستنده و گیرنده بسیار قوی مادون قرمز که پک شده اند.
     بسیار مناسب برای استفاده در ربات های مسیر یاب و لابیرنت
    قیمت آن کمی گران است ولی نسبت به کیفیت آن ارزش دارد
    در این محصول در اصل یک فتو ترانزیستور وجود دارد که حساسیت زیادی ایجاد می کند.
    این محصول کارخانه ویشی تایوان است
    قیمت: 13000  ریال

کاربرد سنسور های نوری :

1-               استفاده در کنترل از راه دور تلویزیون : سنسور های مادون قرمز (IR) زیادی در بازار موجود میباشند که در دو نوع فرستنده و گیرنده میباشد که نمونه اون رو میتونید در کنترل تلویزیون و خود تلویزیون مشاهده کنید که سنسوری که در کنترل میباشد و دارای رنگ روشنی میباشد فرستنده  و سنسوری که در جلوی تلوزیون میباشد تیره رنگ میباشد گیرنده اون به شمار میرود

2-                استفاده از سنسور نوری در ماوس : از سنسور های نوری برای تبدیل حرکت در ماوس به سیگنال های الکتریکی قابل فهم برای کامپیوتر استفاده می شود در یک طرف دیسک یک LED مادون قرمز و در طرف دیگر  یک سنسور مادون قرمز ، وجود دارد . سوراخ های موجود بر روی دیسک باعث شکست نور متصاعده شده توسط  LED می شوند، بدین ترتیب سنسور مادون قرمز ، پالس ها ی نور را مشاهده خواهد کرد . تعداد پالس ها ارتباط مستقیم با سرعت موس و مسافتی که موس حرکت می کند ، خواهد داشت .
یک تراشه پردازنده بر روی برد . پردازنده فوق پالس ها را خوانده و پس از تبدیل به باینری ، آن ها را از طریق کابل مربوطه برای کامپیوتر ارسال می دارد .

مدارات مرتبط با سنسور های نوری :

مدار زیر مربوط به سنسور نوری فرستنده گیرنده GP2S04-6 است .

 

 

 

در این سنسور پایه مثبت فرستنده به مقاومت ۳۳0 اهم و پایه مثبت گیرنده به مقامت 470 کیلو اهم وصل میشن

خروجی این سنسور بین پایه گیرنده و مقاومت 470 کیلیو اهم گرفته میشود

زمانی که زیر سنسور رنگ سفید باشد مقدار خروجی حدود 2/0 –0.7   ولت میباشد و زمانی که رنگ زیر آن سیاه باشد خروجی آن حدود 3/3 – 4/3 ولت میباشد

 

 

 

 

امواج Ultrasonic

 

امواج اولتراسونیک به دسته­ایی از امواج مکانیکی گفته می­شود که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده شنوایی انسان 20KHz باشد. این امواج بدلیل خواصی که دارند کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی دارند. با محاسبه­ایی ساده می­توان دریافت که اگر نقطه­ایی با فرکانس 25 کیلوهرتز و دامنه 10 میکرومتر نوسان کند شتاب آن بالغ بر 25 هزار برابر شتاب ثقل می­شود. این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد کاویتاسیون می­شود و در هنگام انفجار حبابهای ایجاد شده فشاری در حدود 200 بار ایجاد می­گردد. از طرف دیگر اگر حرکت نسبی با مشخصات فوق میان دو سطح جامد برقرار شود ازدیاد دما باعث جوش خوردن دو سطح به یکدیگر می­شود که Ultrasonic Welding می­باشد.

   امواج اولتراسونیک مانند دیگر امواج دارای خاصیت شکست، انعکاس، نفوذ و پراش می­باشند. برای تولید این امواج روشهای متفاوتی وجود دارد.

 مجموعه­های اولتراسونیک معمولاً از سه بخش کلی تشکیل می­شوند:

1.       مبدل

2.       بوستر

3.       تقویت کننده یا هورن.

   مبدل نقش تولید امواج مکانیکی و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را دارد, بوستر و تقویت کننده نیز وظیفه انتقال و تقویت دامنه حرکت و رساندن ‌آن به مصرف کننده را به عهده دارند.

 

کاربرد سنسورهای Ultrasonic در رباتیک

 

یکی از مسائل مطرح در رباتیک ایجاد درک نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حرکت است. از سوی دیگر ممکن است نیاز داشته باشیم که ربات بتواند درکی از فاصله ها بدون تماس فیزیکی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده میکنند.
با وجود اینکه رویکردهای زیادی در این زمینه وجود دارد ولی میتوان آنها را در دو بخش تقسیم بندی کرد. دسته اول شامل ابزارهای انفعالی میباشند ،نظیر سیستمهای فاصله سنجی swept-focus و یا stereoscopic . دسته بعد سیستم های فعال یا Active میباشند نظیر سیستمهای ماکروویو ، لیزر و مافوق صوت.
در این مقال ما به معرفی سنسورهای مافوق صوت خواهیم پرداخت. این سنسورها از دو قسمت تشکیل شده است. قسمت اول مدار راه انداز آن را تشکیل میدهد و قسمت دیگر دو قطعه (مبدل( گیرنده و فرستنده آن ، دقیقا مشابه آن قسمت از دزدگیرهایی که در خودروها (مقابل شیشه جلو) نصب میشود. البته دردسر اصلی کار با اینگونه سنسورها مدار راه انداز آن است.البته پکیجهای آماده که کار را بسیار ساده میکنند نیز وجود دارد، مانند مدل مافوق صوت ساخت شرکت Texas Instruments  که این سنسورها در برخی دوربینها نیز برای تشخیص فاصله و فوکوس مناسب استفاده میشود.

مکانیزم کلی کار این سنسورها ، فرستادن یک بیم و دریافت انعکاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت. بدین ترتیب میتوان فواص را نیز براحتی با در نظر گرفتن صرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه کرد.
قدم بعدی بدست آوردن ماتریسی از موانع موجود در محیط است. اینکار از دو راه ممکن است راه اول جاروب کردن محیط با امواج بصورت مکانیکی میباشد. راه دوم استفاده ازچند مبدل ، با توجه به پیچیدگی محیط ، است. بعنوان مثال میتوان یک مبدل متحرک با رنج زاویه ای بالا در سر ربات ، یک مبدل ثابت در جلو و رو به پایین برای تشخیص گودی، و دو مبدل با زاویه های 45 درجه در چپ و راست را بعنوان یک ترکیب مناسب استفاده کرد.
یکی از مهمترین خطاهایی که در این سنسورها مشاهده میشود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور که میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یک بیم لیزر تاباند و انعکاس آن را ثبت کرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممکن است پیش آید.


برخی از محققین با استفاده از تیوپها ، شیپوره ها و بازتابنده ها و با فوکوس دادن بیمهای صوتی سعی در کم کردن زاویه تابش داشته اند ولی تجهیزات مورد نیاز ابعاد سنسور را به ده ها برابر افزایش میدهد. دقت این نوع سنسورها را با افزایش دقت گیرنده نیز میتوان افزایش داد. لبه های کناری بیم عموما از شدت کمتری برخوردارند لذا با کم کردن شدت حساسیت گیرنده میتوان خطا را تا نصف کاهش داد. البته در مواردی از یک آرایه از داده ها استفاده میشود و پروسسوری وظیفه تشخیص زاویه مناسب را برعهده دارد.


 

 

 

 

نمونه ای از کاربرد سنسورهای Ultrasonic  در روباتیک

 

 

ربات دوچرخه سوار

یک کمپانی ژاپنی اقدام به ساخت یک ربات کوچک نموده که به سادگی دوچرخه سواری می کند.

شرکت Murata Manufacturing در یکی از نمایشگاه های تکنولوژیهای پیشرفته در اطراف شهر توکیو در ژاپن، رباتی را معرفی کرد که قادر است دوچرخه سواری کند.

این ربات که پنجاه سانتیمتر ارتفاع و نزدیک به پنج کیلوگرم وزن دارد، "پسر موراتا" (Murata Boy) نام داشته می تواند با سرعتی حدود 79 سانتیمر در ثانیه حرکت کند.

نسخه قدیمی تر این ربات که دوچرخه سواری می کرد در سال 1990 معرفی شد اما نمی توانست بدون آنکه بیفتد، توقف کند. اما ربات اخیر با تنظیم سرعت و انحراف مرکز جرم خود می تواند تعادل خود را در موقعیت های مختلف از جمله هنگام ایستادن حفظ کند.


سنسور سونار:

خلاصه:

     سونار SRF04 سنسور مسافت یاب است که می توان توسط آن ربات را هدایت کرد. شما می توانید ربات خود قادر سازید تا محیط پیرامونش را از طریق مجموعه سنسورهای سونار ببیند.(مانند چشم انسان)

نظریه عملکرد:

     یک سنسور سونار از طریق تولید یک صدا مانند رگبار کوتاه اسلحه کار می کند(ping) بنابراین وقتی که صدا به نزدیکترین شیء برخورد می کند، انعکاس صدا(echo) توسط سنسور شنیده می شود.

مانند تصویر زیر:

 

 

 

 

 

 


     توسط اندازه گیری درست زمان، از لحظه ای که Ping شروع شده تا لحظه ای که Echo به سنسور برمیگردد، مقدار فاصله به نزدیکترین شیء را می توان محسبه کرد. حرکت صدا چیزی در حدود 1116.4 feet/second و یا 340.29 meters/second در سطح دریا، سرعت دارد. فاصله به نزدیکترین شیء را می توان با تقسیم زمان گذشته شده(elapsed time) بر دو برابر سرعت صدا محاسبه کرد.

منظور از زمان گذشته شده، زمان بین فرستادن صدا و شنیدن انعکاس(echo) است.

فرمول بدست آوردن فاصله سنسور از شیء به صورت زیر است:

Distance = ElapsedTime / (2* Speed_Of_Sound)

     دلیل این که عمل تقسیم را بر دو برابر سرعت صدا ضرب می کنیم این است که فاصله از شیء فقط نصف فاصله حرکت واقعی موجی صدا است. موج صدا باید به سمت شیء حرکت کند و به سنسور برگردد برای این که سنسور، برگشت صدا یا echo را بشنود.

عملکرد سنسور:

     سنسور مسافت یاب SRF04 با تولید یک پالس بر روی سیگنالی قرار است بفرستد، آن را رها می کند. این باعث می شود تا مسافت یاب یک ping ارسال کند. سنسور مسافت یاب قادر است تا 100 microsecond را بعد از عمل پینگ دریافت کند و سیگنال خروجی echo سنسور را افزایش دهد.(تأخیر در فعال سازی گیرنده باعث می شود تا گیرنده از شنیدن ping ارسال شده جلوگیری کند) وقتی که گیرنده echo را می شنود سیگنال خروجی را قطع می کند. زمان گذشته شده(Elapsed Time) بین ping و echo را می توان با اندازه گیری مدت زمان پالس روی خط echo و اضافه کردن 100 microsecond به آن بدست آورد. به صورت زیر:

elapsedTime = pulseDuration + 100

 

 

 

 

 

 

 



سنسور رنگ:

چکیده:

    در این مقاله سعی در این است که شناخت مختصری از سنسور رنگ بوجود آوریم برای این منظور ابتدا در مورد طیف نور توضیحاتی ارائه شده و سپس به ساختار داخلی سنسور پرداخته ایم. بعد سیستم کار این سنسور که بصورت کدهای دیجیتال در خروجی سریال جهت پروسس عمل می کند را شرح داده ایم.

کلمات کلیدی:

ADC:  Analog – Digital – Converter

Sensor:  حسگر

Pixel:  پیکسل

Chip:  چیپ

مقدمه:

    هدف اصلی از بررسی ها و تعاریفی که در این مقاله ارائه میشود . بازشناسی رنگ ها توسط ابزاری بغیر از چشم انسان می باشد یعنی به غیر از چشم انسان ابزارهای دیگری هم وجود دارند که می توانند رنگ ها را دریافت کرده و حس کنند پس لازمه ی ارتباط سخت افزار با دنیای قابل دیدن یک چشم حساس به نور مرئی یا رنگ می باشد که در اصطلاح فیزیک به آن سنسور نوری گفته می شود . این سنسورها در نور غیر مرئی یا طول موج های مورد نظر برای نورهای مرئی حساس هستند مانند سنسورهای حساس به نور زیر قرمز(infrared) یا ماوراء بنفش               (ultra violet) که برای گیرنده های تلوزیونی کاربرد دارند.

     سنسورهای رنگی ساخته شده در صنعت کار تشخیص رنگ را بر عهده دارند و تقریبا تمام طیف نور مرئی را تشخیص می دهند. این سنسورها بهترین انتخاب برای کاربردهای مقیاس کوچک با عملکرد بالا هستند.

     مورد استفاده سنسور رنگ در صنعت مدرن بسیار زیاد است که از آن جمله می توان به کاربرد آن در خطوط تولید کنترل کیفیت (Q.C) ،ماهواره ها، رباتیک ،پزشکی ،صنایع غذایی ، اتومبیل سازی ، و به طور کلی در اتوماسیون سیستمها و سیستمهای اتوماتیک اشاره کرد.

     ابزارهای بسیاری نیاز به کنترل رنگ از طریق یک سنسور را دارند به عنوان مثال در صنعت، کدهای رنگی پرینت شده همانند خطوط روی مقاومتها بایستی آشکار شوند تا اجازه عملکرد بالای ذخیره اتوماتیک رابه مقاومت بدهند . نیمی از شرکتهای آلمانی در صنعت غذایی (tetra) جهت کنترل رنگی از  color sensor استفاده می کنند.

      سه نوع سنسور رنگ شبیه چشم انسان مسئولیت تشخیص رنگ را بر عهده دارند . این سنسورهای رنگی نمایانگر یک طرح کوچک فیلترهایی با کیفیت بالا و خواندن هم زمان سه سطح رنگی می باشند.

 

 

 

 

 

     سنسور فوق یکی از انواع سنسورهای JEN color ساخت کارخانه MAZET آلمان و از نوع سنسورهای سه عنصری (3 element color sensor) بوده که قابلیت شناسایی رنگ ها را به تفکیک رنگهای قرمز ، سبز و آبی دارا می باشد.

      سنسور مربوط از 3*19 فتو دیود pin  سیلیکونی که بصورت حلقه وار روی چیپ فقرار گرفته اند تشکیل شده برای جلو گیری از ایجاد تداخل در بین فتو دیود ها ، هر سکتوری از قسمت دیگر جدا شده  برای شناسایی هر رنگی در هر کدام از این فتودیود ها فیلتر مربوط به طول موج رنگ مربوط در نظر گرفته شده است.

فیلترهای رنگی با کیفیت بالای تداخلی دارای این خصوصیات می باشد:

1-                بصورت micro-structure  روی چیپ قرار گرفته اند

2-                قدرت انتقال سیگنال بالایی دارند.

3-                سطح آن ها سخت می باشد.

4-                پایداری حرارتی بالایی دارند.

5-                فیلترها دارای شیب زیادی هستند

آرایه های فتو دیدهای pin  سیلیکونی:

1-                ناحیه طول موج 450mm-750mm

2-                جریان گرفته شده از هر سکتور کمتر از 50 pa  به ازای 5v   ولتاژ معکوس

3-                ظرفیت  خازن هر سکتور 50 pf  به ازای 5v ولتاژ معکوس

4-                ماکزیمم ولتاژ معکوس 30 v

5- زمان صعود (TR) کمتر 1ns

     این قطعه در انواع پکیج های tos-smd-so8 با فیلتر IR  ارائه شده است .و دارای چهار پایه می باشد که شامل سه پایه آند که هر کدام مربوط به یک رنگ قرمز ، سبز و آبی و یک پایه کاتد مشترک می باشد.

: ساختار فیزیکی

     سنسورهای رنگی شامل آرایه های دو بعدی(ماتریس) از سلول های تصویری می باشند که عملیات استخراج نور و اسکنینگ(Scanning) را انجام می دهد، جنس این سلول ها از مواد نیمه هادی طراحی آن به صورتی است که تشکیل یک خازن بدهد. برای تولید این سلول ها از ترکیب بایاس معکوس P-N استفاده می شود. در این تکنولوژی، ساخت دیودی با اتصال P-N

(reverse-based) مورد استفاده قرار می گیرد.

     وقتی یک ولتاژ مثبت بر روی یک الکترود هادی کنار بستر القاء می شود یک ناحیه تخلیه در بستر در کنار الکترود ایجاد می شود به این منبع تخلیه چاه پتانسیلی نیز گفته می شود حال وقتی نور به ناحیه تخلیه برسد الکترون های بستر با حفره ها ترکیب مجدد می شوند ولی در ناحیه تخلیه الکترون های آزاد خواهیم داست بنابراین یک شارژ منفی از ناحیه تخلیه بوجود می آمد که نمایانگر تابش نور بر بستر می باشد برای این که نور به آسانی به محل تخلیه برسد الکترودهای از جنس پلی سیلیکون می باشد.


عامل های هوشمند

مقدمه

عامل هرچیزی است که قادر به درک محیط پیرامون خود ازطریق حس گرها(سنسور) واثرگذاری بر روی محیط از طریق اثرکننده ها  باشد.

 عامل انسانی اندامهایی مانند گوشها، شمها ودیگر ارگانها برای حس کردن ودستها، پاها ، بینی ودیگر اندامها برای اثرگذاری دارند. عامل رباتیک دوربینها ویابنده های مادون قرمز را بجای حس گرها وانواع موتورها را بجای اثرکننده ها جایگزین کرده است. عامل نرم افزاری رشته های بیتی را بعنوان درک محیط وعمل ، کدگذاری می کنند. درشکل زیرنمادی ازیک عامل عمومی ترسیم شده است.

                                                                Sensors       

 

environment

 

 

 

agent

?

 

 

شکل ١۲:عامل هایی که از طریق حسگر ها و اثر کننده ها با محیط ها ارتباط برقرار می کنند.

 

عامل ها چگونه باید عمل کنند؟

عامل منطقی (RATIONAL AGENT) چیزیست که کاردرست انجام میدهد. آشکارا ،این بهتر ازآنست که کار نادرست انجام گیرد، اما این چه معنی می دهد؟ بعنوان اولین تخمین ، میگوییم عمل درست آنست که باعث موفق ترین شدن عامل گردد. اما این بیان مساله ، تصمیم گیری درباره چگونگی وزمان محاسبه موفقیت عامل را نادیده می گیریم .

ماواژه معیارکارآیی را (PERFORMANCE MEASURE) برای چگونگی به کار میبریم ، ملاکی که چگونگی موفقیت یک عامل را تعیین می کند. آشکارا ، تنها یک معیارثابت مناسب برای تمامی عاملها وجود ندارد . ماباید ازعامل برای عقیده ذهنی چگونگی رضایت خود از کارآیی اش را مورد پرسش قرار دهیم.

اما برخی ازعاملها قادر به پاسخگویی نبوده وبرخی خودشان را فریب می دهند.(عاملهای انسانی بویژه نمونه بارزی ازانگور ترشیده هستند چرا که بعد ازعدم موفقیت درحصول چیزدر میابند که واقعا آن چیزرا نیاز نداشتند).

بنابراین ما دراندازه گیری معیار ذهنی که بوسیله اعمال قدرتی تحمیل شده ، تاکید می کنیم . بعبارت دیگر، بعنوان مشاهده گرهای خارجی استاندارهایی را بیان می کنیم که موفقیت چه معنی درمحیطی را میدهد وازآن بعنوان معیار کارآیی عاملها استفاده می کنیم.

نمی توان عاملی را  برای چیزیکه قابل درک نیست یا بعلت عدم انجام عمل غیرقابل انجامی ، مانند دفع دربار سرزنش نمود. اما رها کردن نیاز های کامل بودن،راه مناسبی برای عامل ها نیست.نکته اینجاست اگر معین کنیم که هر عامل هوشمند همواره باید همان کاری را انجام دهدکه در عمل مناسب است¸هیچگاه نمی توان عاملی را طراحی نمود که این مشخصات را مرتفع سازد.

به طور خلاصه آن چه که در هر زمانی منطقی است به چهار چیز وابسته است:

  • معیار کارآرایی که درجه موفقیت را تعیین می کند
  • هرچیزی که تاکنون عامل ادراک نموده است.اما این تاریخچه کامل اذراکی را دنباله ادراکی می نامیم.
  • آنچه که عامل در باره ی محیط خودمی داند.

اعمالی که عامل می تواند صورت دهد.

این عوامل راهنمای تعریف ایده آل هستند:برای هردنباله ادراکی ممکن عامل منطقی ایده آل باید هر کاری را که انتظار می رودباعث حداکثرسازی معیار کارآرایی می شود انجام دهدواین عمل بر پایه شواهدی که از طریق دنباله ادراکی آماده شده وهر آنچه که دانش درونی عامل است انجام میگردد.

نگاشت ایده آل از دنباله های ادراکی به عملیات

از آنجا که دریافتیم رفتار عامل وابسته به دنباله ادراکی تا حال است، می توانیم هر عامل خاصی را به وسیله ساخت جدولی از عمل آن در پاسخ به هر دنباله ادراکی توصیف کنیم. (برای اکثریت عامل ها، این لیست بسیار طولانی خواهد بود یا در واقع نا متناهی،مگر آنکه کرانی بر طول دنباله ادراکی مورد انتظار قرار دهیم.) چنین لیستی نگاشت (mapping) از دنباله ها ادراکی نامیده می شود. اصولاً قادر هستیم دریابم کدام نگاشت عامل را به وسیله بررسی تمامی دنباله های ادرکی ممکن و ثبت اعمالی که عامل در پاسخ انجم می دهد،توصیف می کند. (اگر عامل ها مقداری تصادفی سازی در محاسبا ت خود بکار برند، خواهیم توانست برخی دنباله های ادرکی را چندین بار اعمال نموده تا ایده مناسبی برای رفتار متوسط عامل بدست آوریم.) و اگر نگاشت ها عامل ها را توضیح دهند،آنگاه نگاشت ایده آل عامل های ایده آل را تشریح می کند. تعیین این که کدام عمل را باید عامل در مقابل هر دنباله ادراکی داده شده انجام دهد،طراحی برای عامل ایده را مهیا می سازد.

 

 

خود مختاری (Autonomy)  

یک مورد اضافه دیگر در تعریف عامل منطقی ایده ال باید لحاظ شود، بخش « دانش درونی.» اگر اعمال عامل ها کاملاً بر پایه دانش درونی باشد، چنانچه هیچ توجهی به ادراک خود نکنند، گوییم عامل فاقد خود مختاری است. برای مثال، اگرسازنده ساعت آنقدر پیشگو باشد که بداند مالک ساعت به استرالیا در تاریخ معینی خواهد رفت، آنگاه درداخل آن مکانیزمی را تعبیه خواهد کرد تا عقربه ها را به طور خود کر در موعد معین شش ساعت جابه جا کند. این رفتار به طور عمومی موفقیت آمیز است اما به نظر می رسد هوشمندی به طراح ساعت است تا خود ساعت.

رفتار عامل می تواند متکی بر دو پایه تجربه خود و دانش درونی بنا نهاده شود که در ساخت عامل برای شرایط محیطی خاص که درآن عمل خواهد کرد،استفاده می شود. سیستم به وسعتی خود مختار است که رفتار آن براساس تجربه خودش تعیین می کند.زمانی که عامل فاقد تجربه و یا کم تجربه است،مسلماً تصادفی عمل خواهد کرد،مگر آنکه طراح کمکهایی به آن داده باشد.بنابر این همانگونه که تکامل موجودات زنده را با واکنش غریزی کافی آماده می سازد تا قادر به ادامه حیات برای کسب یادگیری باشند،منطقی به نظر می رسد که عامل های هوش مصنوعی دارای دانش اولیه در کنار توانایی یادگیری باشند.

خود مختاری نه تنها بر شعور ما مطابقت دارد، بلکه مثالی از تجربه مهندسی صحیح است. عاملی که بر اساس مفروضات درونی خود عمل می کند.تنها زمانی می تواند موفق عمل کند که این که ای مفروضات بر قرار باشند واین یعنی فقدان انعطاف پذیری،بذای مثال سوسک سر گین خور را در نظر گیرید. این سوسک پس از حفر لانه و تخم گذاری در آن،تکه ای سرگین برای بستن در لانه خود در ابتدای دهنه سوراخ قرار می دهد. حال اگر تکه سنگین بر خلاف رویه این سوسک از دهنه سوراخ برداشته شود سوسک به رفتار های قبلی خود همانند یک پانتومیم ادامه خواهد داد و هیچ گاه متوجه حذف سرگین نخواهد شد. تکامل این رفتار غریزی را برای سوسک ایجاد نموده و زمانی که شرایط اولیه برقرار نباشد ناموفق صورت خواهد گرفت.عامل هوشمند واقعاً خود مختار باید قادر به عمل موفقیت آمیز در دامنه وسیعی از محیط ها باشد و البته باید زمان کافی برای تطبیق نیز به آن داده شود.

ساختار عاملهای هوشمند

تاکنون درباره عامل ها از طریق توصیف رفتارشان بحث شد، عملی که بعد از هر دنباله ادراکی داده شده انجام می گیرد.حال  زمان آن رسیده که به اصل مطلب بپردازیم و درباره چگونگی کارکرد داخلی آن گفتگو کنیم. وظیفه هوش مصنوعی طراحی برنامه عامل است، تابعی که نگاشت عامل از ادراک به عملیات را پیاده سازی می کند. فرض می کنیم این برنامه بر روی نوعی ابزار محاسبه گر اجرا می گردد که آن را معماری می نامیم.

بدیهی است، برنامه ای که انتخاب می کنیم باید آن برنامه ای باشد که توسط معماری قابل پذیرش واجرا باشد.

معماری ممکن است یک کامپیوتر یا سخت افزارها ی خاص برای مقاصد معین باشد، به عنوان مثال دوربین های پردازش تصویر یا ورودی فیلتر شده صدا. همچنین ممکن است شامل نرم افزاری گردد که درجه ای از پوشش بین کامپیوتر به عنوان سخت افزار صرف و برنامه عامل را ایجاد نماید وبنابراین برنامه نویسی در سطح بالا تری صورت می گیرد. عموماً، معماری ادراک از طریق حس گر ها را برای برنامه آماده ساختهع برنامه را اجرا نموده و اعمال انتخابی برنامه را به عمل کننده های سیستم منتقل خواهد کرد. ارتباط ما بین عامل ها، معماری هاوبرنامه ها را می توان  به صورد ذیل جمع بندی نمود:

برنامه + معماری = عامل

اکثریت مباحث این کتاب درباره طراحی برنامه ها عامل است.

قبل از آنکه به طراحی عامل بپردازیم، ابتدا باید تصویر خوبی از ادراکات وعملیات ممکن، اهداف یا معیار کارآیی عامل که می خواهد به آن برسد و نوع محیطی که در آن فعالیت می کند،را داشته باشیم.این مباحث عناوین گسترده ای را شامل می گردد.شکل ٣–۲ عناصر پایه برای انتخاب انواع عامل را نشان می دهد.

محیط

اهداف

عملیات

ادراکات

نوع عامل

بیمار، بیمارستان

بیمارسالم، حداقل هزینه

سؤالات،

آزمونها،

رفتارها

علائم،

یافته ها، پاسخهای بیمار

سیستم تشخیص پزشکی

تصاویر  ماهواره ای

طبقه بندی

صحیح

چاپ یک صحنه طبقه بندی شده

پیکسل های با شدت متفاوت،

رنگ

سیستم تحلیل تصویرماهواره ای

تسمه حمل کننده اجزاء

قرار دادن اجزاء در دسته

صحیح

برداشتن اجزاء

و مرتب سازی آنها به صورت دسته ای

پیکسلها با شدت

متفاوت

روبات جابه جا کننده اشیاء

پالایشگاه

افزایش خلوص،

محصول،ایمنی

بازو بسته کردن

سوپاپها،

تعدیل دما

دما، فشارسنجها

کنترل کننده

پالایشگاه

مجموعه     دانش آموزان

افزایش نمرات

دانش آموزان در آزمونها

تمرینهای

چاپ شده،پیشنهادات،

اصلاحات

کلمات تایپ شده

آموزش دهنده زبان انگلیسی

با ارتباط متقابل

شکل٣۲:مثالهایی از انواع عامل ها و تعاریف PAGE های آنها

شاید برای برخی از خوانندگان تعجب آور باشد که ما درلیست انولع عامل ها برخی برنامه ها را ذکر کرده ایم که در محیط کاملاً مصنوعی که به وسیله ورودی صفحه کلید و خروجی کاراکتربر روی صفحه نمایش تعریف می شود،مطرح می گردند مطمئناًبرخی خواهند گفت، «آیا این یک محیط واقعی است؟» در حقیقت مسئله مهم تمایز محیط های    « واقعی » و «مصنوعی » نیست، بلکه مسئله اصلی پیچیدگی ما بین ارتباط رفتار عامل، دنباله ادراکی تولید شده بوسیله محیط، و اهدافی است که عامل قصد حصول آن را دارد،می باشند. برخی محیط های « واقعی » در عمل بسیار ساده هستند.برای مثال،روباتی که برای بازرسی قطعاتی که بر روی تسمه نقاله می آیند، طراحی شده می تواند فرضیات ساده کننده ای را در نظر گیرد: این فرض که روشنایی همواره وجود دارد،این فرض که فقط قطعات خاصی بر روی تسمه نقاله انتقال می یابند و اینکه تنها دو عمل اعریف شده است،قبول قطعه یا علامت گذاری روی آن برای رد قطعه.

در مقابل برخی عامل های نرم افزاری (Software agents) در دامنه های نا محدود و غنی وجود دارند (به این نرم افزار ها ،روبات های نرم افزاری یا( softbots ) نیز می گویند). روبات نرم افزاری را تصور کنید که برای شبیه سازی پرواز 747 طراحی شده است. شبیه ساز درای محیطی پیچیده و بسیارجزیی است و عامل نرم افزاری بایدازمیان طیف گسترده ای  از عملیات در شرایط بلاد رنگ انتخابی را انجامدهد. و یا عامل نرم افزاری را تصور کنید که برای مرور منابع اخبار و نمایش اقلام مورد توجه مشتریان طراحی شده است.برای انجام درست کار، باید قابلیت پردازش زبان طبیعی را داشته باشد، نیازمند یادگیری علایق  مشتریان خواهد بود و می بایست توانایی تغییر پویای برنامه خود را برای زمانی داشته باشد که برای مثال اتصال به یک منبع خبری از بین رود و یا یک منبع جدید خبریروی خط بیاید.

برخی محیط ها تمایز بین « واقعی » و« مصنوعی » را محو می کنند.در محیط  ALIVE (Maes  et al.1994)، عامل های نرم افزاری داده شده ناد که قادر به درک تصاویر دوربین دیجیتال اتاقی هستند که انسانی گرداگرد آن قدم میزند. عامل، عامل تصویر دوربین را پردازش کرده و عملی را انتخاب می کند.محیط همچنین تصویر دوربین را بر روی پرده نمایش بزرگی که انسان قادربه دیدن آن باشد نمایش می دهد تا بتواند بر روی تصویر افکت های گرافیک کامپیوتری را اضافه کند.چنین تصویری می تواند سگکارتونی باشد که برناوه ریزی شده تا بسوی انسان حرکت کند (مگر اینکه فرد به جایی اشاره کند تا سگ دور شود) و یا دست خود را تکان داده و یا مشتاقانه بپرد زمانی که انسان اداهی خاصی از خود در آورد.

محیط ها

 اعمال بوسیله عامل بر محیط انجام می شود، که خود ادراک عامل را مهیا می سازد. اول، انواع متفاوت محیط ها وچگونگی اثر آنها بر طراحی عامل را تشریح نموده و سپس برنامه های محیطی را تشریح خواهد کرد که می تواند به عنوان بستر آزمون برنامه های عامل مورد استفاده قرار گیرد.

خواص محیط ها : محیط ها از چند منظر مورد توجه قرار می گیرند. تمایز های پایه به قرار زیر ایجاد می شوند:

قابل دسترسی در مقابل غیرقابل دسترسی

اگر ابزار حس کننده عاملی امکان دسترسی به وضعیت کامل محیط را بدهد، آنگاه می گوئیم محیط برای عامل قابل دسترسی است. محیط مؤثر قابل دسترسی است. اگر حس گرها تمامی جنبه هایی را که برای انتخاب عمل لازم است شناسایی کنند. محیط قبال دسترسی راحت است زیرا عامل نیازمند دستکاری هیچ وضعیت داخلی برای حفظ دنیا را نخواهد داشت.

قطعی در مقابل غیر قطعی

اگروضعیت بعدی محیط به وسیله وضعیت کنونی و اعمالی که با عامل انتخاب گردد، تعیین شود،می گوئیم محیط قطعی است. به طور کلی، عامل نباید درباره عدم قطعیت در محیط قطعی وقابل دسترسی نگران باشد. اگر محیط قابل دسترسی نباشد، ممکن است غیر قطعی به نظر برسد. اگر محیط پیچیده باشد این مطلب به طور اخص صحیح است،  که نگهداری تمامی جنبه های غیرقابل دسترسی را دشوار می سازد. بنابراین، بهتر است به قطعی یا غیر قطعی بودن محیط از دیدگاه عامل نگاه کنیم.

اپیزودیک در مقابل غیر اپیزودیک

در محیط اپیزودیک(episodic)، تجربه عامل به اپیزود هایی تقسیم می گردد. هر اپیزود شامل درک و عمل عامل است. کیفیت اعمال ان تنها به خود اپیزود وابسته است، زیرا اپیزود های بعدی وابسته به اعمالی که در اپیزود های قبلی صورت می گیرد نیستند. محیط های اپیزودی بسیار ساده ترند زیرا عامل نباید به جلو تر فکر کند.

ایستا در مقابل پویا

اگر محیط درحین سنجیدن عامل تغییر کند، می گوئیم محیط برای عامل پویا است، در غیر این صورت پویا است. محیط های ایستا برای کار ساده هستند زیرا عامل نیازمند نگاه کردن به دنیا درحین تصمیم گیری عملی نداشته و همچنین در مورد گذرزمان نیز نگران نمی باشد. اگر محیط با گذر زمان تغییر نیابد اما امتیاز کارایی تغییر کند، می گوئیم محیط نیمه پویا (semidynamic ) است.

گسسته در مقابل پیوسته

اگر تعداد محدود و مجزا از ادراک و اعمال بوضوح تعریف شده باشد، می گوئیم محیط گسسته است. بازی شطرنج گسسته است، تعداد ثابتی در هر نوبت بازی وجود دارد. رانندگی تاکسی پیوسته است، سرعت و محل تاکسی و دیگر مشخصات خودرو در بازده مقادیر پیوسته تغییر می کنند. مشاهده خواهیم کرد که انواع متفاوت محیط ها نیاز مند برنامه های عامل تا حدودی متفاوت هستند تا قادر به عملکرد کارا باشند. بعداً روشن خواهد شد که سخت ترین حالت، همانطور که شما ممکن است حدس زده باشید، غیر قابل دسترسی، غیر اپیزودیک، پویا و پیوسته است. همچنین خواهیم دید که اکثریت وضعیت های واقعی چنان پیچیده هستند که اگرواقعاً قطعی باشند، برای اهداف عملی، غیر قطعی در نظر گرفته می شود.

برنامه محیط

شبیه ساز یک یا چند عامل را به عنوان ورودی گرفته و بگونه ای عمل می کند که هر عامل ادراک درست و نتیجه بازگشتی عمل خود را بدست آورد. سپس شبیه ساز محیط را بر اساس اعمال و احتمالاً دیگر فرایند های پویای محیط که به عنوان عامل ها در نظر گرفته نمی شوند(مثل باران)، بهنگام می سازد. بنابراین محیط با وضعیت آغازین و تابع بهنگام سازی تعریف می گردد. البته، عاملی که در شبیه ساز کار می کند باید قادر به کار کردن در محیط واقعی باشد که همان انواع ادراک را ایجاد نموده و همان انواع اعمال را قبول کند

به طور کلی، ملاک کارایی وابسته به کل دنباله وضعیت های محیط است که در حین عمل برنامه تولید می گردد. معمولاً، ملاک کارایی با یک تجمع ساده مثل جمع، میانگین یا حداکثر کار می کند. برای مثال، اگر ملاک کارایی برای عامل vaccum-cleaning  جئع کل زباله هایی باشد که در یک شیفت کاری تمیز کرده باشد، scores تنها مقدار زباله تمیز شده تا کنون را نگهداری می کند. RUN-EVAL - ENVIRONMENT ملاک کارایی برای محیط واحدی برمی گرداند که به وسیله وضعیت آغازین واحد وتابع بهنگام سازی ویژه تعریف می گردد. معمولاًعامل برای کار در یک دسته محیط (environment class) طراحی شده است، مجموعه جامعی ازانواع محیط ها. برای مثال، ما برنامه شطرنج را برای بازی در رقابت با رقبای متفاوت ماشینی و انسانی طراحی می کنیم. اگر آن را برای یک رقیب واحد طراحی کنیم، ممکن است قادر به استفاده از ضعف خاص آن رقیب باشیم، اما این طرح نمی تواند برنامه خوبی برای نرم افزار بازی عمومی باشد. به بیان دقیق تر، برای اندازه گیری کارایی یک عامل، نیازمند تولید کننده محیطی هستیم که محیط های خاص (با احتمالات کلی) را برای اجرای عامل انتخاب کند سپس ما علاقه مند به میزان کارایی متوسط عامل بر روی کلاس محیط هستیم.

یک اشتباه رایج بین دو مفهوم متغیر وضعیت درمحیط شبیه ساز و متغیر در خود عامل (مراجعه شود به REFLEX-AGENT-WITH-STATE) ممکن است روی دهد. به عنوان برنامه نویسی که هر دو محیط شبیه ساز و عامل را پیاده سازی می کند، اغوا برانگیز خواهد بود که عانل قادر به دسترسی متغیر وضعیت شبیه ساز محیط باشد. این فریفتگی باید به هر قیمتی سرکوب شود! نسخه عامل وضعیت تنها باید از روی ادراک آن ساخته شود، بدون آنکه دسترسی به اطلاعات کامل وضعیت داشته باشد.

 

 



[1] - Position  Control

[2] - Grip

[3] - One-axis  control  block

[4] - Kinematic Control

[5] - Dynamic  Control

[6] - Adaptiv Control

[7] -External  Control

[8] - Interface

[9] - Automatons

مهندسی رباتیک

رشته فنی مهندسی رباتیک یکی از رشته های میان رسته ای جدید در ایران میباشد ،جدید بودنش میتواند بدلیل تاسیس در حد اکثر 15 سال گذشته باشد و میان رشته ای است به دلیل اشتراکاتی که با رشته های مهندسی برق گرایشات الکترونیک و کنترل و همچنین مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزاردارد. گاهی اوقات حتی افراد تحصیل کرده نیز به اشتباه ،گمان میبرندمهندس رباتیک ،مهندس برق نیز می باشد علاوه بر این مکانیک و کامپوتر نیز هست،در صورتی که برای دانشجوبان رباتیک واضح بودن این اشتباه غیر قابل انکار است که بقیه رشته ها یک مهندس رباتیک تنها یک مهندس رباتیک است. چرا که به صرف ارائه دروسی چون مداراهای الکترونیکی و منطقی و ریز پردازنده در برنامه درسی مهندسی کامپیوتر-نرم افزار و اشتراک این دروس در رباتیک و مهندسی الکترونیک ،نمیتوان نسبتی از الکترونیک و رباتیک به کامپیوتر داد.وظیفه و کربرد ها متفاوت است.شاید یکی از نمونه های فریبنده آگهی های استخدام کار شرکتها یا کارخانه ها باشد که آنهم بدلیل کاربرد مورد انتظار آنها،نام چند رشته مهندسی را در کنار یکدیگر قرار میدهند. به عبارتی این دیگر بستگی به نیاز صنعت و کارخانه ها دارد که بسته به نیازشان ، رشته های دانشگاه تاسیس شده اند، رشته رباتیک نیز از این اصل مستثنا نیست . یک مهندس رباتیک حتی با وجود توانایی در برخی از موارد اختصاصی موجود در دیگر رشته ها،تنها یک مهندس رباتیک استاین اصل را میتوان برای دیگر رشته های فنی مهندسی تعمیم داد. رشته های جدید برای نیاز های جدید و پاسخ به آنها طراحی شده اند وبه طبع آن توانایی افراد تحصیل کرده نیز بهترین پاسخ برای این نیازها میباشد که رشته رباتیک نیز پاسخگو به نیاز رباتیکی صنعت میباشد. گرایشهای این رشته در مقطع کارشناسی ارشد،در ایران مکاترونیک میباشد و البته خود رباتیک که در ایران هنوز وجود ندارد.

 

ارتباط رشته رباتیک با دیگر رشته ها

در حقیقت اگر یک مهندس رباتیک قصد نو آوری و ایجاد یک تکنولوژی را در سر بپروراند و برای مثال طرح یک ربات فوتبالسیت آدم واره را بریزد ملزوم به استفاده از دروسی که قبلا ً ،فراگرفته و یا تکمیل آنها میباشد به عبارتی باید در برنامه نویسی و تنظیم الگوریتم بهینه ،طراحی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی مورد نیاز، طراحی مکانیزم عالی و ی نقص و کار امد در ایجاد تعادل پویا مهارت کافی داشته باشد. به خصوص در زمینه طراحی کامیپوتری مدارها ، اجزاء و از همه مهمتر برنامه نویسی در سطح بالای قرار داشته باشد تا این نیازها را برطرف کند. بر فرض برای طراحی یک ربات آی کاوشگر باید با روشهای عایق بندی آشنا باشد و یا در یک ربات پرنده با طراحی سیستم آئرودینامیکی تا حدودی آشنایی داشته باشدو یا در تولید و ساخت ربات جنگنده، آشنا به موارد مختلف و ویژگی های مختلف آنها مثل استحکام و سبک وزنی یا انعطاف و سختی و دیگر مورد این چنینی باشد. البته مثل دیگر رشته های میان رشته ای ارتباط های زیادی میتوان با دیگر علوم و فنون پیدا کرد که موارد فوق مربوط به رباتیک بودند که به نظر من این ارتباطات در این رشته بیشتر از دیگر رشته هاست.

صنعت رباتیک امروزه استفاده از رباتها واتوماسیون غیر قابل انکار و معرفی شده برای تمام صنایع و کارخانه ها میباشد به طوری که کارخانه ها روز به روز به این سمت روی می آورند دلیلش هم مشخص است زیرا بازده ای بهتر و سرعت دقت کم هزینه بودن دیگر خصوصیات مورد انتظار را به ارمغان میآورد. رباتها اولین بار در سال 1954 در صنعت به کارگرفته شدند که یک بازوی ربات یا Manipulator نام داشت که تنها 3 درجه آزادی بود.رباتهای صنعتی امروزی اکثراً همان بازوی رباتیکی هستند ولی با 6 درجه آزادی و خیلی پیشرفته تر نبست به گذشته کار میکنند رباتها در صنعت به شیوه ها و روشها و مدلهای مختلفی به کارگرفته میشوند. اما متاسفانه همانطور که خودتان میدانید، به جرات میتوان گفت ارتباط بین دانشگاه و صنعت در ایران خیلی کم و گاهی در حد صفر میباشد و این وجود دانشگاه را زیر سوال میبرد ،چرا که، اگر صنعت ،تشنه علم و نوآوری نبود پس چرا عده های به نام دانشجو به تحصیل علم میپردازند؟

 

گستردگی علم رباتیک همان طور که در ارتباط این رشته با دیگر رشته ها ذکر شد برای فعالیت و نوآوری و تحقیق و پیشرفت به جرات میتوان گفت یکی از وسیع ترین شاخه های فنی مهندسی،رشته مهندسی رباتیک میباشد. برای اثبات این حقیقت کلمه robotic یا RoboticEngineering را در اینترنت جستجو کنید و یا نگاهی با تاملبه حضور رباتها در رشته ها و مکانهای مختلف بیاندازید. برای مثال رباتی را معرفی میکنم که ارتباط بسیار کمی با رشته های فنی مهندسی و علوم پایه دارد،ربات جراح تحت فرمان پزشک جراح در اتاق عمل با حضور مستقیم پزشک و یا غیر مستقیم و با کمک اینترنت ،نمودی از پیشرفت این رشته است که بسیار مفید و حیاتی میباشد.تصور کنید رباتی را که شما طراحی کرده اید وسیله ای برای نجات یک بیمارو بهبودی وی شده است که قطعاَ لذت موفقیت آنفخستگی زحمتتان را از بین میبرد. نمونه ی بارز دیگر گستردگی علم رباتیک، که بسیار مورد توجه کشورهای مختلف مثل ژاپن،کره،آمریکا و ایران و چند کشور دیگر میباشد،رباتهایامداد و نجات هستنند که یاری رسان گروه امداد در حوادث غیر قابل پیش بینی میباشد.به هر حال این گرایش از رباتیک آن قدر اهمیت داشته است که مسابقاتی تحت عنوان شبیه سازی امداد و نجات در روبوکاپ برگزار میگردد. وظیفه اصلی رباتهای امداد رسان پیدا کردن مصدومین و اعلام مکان آنها به سرور میباشد. رباتها در پروژه های JPL شرکت فضایی NASA نقش مهمی دارند از جمله آنها Spriteو Sojourner می باشد.این نیز استفاده دیگری از رباتیک میباشد . مصارف رباتها در همه ابعاد زندگی انسان به سرعت در حال گسترش است تا کارهای سخت و خطرناک را به جای انسان انجام دهند مثل بررسی وضعیت داخلی راکتورها هسته ای که یک ربات هیچ گاه تحت تاثیر تشعشعات رادیو اکتیو قرار نمیگیرد و این یک جایگزینی خوب و مفید رباتها میباشد. نیاز کارخانه ها و صنایع جهان و آینده شغلی در ابتدا باید ذکر کنم که بازار شغلی این رشته در ایران اشباع نشده است چرا که تا این لحظه هیچ مهندس رباتیکی فارغ التحصیل نشده است (در ایران)، که احتمالا ً تا ماه دیگراولین فارغ التحصیل این رشته وارد جامعه شود و به امید خدا ،اکثراً جذب کارخانه ها خواهند شد زیرا هزینه یک مهندس رباتیک ایرانی خیلی پایین تر از و به صرفه تر از خارجی میباشد و یا استخدام چند مهندس مختلف نیز هزینه بر است و یا افراد توانا در بر طرف کردن نیازهای رباتیکی کارخانه ها نیز که خیلی خیلی کم هستنند ، دستمزد بالا دریافت کرده و شاید به اندازه یک فارغ التحصیل این رشته نیز مهارت کافی و مطالعه و توانایی نداشته باشند. کارخانه های دارای ربات های صنعتی وخطوط اتوماسیون و به خصوص بازوهای رباتیک اولین کارخانه ها در چذب نیروی پرسنلی در این رشته اند و در اولویت اول این کارخانه ها مربوط به صنایع ماشین سازی و سپس شرکت های تولید کننده تراشه های سیلیکونی والکترونیکی میباشند.برای مثال : کارخانه ماشین سازی ایران خودرو،ماشین سازی سایپا،کاشی سمنان،کاشی یزد،تراکتور سازی تبریز،کیش خودرو،رب تبرک،کنستانتره شاهرود و چندین کارخانه دیگر که اکثرا ماشین سازی هستنند را میتوان نام برد. رباتیک و ربات در ایران در زمینه تولید ربات هنوز کسی در ایران چیزی نشنیده است، مگر تعمیر و بازسازی رباتهای وارداتی تنها بخش ،ساخت ربات ،برای مسابقات رباتیک میماند که باید خدمتان عرض کنم تیم های ایرانی کم ترین حضور را دارند آنهم بدلیل هزینه قابل توجه ساخت میباشد که نبود حمایت دانشگاه ها چه مالی و چه هر چیز دیگری ،نبود پشتیبان تبلیغاتی که الته این مورد در حال حاضر به جرات میتوان گفت یکی از قویترین کشورها در مسابقات روبوکاپ در بخش شبیه سازی امداد و نجات و شبیه سازی فوتبال ،ایران میباشد.شاید علت امتناع فعالان رباتیک در بخش های دیگر کم هزینه بودن این رشته باشد و متاسفانه علت آن در اکثر مواقع پولی است.جالب است بدانید در مسابقات برمن آلمان که 24 خرداد برگزار شد اکثر تیم های شرکت کننده در بخش شبیه سازی رباتهای امداد و نجات ایرانی بودند.به هر حال هرچه مشکل بزرگ باشد چه مالی و چه … ، خدای ما بزرگتر است و ما را در استفتده از توانایی خودمان یاری میرساند. البته با توجه به تمام مطالب بیان شده در مورد ایران جای امید واری است که اکثر کارخانه ها و صاحبان صنایع بر اساس دلایل مختلف مثل رقابت روز به روز به سمت استفاده از ربات روی آورده اند و این موضوع دلیلی بر وجود و حتی رشد بسیار چشم گیر بازار شغلی این رشته دارد. رباتیک و ربات در ایران مسلما در طراحی یک ربات و یا ساخت اجزا مکانیکی یک ربات ،ساخت مدارهای الکتیکی و الکترونیکی ، برنامه نویسی و شبیه سازی کامل عملکرد ربات از جنبه های توانایی مورد انتظار میباشددر راستای همین موارد میتوان به مدیریت پروژه های رباتیکی ،نظارت مهندسی و مهندس ناظر و دیگر موارد مربوطه اشاره کرد.داوری مسابقات رباتیک را نیز میتوان در فعالیتی حاشیه ای بر شمرد. شاید برایتان این سوال پیش آید که چرا گاهی مدیریت یک ربات در ایران به یک مهندس از رشته دیگری داده میشود در پاسخ همانطور که ذکر شد هنوز فارغ التحصیل این رشته وجود ندارد مگر تا یک ماه بعد، ودیگر این که حتی با وجود آنها در صنعت نیز همچنین این اتفاق می افتد باید به این نکته توجه داشت که گاهی تجربه یک فرد ارزشمند تر از تحصیلات دانشگاهی باشد البته در مواردی خاص، این دلیل بسیاری از نامنظمی ها در وضعیت استخدامی کشور است. حال شما فرض کنید یک فارغ التحصیل اگر تجربه را نیز به افتخارات خود بیافزاید آینده شغلی به مراتب ایده آل تر در انتظار اوست در همان تخصص وی که این حالت باید برای همه همینطور باشد. چشم انداری از رباتیک شهری را تصور کنید که رباتها در اکثر فعالیت های انسانی و بشری کمک رسان بشر شده اند.به یقین که نگاهی با کمی دورنگری و کمی بزرگ نمایی از آینده این رشته بسیار نگران کننده و شاید خطرناک باشد.تصور این که رباتی شما را در یک معامله بفریبد و یا رباتی که دارای احساس و اندیشه و جماعاتی رباتی که بر سر مسایل مورد نظر شان مثل کم توجهی به آنها شروع به شورش کنند و دیگر موارد که اکنون خنده دار و در باطن نگران کننده است. ابته مفید بودن ساخته دست بشر در درجه اول قرار میگیرد در راستای همین مطالب بد نیست نگاهی با تامل و جدی به فیلم "مرد 200 ساله" بیاندازید که به تصور شما کمک میکند.

 

           

           

           

● مقدمه

 

رباتیک علمی است که با هدف راحتی انسان و افزایش وقت مفید او به وجود آمده است . متاسفانه در کشور ما آن طور که شایسته است شناخته نشده است .

وقتی حرف از روبات می شود  همه به فکر یه چیزی می افتند که دست و پاه داره و یه سری کار انجام می دهد، باید بگم که امروزه کار کرد های روبات فرا تر از این چیز هاست

امروزه در دنیای نانو تکنولوژی مثل ساخت آی سی های بسیار کوچک که میلیونها المان الکترونیکی رو در خود جای دادن از روبات استفاده می شه, دنیای روبات که تلفیقی از الکترونیک, مکانیک, نرم افزار, سخت افزار می باشه روز به روز در حال گسترش و تکامله. در این مقاله سعی می کنیم مبانی  علم رباتیک و وضعیت رباتیک در ایران وجهان و کاربرد علم رباتیک  را بررسی کنیم . بدین منظور ابتدا تاریخچه و تعریف مختصری از ربات ارائه می نماییم . سپس به و ضعیت رباتیک در کشور های صنعتی می پردازیم و سرانجام و ضعیت ایران را بررسی می نماییم و برای بهبود آن راهکاری را مشخص می نمایییم .

 

● تاریخچه ی رباتیک

 

در گذشته کشورهای استعمارگر برای افزایش سرمایه وپیشرفت خود به کشور های ضعیف حمله می کردند و با تصرف کشور قربانی ، مردم آنجا را به عنوان برده به خدمت می گرفتند و از آنها به عنوان نیروی کار رایگان بهره می بردند و آنها را در مزارع کارخانه ها آشپزخانه ها و... به کار می گرفتند . اما این برده ها چند عیب بزرگ داشتند . مهمترین عیب آن اسارت یک انسان و ظلم به او بود و دیگر عیب آن خستگی برده ها بود . برده ها نمی توانستند ۲۴ ساعت شبانه روز کار کنند . باید به آن ها وقت استراحت می دادند . دیگر عیب آن ها این بود که ارباب باید آن ها را مداوم کنترل می کرد . در آن زمان آرزوی اربابان این بود که برده ای غیر انسانی داشته باشند که بتواند ۲۴ ساعته کارکند و دچار خستگی نشود و نیاز به کنترل مداوم نداشته باشد . با توجه به علم آن زمان این رویایی بیش نبود و فقط در تئاتر به نمایش در می آمد و به این برده های آسمانی (( ربات )) می گفتند .

با پیشرفت علوم در طی گذشت زمان و انقلاب صنعتی اروپا ، نیاز به برده هایی بیشتر با سرعت بالاتر دقت بیشتر و خستگی کمتر ، بیشتر احساس می شد . بنابراین دانشمندان به فکرساخت ماشین های خود کار افتادند . (تا آن زمان علم در زمینه ی برق و مکانیک مقداری پیشرفت کرده بود . ) از آن به بعد در قسمت هایی از کارخانه ها از ماشین های الکترومکانیکی استفاده می شد . بدین شکل مکانیزاسیون صنعتی آغاز شد . عیب بزرگ این دستگاه ها تک منظوره بودن و عدم انعطاف پذیری آن ها بود . یعنی با تغییر قسمتی از کارخانه یا محصول تولیدی می بایست کل دستگاه ها دوباره طراحی می شدند . با پیشرفت هر چه بیشتر علم ، کامپیوتر ها اختراع شدند و گسترش یافتند . تا حدی که در خانه ها نیز یافت می شد . سپس صنعت گران به فکر ترکیب ماشین ها ی الکترومکانیکی با کامپیوتر ها افتادند تا بتوان آن ها را برنامه نویسی کرد [ یکی از ویژگی های کامپیوتر قابل برنامه نویسی بودن آن است ] و بایک دستگاه بتوان چندین کار را انجام داد (مثلا دستگاهی که یک نوع ماشین را رنگ می زند بتواند با عوض شدن مدل و طرح آن ، آن ها را نیز رنگ بزند ) . بدین صورت ربات ها ساخته شدند.

تاریخچه تحولات حوزه رباتیک

1920: نمایش نامه نویس چک اسلواکی Karl capek، کلمه ربات را در نمایش«‌ربات‌های جهانی روسیه» استفاده کرد این جمله از کلمه چکی « Robota» به معنی« کوشش ملال آور‌» آمده است.

1938: نخستین الگوی قابل برنامه‌ریزی که یک دستگاه سم‌پاشی بود، توسط دو آمریکایی به نام‌های Willard pollard و Harold Roselund برای شرکت devilbiss طراحی شد.

1942: ایزاک آسیموفRunaround را منتشر کرد و در آن قوانین سه‌گانه رباتیک را تعریف کرد.

1946: ظهور کامپیوتر: George Devol، با استفاده از ضبط مغناطیسی، یک دستگاه playback همه منظوره، برای کنترل ماشین به ثبت رساند. John Mauchly اولین کامپیوتر الکترونیکی (ENIAC) را در دانشگاه پنسیلوانیا ساخت. در MIT، اولین کامپیوتر دیجیتالی همه منظوره (Whirl wind) اولین مسئله خود را حل کرد.

 

1951: در فرانسه Reymond Goertz اولین بازوی مفصلی کنترل از راه دور را برای انجام مأموریت هسته‌ای طراحی کرد. طراحی آن مبتنی بر کلیه روابط متقابل مکانیکی بین بازوی اصلی و فرعی با استفاده از روش متداول تسمه و قرقره بود که نمونه‌هایی برگرفته از این طرح هنوز هم در مواردی که نیاز به لمس نمونه‌های کوچک هسته‌ای است، دیده می‌شود.

 

1954: George Devol اولین ربات قابل برنامه‌ریزی را طراحی و عبارت جهانی اتوماسیون را ابداع کرد. این امر زمینه‌ای برای نام‌گذاری این شرکت به Unimation در آینده شد.

1959: Marvin Minsky و John McCarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی را در MIT بنا نهادند.

1960: Unimation توسط شرکت Coudoc خریداری شد و توسعه سیستم ربات‌های آن آغاز گردید. کارخانجات ساخت تراشه مانند AMF پس از آن شناخته شدند و اولین ربات استوانه ای شکل به نام Versatran که توسط Harry Johnson&Veljkomilen kovic طراحی شده بود، فروش رفت.

1962: جنرال موتورز اولین ربات صنعتی را از Unimation خریداری کرد و آن را در خط تولید خود قرار داد.

 

1963: John Mccarthy آزمایشگاه هوش مصنوعی دیگری از دانشگاه استنفورد بنا کرد.

1964: آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هوش مصنوعی در M.I.T ،مؤسسات تحقیقاتی استنفورد (SRI)، دانشگاه‌ استنفورد و دانشگاه ادین برگ گشایش یافت.

1964: رباتیک C&D پایه گذاری شد.

1965: دانشگاه Carnegie Mellon مؤسسه رباتیک خود را تأسیس کرد.

1965: حرکت یکنواخت ( Homogeneous Trans formation) در شناخت نحوه حرکات ربات به کار رفت. این روش امروزه به عنوان نظریه اسامی رباتیک وجود دارد.

 

1965: ژاپن ربات Verstran ( نخستین رباتی که به ژاپن وارد شد) را از AMF خریداری کرد.

1968: کاوازاکی مجوز طراحی ربات‌های هیدرولیک را از Unimation گرفت و تولید آن را در ژاپن آغاز کرد.

 

1968: SRI،Shakey (یک ربات سیار با قابلیت بینایی و کنترل با یک کامپیوتر به اندازه یک اتاق) را ساخت.

1970: پروفسور victor sheinman از دانشگاه استنفورد بازوی استاندارد را طراحی کرد. ساختار ترکیب حرکتی او هنوز هم به بازوی استاندارد معروف است.

 

1973: Cincinnate Milacron اولین مینی کامپیوتر قابل استفاده تجاری که با رباتهای صنعتی کنترل می شد(T3) را عرضه کرد. ( طراحی توسطRichard Hohn )

 

1974: پروفسور Victor Scheinman، سازنده بازوی استاندارد، Inc Vicarm را جهت فروش یک نسخه برای کاربردهای صنعتی ساخت. بازوی جدید با یک مینی کامپیوتر کنترل می‌شد.

1977: یک شرکت ربات اروپایی (ASEA)، دو اندازه از ربات‌های قدرتمند الکتریکی صنعتی را عرضه کرد که هر دو ربات از یک کنترلر میکرو کامپیوتر برای برنامه ریزی عملکرد خود استفاده می‌کردند.

1976: Vicarm Inc در کاوشگر فضایی وایکینگ 1و2 استفاده شد. یک میکرو کامپیوتر هم در طراحی vicarm به کار رفت.

 

1977: Inc, Unimation vicarm را فروخت.

1978: unimation با استفاده از تکنولوژی Vicarm ‌ ( puma) ماشین قابل برنامه‌ریزی برای مونتاژ( puma) را توسعه داد . امروزه همچنان می‌توان puma را در بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی یافت.

1978: ماشین خودکار Brooks تولید شد.

1978: IBM و SANKYO ربات با بازوی انتخاب کننده، جمع کننده و مفصلی (SCARA) که در دانشگاه Yamanashi ژاپن برنامه‌ریزی و تولید شده بود، را فروختند.

1980: Cognex تولید شد.

1981: گروه ربات‌های CRS عرضه شد.

1982: Fanuc از ژاپن و جنرال موتورز درGM Fanuc برای فروش ربات در شمال آمریکا قرار داد بستند.

1983: تکنولوژی Adept عرضه شد.

1984: Joseph Engelberger ایجاد تغییرات در رباتیک را آغاز کرد و پس از آن نام ربات‌های کمکی (Helpmate) به ربات‌های خدماتی توسعه یافته (developed service Robots) تغییر یافت.

1986: با خاتمه یافتن مجوز ساخت Unimation، کاوازاکی خط تولید ربات‌های الکتریکی خود را توسعه داد.

 

1988: گروه Staubli، Unimation را از Westing house خرید.

1989: تکنولوژی Sensable عرضه شد.

1994: یک ربات متحرک شش پا از مؤسسه رباتیک CMUیک آتشفشان در آلاسکا را برای نمونه‌برداری از گازهای آتشفشانی کاوش کرد.

 

1997: ربات راه‌یاب مریخ ناسا از زمانی‌که ربات وارد مریخ شد تصاویری از جهان را ضبط و ربات سیار Sojourner تصاویری از سفرهایش به سیاره‌های دور را ارسال کرد.

 

1998: Honda نمونه ای از p3 (هشتمین نمونه در پروژه طراحی شبیه انسان ) که در 1986 آغاز شده بود را عرضه کرد.

2000: Honda نمونه آسیمو نسل بعدی از سری ربات‌های شبیه انسان را عرضه کرد.

2000: Sony از ربات شبیه انسان خود که لقب SDR ( Sony Dream Robots) را گرفت، پرده برداری کرد.

2001: Sony دومین نسل از ربات‌های سگ Aibo را عرضه کرد.

2001: سیستم کنترل از راه دور ایستگاه فضایی(SSRMS ) توسط مؤسسه رباتیک MD در کانادا ساخته و با موفقیت به مدار پرتاب شد و عملیات تکمیل ایستگاه فضایی بین‌المللی را آغاز کرد

 

● تعریف ربات و رباتیک             

 

همیشه بین صاحب نظران رباتیک و فعالان رباتیک در دانشگاه ها بحث در مورد تعریف ربات وجود داشته است، گاهی اوقات بر اساس تولید ربات، در شرکتی، تعریفی صنعتی و بر اساس تولید آن شرکت از ربات ارایه می شود و در مواردی نسبت به تکنولوژی ربات توصیف شده است

با این همه در زمان کنونی فناوری ساخت ربات در حدی است که با تکیه بر تکنولوژی جدید و پیشرفته کنونی و با کمی آینده نگری می توان تعریف عینی و دست یافتنی از ربات کرد.در این جا چند تعریف معتبر ذکر شده است:

"یک دستگاه یا وسیله خود کاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسانها نسبت داده می شود و یا مجهز به قابلیتی است که شبیه هوش بشری است."

یک ربات هوشمند ،ماشین خودکار چند منظوره ای است که طیف وسیعی از وظایف متفاوت را، تحت شرایطی که حتی ممکن است به آن شناخت کافی نداشته باشد ،همانند انسان آن را انجام دهد"

موسسه صنعتی آمریکا RAI یا Robotic Industrial Association که شرکتی با سابقه در صنعت رباتیک می باشد و در تولید بازوهای ربات های صنعتی یا (Manipulators) است، این گونه ربات را تعریف می کند:

"یک ربات، یک جابجا کننده چند وظیفه ای برنامه پذیر است که برای حرکت دادن مواد ، قطعات ،ابزار ها یا وسایل خاص ،با استفاده از حرکات برنامه ریزی شده قابل تغییر برای تحقق فرامین مختلف ،طراحی شده است.
ربات در معنای عام تر و کلی تر یک ماشین الکترومکانیکی هوشمند است

کلمه ربات توسط Karel Capek  نویسنده نمایشنامه R.U.R  (روبات‌های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر می‌باشد.

در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد.

البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم.

امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود

ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند.مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد.

 

 

 

روباتها همانند کامپیوترها قابلیت برنامه ریزی دارند.بسته به نوع برنامه‌ای که شما به آنها می‌‌دهید.کارها و حرکات مختلفی را انجام می‌‌دهند. رشته دانشگاهی نیز تحت عنوان روباتیک وجود دارد.که به مسایلی از قبیل حسگرها، مدارات، بازخوردها، پردازش اطلاعات و بسط و توسعه روباتها می‌‌پردازد.روباتها انواع مختلفی دارند از قبیل روباتهای شمشیر باز، دنبال کننده خط،کشتی گیر، فوتبالیست،و روباتهای خیلی ریز تحت عنوان ریز-روباتها، روباتهای پرنده و غیره نیز وجود دارند. روباتها برای انجام کارهای سخت و دشواری که بعضی مواقع انسان‌ها از انجام آنها عاجز یا انجام آنها برای انسان خطرناک هستند.مثل روباتهای که در نیروگاه‌های هسته‌ای وجود دارند استفاده می‌‌شوند.

 

کاری که روباتها انجام می‌دهند.، توسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل‌گرها کنترل می‌شود.با تسلط در برنامه نویسی این دو می‌‌توانید دقیقا همان کاری را که انتظار دارید روبات انجام دهد.

با توجه به توضیحاتی که داده شد :

ربات ماشینی هوشمند ، قابل برنامه نویسی و انعطاف پذیر است که برای بدست آوردن اطلاعاتی از محیط خود دارای حسگرهایی است .

رباتیک علم طراحی ، ساخت ، نگهداری و تعمیر ربات ها است همچنین رباتیک دانش و فناوری وابسته به ابزارهای مکانیکی کنترل شونده به‌وسیله رایانه است. هدف رباتیک اتصال هوش از ادراک به رفتار می باشد. رباتیک در اکثر مواقع در حوزه مهندسی برق، مهندسی مکانیک و مهندسی رایانه کاربرد دارد.

رباتیک علم به‌کارگیری ربات‌هاست و تاثیر آن را در محصولاتی که هر روزه استفاده می‌کنیم، می‌بینیم.

مهندسی رباتیک علم هوشمند کردن و الکترونیکی کردن ماشین ها ی مکانیکی است ( در جهت مصارف صنعتی ) [مهندسی رباتیک = مهندسی برق + مهندسی مکانیک]

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:

 

    * مغز که معمولاً یک کامپیوتر است.

    * محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و ...

    * سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.

 

با این سه قسمت، یک ربات می‌تواند با اثرپذیری  و اثرگذاری در محیط کاربردی‌تر شود.

قوانین سه‌گانه رباتیک:

 

ایزاک آسیموف نویسنده داستان‌های علمی تخیلی قوانین سه‌گانه رباتیک را به صورت زیر تعریف‌کرده است:

 

1ـ یک ربات نباید به هستی انسان آسیب برساند یا به واسطه بی‌تحرکی، زندگی یک انسان را به مخاطره بیاندازد.

 

2ـ یک ربات باید از دستوراتی که توسط انسان به او داده می‌شود، اطاعت کند؛ جز در مواردی که با قانون یکم در تضاد هستند.

 

3ـ یک ربات باید تا جایی‌که با قوانین یکم و سوم در تضاد نباشد از خود محافظت کند.

علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است:

 

         ·        الکترونیک ( شامل مغز ربات)

         ·        مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات)

         ·        نرم افزار (شامل قوه تفکر و تصمیم گیری ربات)

 

اگریک ربات را به یک انسان تشبیه کنیم، بخشهایی مربوط به ظاهر فیزیکی انسان را متخصصان مکانیک می سازند(تصویر3)، مغز ربات را متخصصان الکترونیک توسط مدارای پیچیده الکترونیک طراحی و می سازند و کارشناسان نرم افزار قوه تفکر را به وسیله برنامه های کامپیوتری برای ربات شبیه سازی می کنند تا در موقعیتهای خاص ، فعالیت مناسب را انجام دهد.

 

 

 

 

 

 

● مزایای ربات و رباتیک

مزایا کاملاً آشکار است. معمولاً یک ربات می‌تواند کارهایی که ما انسان‌ها می‌خواهیم انجام دهیم را ارزان‌تر انجام‌ دهد. علاوه بر این ربات‌ها می‌توانند کارهای خطرناک مانند نظارت بر تأسیسات انرژی هسته‌ای یا کاوش یک آتش‌فشان را انجام دهند. ربات‌ها می‌توانند کارها را دقیقتر از انسان‌ها انجام دهند و روند پیشرفت در علم پزشکی و سایر علوم کاربردی را سرعت ‌بخشند. ربات‌ها به ویژه در امور تکراری و خسته کننده مانند ساختن صفحه مدار، ریختن چسب روی قطعات یدکی و... سودمند هستند.

 همچنین میتوان به مزایای دیگر  ربات از جمله  : افزایش بهره ، افزایش تولید ، بهبود کیفیت کار ، افزایش دقت ، جلوگیری از اتلاف نیروی انسانی ، افزایش سرعت ، کاهش هزینه ، کاهش ضایعات ، چند منظوره بودن ، هوشمند بودن ، عدم خستگی  اشاره کرد.

علاوه بر این متوان مزایای زیر را بر شمرد!

1- رباتیک و اتوماسیون در بسیاری از موارد می توانند ایمنی، میزان تولید، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند.

2-  رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند.

3-  رباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد. رباتها هیچگاه خسته نمی شوند.

4-  دقت رباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میکرو اینچ دقت دارند.

5-  رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند ولی انسانها در یک لحظه تنها یک کار انجام می دهند.

ربات‌ها معمولاً در مواردی استفاده می‌شوند که بتوانند کاری را بهتر از یک انسان انجام دهند یا در محیط پرخطر فعالیت کنند.
ربات می‌تواند کارهایی را که انسان انجام می‌دهد، ارزان‌تر انجام دهد. علاوه بر این، ربات‌ها می‌توانند کارهای خطرناک مانند نظارت بر تاسیسات انرژی هسته‌ای و یا کنترل کابل‌های فشار قوی را انجام دهند. ربات‌ها می‌توانند کارها را دقیق‌تر از انسان انجام دهند و روند پیشرفت در علم پزشکی و سایر علوم کاربردی را سرعت بخشند. همچنین ربات‌ها در امور تکراری و خسته‌کننده همانند ساخت صفحه مدار، ریختن چسب روی قطعات یدکی سودمند هستند.

همه ارزیابی‌ها بر این نکته تاکید دارد که ربات‌ها نقش فزاینده‌ای در جوامع مدرن ایفا خواهند کرد. آنها به انجام کارهای خطرناک، تکراری، پرهزینه و دقیق ادامه می‌دهند تا انسان‌ها را از انجام آنها بازدارند.

 

● صنعت و رباتیک

رباتها اولین بار در سال 1954 در صنعت به کارگرفته شدند که یک بازوی ربات یا Manipulator نام داشت که تنها 3 درجه آزادی بود.رباتهای صنعتی امروزی اکثراً همان بازوی رباتیکی هستند ولی با 6 درجه آزادی و خیلی پیشرفته تر نبست به گذشته کار میکنند رباتها در صنعت به شیوه ها و روشها و مدلهای مختلفی به کارگرفته میشوند.

امروزه، ۹۰ درصد روباتها، روبات هاى صنعتى هستند، یعنى روبات هایى که در کارخانه ها، آزمایشگاه ها، انبارها، نیروگاه ها، بیمارستان ها، و بخش هاى مشابه به کارگرفته مى شوند. در سال هاى قبل، بیشتر روباتهاى صنعتى در کارخانه هاى خودروسازى به کارگرفته مى شدند، ولى امروزه تنها حدود نیمى از روباتهاى موجود در دنیا در کارخانه هاى خودروسازى به کار گرفته مى شوند. مصارف روباتها در همه ابعاد زندگى انسان به سرعت در حال گسترش است تا کارهاى سخت و خطرناک را به جاى انسان انجام دهند. براى مثال امروزه براى بررسى وضعیت داخلى راکتورها از روبات استفاده مى شود تا تشعشعات رادیواکتیو به انسانها صدمه نزند.

برخلاف تصور افسانه ای عمومی از رباتها به عنوان ماشینهای سیار انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای روباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابلیت انعطاف، ولی محدودی را انجام می دهند چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردهای و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، می باشد. علاوه براین، ممکن است حسگرها و تجهیزات جانبی یا ابزاری را که فرمان داشته باشد بعضی از رباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام می دهند. که سایر سیستم های پیچیده تر که بطور همزمان چند کار انجام می دهند، از دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند. حسگرهای یک ربات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد.، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد. بعضی از رباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می توانند اجزا بسیار کوچک را در جای مناسب قرار دهند. ساده ترین شکل رباهای سیار، برای رساندن نامه در ساختمانهای اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسیر یک کابل قرار گرفته در زیر خاک یا یک مسیر رنگ شده که هرگاه حسگرهایشان در مسیر، یا فردی را پیدا کنند متوقف می شوند. رباتهای بسیار پیچیده تر رد محیط های نامعین تر مانند معادن استفاده می شود.

روباتهاى صنعتى زیادى ساخته شد ه اند و انجمن صنایع روباتیک این تعریف را براى روبات صنعتى ارائه کرد:

 

«روبات صنعتى یک وسیله چند کاره و با قابلیت برنامه ریزى چند باره است که براى جابه جایى قطعات، مواد، ابزارها با وسایل خاص به وسیله حرکات برنامه ریزى شده، براى انجام کارهاى مختلف استفاده مى شود.»

 

در سال ۱۹۶۲ م شرکت خودروسازى جنرال موتورز نخستین روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به کار گرفت.

 

امروزه کمتر کارخانه ای را می توان یافت که در آن از ربات استفاده نشود . بازو های رباتیکی که بدون استراحت قطعات و محصولات را از نقطه ای به نقطه ی دیگر جا به جا می کنند . ربات های جوشکار ربات های رنگرز ربات های بسته بند ربات های تراشکار ربات های چاپگر ربات های کنترل کیفیت ربات ها سوراخکار ربات های کنترل دما ربات های هشدار دهنده ی نشت گاز ربات های غربال سانتریفوژ های خودکار و ... همگی نمونه هایی از ربات ها در کارخانه ها هستند .
کارخانه ها برای افزایش سرعت و کیفیت و دقت و هزینه ی پایین تر به سمت رباتیکی کردن تمامی قسمت های کارخانه پیش می روند و در بعضی از قسمت ها که برای انسان خطرناک است مانند جوشکاری و رنگ پاشی و سموم شیمیایی و .... ناچار به استفاده از ربات می شوند

امروزه استفاده از رباتها واتوماسیون غیر قابل انکار و معرفی شده برای تمام صنایع و کارخانه ها میباشد به طوری که کارخانه ها روز به روز به این سمت روی می آورند دلیلش هم مشخص است زیرا بازده ای بهتر و سرعت دقت کم هزینه بودن دیگر خصوصیات مورد انتظار را به ارمغان میآورد.

 

 

● مثال هایی از ربات         

 

کلمه ربات مانند کلمه ی ماشین ، یک کلمه ی کلی است و به چند مورد خاص خلاصه نمی شود . به عنوان نمونه چند مورد را ذکر می نماییم :

بازو های ربات های صنعتی ، ربات کنترل چاه های نفت ، یخچال های خانگی ، آسانسور ها ، اسباب بازی کودکان ، هواپیما های بدون سرنشین ، سیستم های دفاع ضد موشکی ، پرینتر ها ، دستگاههای تراش خودکار ، نوشابه پرکن ها و ...

این ها فقط نمونه هایی از بی نهایت انواع ربات بود . ربات ها آنقدر گسترده اند که امروزه نمی توان بدون آن ها زندگی کرد . ولی در مهندسی منظور از ربات ، ربات های صنعتی می باشد .

 در قسمت مونتاژ یک  کارخانه اتومبیل سازی، قسمتی هست که چرخ زاپاس ماشین را در صندوق عقب قرار می دهند، اگر یک انسان این کار را انجام دهد خیلی زود دچار ناراحتی هایی مثل کمر درد و ...می شود، اما می توان از یک ربات الکترومکانیکی برای این کار استفاده کرد و یا برای جوشکاری و سایر کارهای دشوار کارخانجات هم همینطور.

و یا ربات هایی که برای اکتشاف در سایر سیارات به کار میروند هم از انواع ربات هایی هستند که در جاهایی که حضور انسان غیرممکن است استفاده می شوند.

ربات مسیریاب: دنبال یک خط سیاه در زمین سفید حرکت می کند.

بات جراح تحت فرمان پزشک جراح در اتاق عمل با حضور مستقیم پزشک و یا غیر مستقیم و با کمک اینترنت ،نمودی از پیشرفت این رشته است که بسیار مفید و حیاتی میباشد.تصور کنید رباتی را که شما طراحی کرده اید وسیله ای برای نجات یک بیمارو بهبودی وی شده است که قطعاَ لذت موفقیت آنفخستگی زحمتتان را از بین میبرد.

یا ربات آتش نشان: آتش را پیدا می کند و آن را خفه می کند!

رباتها در پروژه های JPL شرکت فضایی NASA نقش مهمی دارند از جمله آنها Spriteو Sojourner می باشد.این نیز استفاده دیگری از رباتیک میباشد .

رو بات همسر نمونه ی دیگر از رباتهاست ، این روبات که در کشور هلند ساخته میشود تا بحال طرف داران زیادی پیدا کرده ،ولی بدلیل قیمت بالای آن هموز مورد استفاده عام قرار نگرفته است! کارشناسان رباتیک هلندی پیش بینی کردن تا ده سال آینده روبات همسر ارزان قیمت وارد بازار  شود ! با این حال از سوی دیگر "رونالد آرکین" کارشناس ربات در این باره گفت: پیش بینی می کنم حداقل تا سال 2050 به مردم اجازه ازدواج با ربات به صورت قانونی داده نشود.

مطالعات اخیر نشان می دهد، به زودی نقش آفرینی ربات ها در ارتش آمریکا به حدی افزایش خواهد یافت که این ماشین های هوشمند را قادر می سازد تمام وظایف یک سرباز نظامی را به خوبی به انجام برسانند.

به گزارش روز سه شنبه بخش انگلیسی گروه بین الملل باشگاه خبرنگاران دانشجویی ایران "ایسکانیوز" و به نقل از خبرگزاری رسمی چین شینهوا، پیش بینی ها از جایگزینی بیش از 30 درصدی نیروهای انسانی ارتش آمریکا با ربات ها تا سال 2020 حکایت دارد.

 یا ربات زیر آبی ،یک وسیلهٔ نقلیهٔ پویش‌گرِ قابل کنترل از راه دور (ROV) زیردریایی، «ربات زیرآبی است که به اپراتور این امکان را می‌دهد که این وسیله‌ را در اعماق آب کنترل و هدایت کند و از طریق اعمال فرامین عملیات‌ مورد نظر را از طریق تجهیزاتِ ربات، انجام دهد»

یک ربات شهری ارائه دهنده یک یا چند سرویس خودکار یا نیمه خودکار مفید برای شهروندان یا تاسیسات و سامانه‌های شهری است. ربات‌های خدمتکار، نگهبان، پرستار، فروشنده، مددکار معلولین و چراغ‌های هوشمند راهنما نمونه‌هایی از ربات‌های خدمات شهروندی و رباتهای شستشوگر، شیشه پاک‌کن، چمن‌زن، زباله جمع‌کن، سوخت‌رسان و باربر، نمونه‌ای از ربات‌های دسته دوم به‌شمار می‌روند.

یکی از عرصه‌هایی که امروز در بهره‌گیری از اتوماسیون و روبات‌ها پیشرفت فراوانی کرده است، حوزه خدمات شهری است.

 

در شهرهای پیشرفته جهان، می‌توان نمونه‌های فراوان موفقی از به‌کارگیری اتوماسیون و ربات در ارائه خدمات شهری را دید.

 

تسهیل در عبور و مرور و کنترل ترافیک، فروش کارت‌های اعتباری و بلیت و عبور و مرور و غیره در ایستگاه‌های اتوبوس و مترو، ارائه اطلاعات در معابر، خیابان‌ها، پارک‌ها و موزه‌ها، نظافت خیابان‌ها، مراکز و معابر، آبیاری فضای سبز شهری و... تنها نمونه‌های کوچکی از به‌کارگیری تکنولوژی‌های مدرن اتوماسیون و رباتیک در ارائه خدمات به شهروندان است.

 

از دیگر زمینه‌هایی که امروزه دولت‌ها به صورت فعال و با صرف هزینه‌های فراوان به سرمایه‌گذاری در آن روی آورده‌اند، به‌کارگیری ربات‌های امداد و نجات در مهار بحرا‌ن‌های شهری است.

در حال حاضر، سیستم‌های امداد و نجات رباتیک که اغلب به صورت مجتمع و با عنوان سیستم‌های مدیریت بحران DMS شناخته می‌شوند، در برخی از شهرهای پیشرفته راه‌اندازی شده و در حال بهره‌برداری است. از آنجا که طراحی این‌گونه سیستم‌ها، دقیقاً مطابق با شرایط بومی و مختصات هدف مورد نظر صورت می‌گیرد، تنها راه تولید چنین سیستم‌هایی برای تهران و سایر کلان‌شهرها، هدایت محققان بومی به سمت این هدف مشخص است تا با بهره‌گیری و مجتمع‌سازی نتایج آنها بتوان به راههای بومی در این زمینه دست یافت.

 

 

رباتهای امدادگر، یکی از راهکارهایی که برای نجات مصدومین زلزله استفاده می شود، به کاربستن رباتیک و علوم کامپیوتر در عملیات امداد و نجات است. از طریق این فناوری‌ها می‌توان به مصدومین گرفتار در زیر آوار دسترسی پیدا کرده و جان آن‌ها را نجات داد

این ربوتها به گونه‌ای طراحی شده است که بتوان مسیر خود را در شکاف‌های باریک و از میان آوار به‌جا مانده از ساختمان بیابد و در لا‌به‌لای آن‌ها به جستجوی مصدومین حادثه بپردازد. پیکره‌ی این رباتها به یک دوربین و یک میکروفون برای دریافت داده‌هایی از میان ویرانی‌ها مجهز شده است. به علاوه یک حسگر حرارتی نیز به تجهیزات این ربوت ها افزوده شده، تا بتواند حرارت بدن مصدوم را دریافته و موقعیت او را بیابد. این حسگر، این امکان را نیز فراهم می‌سازد که حتی اگر در زیر آوار منبع نوری نیز وجود نداشت و مصدومین در تاریکی گرفتار شده بودند، باز هم فرصت یافته شدن آن‌ها وجود داشته باشد. طراحی منعطف این ربوتها برخی توانمندی‌های مختص محیط‌های دچار سانحه را به آن افزوده است، اگر در شرایطی این ربوتها با مانعی در زیر آوار برخورد کند و به سبب این برخورد تعادل خود را از دست بدهد و یا از ارتفاعی، فرو بیفتد، خواهد توانست با چرخش پیکره‌ی خود مجدداً به وضعیت متعادل و مناسب برای حرکت بازگردد.

ربات حمل مجروح نمونه یدیگر رباتهاست که این ربات از ترکیب دو گونه ربات درست شده: از پایین تنه  شبیه تانک و از بالا تنه به شکل یک ربات انسان نماست.

پایین تنه ربات تشکیل شده از دو شنی. از این گونه طراحی شنی برای افزایش قدرت مانور ربات در زمین های ناهموار استفاده میشه. با تاشدن شنی، طولش کم میشه و نیاز به جای کمتری داره. با باز شدن کامل شنی دوم جوری که هر دو در امتداد هم قرار بگیرند طول ربات زیاد میشه و میتونه از مانع یا پله به راحتی رد بشه. در ضمن سطح تماسش با زمین زیاد میشه و پایداری بیشتری داره.

قراره دست های ربات به اندازه ای قوی باشه که بتونه تا 135 کیلو رو بلند کنه و مثلا از آن   برای حمل مجروح در میدان جنگ استفاده کنند . این ربات توسط شرکت Vecna Technologies در مریلند ساخته شده  و انتظار میره تا پنج سال دیگه مورد استفاده واقعی قرار بگیره.

پس از سالها تلاش پژوهشگران رباتیک  ژاپنی ها، روبات شبیه انسان یعنی۲- HRP به حدی پیشرفت کرده که می تواند تعدادی از فرمان های صوتی انسان را انجام دهد. این روبات که به «پروموت» نیز معروف است، توسط مؤسسه ملی علم و تکنولوژی ژاپن تهیه شده و قابلیت انجام فرمان های انسان را دارد. پروموت برای انجام دستورات صوتی کاربران و همچنین گرفتن عکس و تصاویر سه بعدی از اشیاء و نگهداری آنها با استفاده از یک سنسور مادون قرمز طراحی شده است. اگرچه این روبات حرکت به ظاهر خشن و آهسته و صدایی یکنواخت و خسته کننده دارد ولی به راحتی می تواند با استفاده از کنترل از راه دور تلویزیون را کنترل نموده و یا یک نوشیدنی برای شما آماده نماید. مؤسسه ژاپنی سازنده این روبات می گوید که این روبات به راحتی می تواند با انسان ها رابطه برقرار نماید.

روبات‌‏هایی که توانایی جمع‌‏آوری قارچ و روبات‌‏های علف‌‏زن‌‏ها که به نظر می‌‏رسد توسط ‏دارندگان زمین‌‏های گلف استفاده شوند از جمله محصولات این گروه از دانشمندان است. هر چند روبات قارچ جمع‌‏کن نمی‌‏تواند به سرعت انسان کار کند ، اما توانایی این که 24 ساعت کار کند را ‏دارد . روبات علف‌‏زن نیز می‌‏تواند کار انجام شده توسط یک فرد در شش ساعت را در 10 دقیقه انجام دهد. قیمت بالای روبات‌‏ها در حال حاضر تنها نقطه ضعف آنها است؛ اما به نظر می‌‏رسد کشاورزان در درازمدت ‏بتوانند محصولات مشابه را با قیمت مناسب تهیه کنند.

 

نانو روبات‌های زیستی

ا استفاده از دانش نانوتکنولوژی دانشمندان توانسته‌اند نانوروبات‌های زیستی طراحی کنند که در بدن انسان قرار می‌گیرند و نقش محافظ و درمانگر را ایفا می‌کنند. این ریزماشین‌های هوشمند قادرند چندین نسخه از خودشان تهیه کنند و جایگزین بافت‌های فرسوده یا آسیب‌دیده نمایند.

 

«در آینده نانو روبات‌های هوشمند در مغز و بدن هر انسانی به تعداد زیاد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بیماری‌ها مصون می‌دارند حتی روند پیر شدن بشر را به تعویق می‌اندازند و نیز قدرت جسمانی و حافظه او را تقویت می‌کنند.» شاید در نگاه اول این جمله تداعی‌کننده پیش‌گویی‌های «آرتور سی‌کلارک» در رابطه با دنیای آینده باشد ولی جالب اینجاست که این پیش‌بینی از دکتر «کورزویل» متخصص علوم کامپیوتر و عضو موسسه ملی مهندسی در امریکاست. او هم اکنون به همراه گروهی از متخصصین، در زمینه کاربرد نانو روبات‌ها در زندگی آینده بشر تحقیقاتی انجام می‌دهد و قرار است نتایج مطالعات این گروه به صورت فیلمی با عنوان «داستان واقعی زندگی در آینده» در اواخر سال جاری میلادی ارائه شود.

 

بر اساس این گزارش با استفاده از نانوتکنولوژی دستیابی به انرژی خورشیدی امکانپذیر خواهد شد. انرژی خورشیدی قابل تبدیل و استفاده به اشکال مختلف انرژی می‌باشد و بشر را از منابع دیگر انرژی بی‌نیاز می‌کند. نانوروبات‌ها ماشین‌های کوچکی هستند که برای انجام عملیاتی خاص و بعضا تکرارشونده با دقت بسیار بالا طراحی شده‌اند. نانو( nano-) به معنی یک بیلیونیوم یا یک میلیاردم است. قطر موی سر انسان یک دهم میلیمتر است درنظر بگیرید، یک نانومتر صدهزار برابر کوچک‌تر از آن است .9-10 =1 nanometer (nm) . مکعبی با ابعاد 5/2 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را در خود جای دهد. با استفاده از دانش نانوتکنولوژی دانشمندان توانسته اند نانوروبات‌های زیستی طراحی کنند که در بدن انسان قرار می‌گیرند و نقش محافظ و درمانگر را ایفا می‌کنند. این ریزماشین‌های هوشمند قادرند چندین نسخه از خودشان تهیه کنند و جایگزین بافت‌های فرسوده یا آسیب‌دیده نمایند این فرایند را خود تکثیری می‌نامند. آنها نه تنها قادر به تشخیص محل دقیق سرطان خواهند بود بلکه داروی مناسب برای از بین بردن سلول‌های سرطانی را تزریق می‌کنند.

 

امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه درمان بیماری‌هایی چون دیابت، بیماری‌های قلبی و ایدز در حال انجام است. نانوروبات‌ها دارای امکانات بالقوه‌ای هستند که با اجتماع و قرارگیری به صورت کلونی قادرند بطور موشکافانه و دقیق از سیستم حفاظت کنند. در واقع با ساختاری اتمی و یا مولکولی در یک فرایند شناخته شده قرار داده می‌شوند تا چرخه‌ای را کامل نمایند. تکنولوژی نانوروباتیک آنقدر سریع در حال پیشرفت است که به یقین زندگی انسان از اواسط قرن جاری بکلی متحول خواهد شد. این تغییرات شامل از بین رفتن بسیاری از بیماری‌ها، کاهش عوامل و عوارض بسیاری از امراض و حتی جراحی‌ها می‌باشد. یکی از مهمترین برنامه‌های گسترش علوم روباتیک در جهان بیشتر کردن عمر بشر و مبارزه با پیری و عواقب آن است. از دهه 80 میلادی تا کنون کوچک‌سازی (مینیاتورسازی) از اهم فعالیت‌ها در زمینه علوم کامپیوتری بوده است.

 

طبق گزارشات اعلام شده سرعت رشد تکنولوژی هر بیست سال دو برابر خواهد شد، در نتیجه تکنولوژی در سال 2050 حدود 32 برابر از سال 1950 جلوتر خواهد بود. یکی از شاخه‌هایی که رشد تکنولوژی در آن بسیار چشمگیر است، دانش پزشکی است. با ساخت ابزار و وسایل پزشکی در آینده روند پیر شدن کند می‌شود و مبارزه با بیماری‌ها آسان‌تر و مطمئن‌تر خواهد شد. در زمینه کالبدشناسی از نانوروبات‌ها به منظور تعیین محل دقیق آسیب استفاده خواهد شد. در شرایطی استفاده از نانو ربات‌های زیستی ضروری به نظر می‌رسد که امکان دسترسی به عضو موردنظر دشوار بوده یا امکانپذیر نباشد یا حتی در مواردی که عواقب دردناک و دشواری توسط پزشک پیش‌بینی شود. برای طراحی یک نانوروبات دانشمندان از مدل‌های طبیعی مثل ساختار رشته‌های DNA بهره می‌گیرند. با بهره‌گیری از دانش نانو تکنولوژی دانشمندان قادر به ساخت حسگرهای زیستی در ابعاد یک میلیاردم هستند.

 

هم اکنون نانو روبات‌هایی که در مراکز تحقیقاتی ساخته می‌شود به اندازه‌ای کوچک هستند که هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بیرون پرتاب می‌شوند. یکی از اولین ریزروبات‌هایی که برای کمک به علم پزشکی ساخته شد «سلئو» نام داشت. این میکروروبات برای جاسازی در داخل روده انسان طراحی شده بود. سئلو مجهز به یک چنگال و چند حسگر بود. حسگرها بدین منظور تعبیه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظیفه چنگال نیز برداشتن نمونه از سطح روده می‌باشد. این ریزماشین می‌توانست یا خود حرکت کند یا توسط پزشک با یک کنترل دستی به حرکت درآید. اسلوب کار نانوروبات‌هایی که در داخل بدن کار گذاشته می‌شوند، شبیه‌سازی از محیط، در فضایی سه بعدی است و تجزیه و تحلیل اطلاعات در آنها بر مبنای روش‌های عددی می‌باشد. نانوروبات‌ها مانند انسان به اطلاعات اطرافشان نیاز دارند.

 

حواس ماشینی یا حسگرها این وظیفه را در نانوربات‌ها بر عهده دارد. به جرات می‌توان گفت که بسیاری از این حسگرها از حواس انسان بهتر و دقیق‌تر کار می‌کنند. نانوروبات‌های زیستی به تغییرات حرارتی و شیمیایی بسیار حساس هستند. زیرا اگر تغییرات حرارتی در بین سلول‌های عضوی از بدن وجود داشته باشد و یا ضرایب شیمیایی متفاوتی بین آنها مشاهده شود، نشان از تغییراتی است که در بین سلول‌های سالم رخ داده و در نتیجه حاکی از بیماری خاصی می‌باشد. اینگونه ریزماشین‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به تفاوت‌های ضرایب شیمیایی سلول‌ها بسیار حساس هستند و همچنین قادرند میزان حرارت سلول‌ها را اندازه‌گیری نمایند. هنگامی که ضرایب شیمیایی و دمایی متفاوتی مابین سلول‌ها دریافت کنند با بررسی اطلاعات و مطابقت با داده‌های ذخیره شده بیماری موردنظر را تشخیص می‌دهد. ناگفته نماند که این نانوروبات‌ها قادرند بین گزینه‌ها و موارد مشابه بهترین آنها را گزینش کنند، به عبارتی از هوش ماشینی در سطحی پیشرفته برخوردارند تا بهترین گزینه را در جهت تشخیص بیماری انتخاب نمایند. در مرحله بعدی نیز به درمان سلولی اقدام می‌کند که با تزریق دارو به سلول‌ها همراه است.

 

گفته شده است که بدلیل نوع کار این نانو روبات‌ها در بدن تجهیزات و یا سخت‌افزار این ماشین‌های مولکولی بسیار پیشرفته و ابتکاری است. در ساخت سنسورهای زیستی تنها روش‌های میکروالکترونیکی کاربرد دارد. نانوربات‌های زیستی دارای سنسورهایی در ابعاد بسیار کوچک هستند و در عین حال به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با شرایط زیستی بدن انسان سازگارند. نانوربات‌های زیستی با داشتن حسگرهای بسیار حساس از تجهیزاتی خواهند بود که امور پزشکی را بتدریج متحول می‌کند. در واقع مدلی از ماشین‌های مولکولی هستند که با روش‌های خاصی ارتباطات و اتصالات بین سلول‌های بیولوژیکی را کنترل کرده و بهبود می‌بخشد، به عبارتی روی نحوه عملکرد سلول‌ها نظارت کرده و کنترل صحیح آنها را به عهده می‌گیرد. روش کار این مدل‌های مولکولی بر اساس شبیه‌سازی در محیط سه بعدی است. تحقیقات در زمینه نانو ربات‌هایی که مجهز به حسگرهای زیستی و دارویی باشند در سطح گسترده‌ای در حال انجام است.

 

مراحل آزمایشگاهی نانوروبات‌های زیستی در یک محیط واقعی با کنترل‌ها و سنجش‌های شیمیایی و حرارتی در مسیر مطلوبی قرار دارد. طراحی نانوروبات‌ها بر پایه و اساس نانوبیوالکترونیک می‌باشد و حسگرهای ویژه‌ای به نام نانوبیوسنسورها عملگرهایی هستند که به روشی خاص عمل می‌کنند و کاربرد آنها در جهت اهداف پزشکی و تحویل دارو به سلول‌ها می‌باشد. این پژوهش‌ها باعث پیشرفت‌های خارق‌العاده‌ای در زمینه نانو داروهای هوشمند شده است. از دیگر وظایف تعریف شده در نانوروبات‌ها عملکرد آنها به عنوان antibady است. antibady به معنی ماده‌ایی است که در بدن تولید می‌شود و به مقابله با بیماری‌ها می‌پردازد. موضوع جالب این است که سیستم ایمنی بدن با نانوروبات‌های زیستی سازش می‌کند و در جهت رفع بیماری با آنها همکاری می‌نماید. از دیگر قابلیت‌های تعریف شده در نانوبیوسنسورها بررسی زمان است، به عبارتی بررسی تشخیص بهترین زمان برای تزریق دارو به سلولهاست.

 

نانو روبات‌های هوشمند قادر به تجزیه و تحلیل منطقی شرایط زیستی سلول می‌باشند، زیرا تزریق دارو به سلول‌ها اگر در زمان و موقعیت مناسب انجام شود به طور یقین تاثیر مطلوب خواهد داشت و در غیر این صورت نه تنها به بهبود وضعیت بیمار کمک نخواهد شد بلکه دارای عواقب خطرناکی نیز هست. تجزیه تحلیل‌های گوناگونی که از بررسی محیط بدست می‌آید بسیار مهم و حساس است، از طرفی ابعاد بسیار کوچک یا مینیاتوری این ریزماشین‌ها محدودیت‌هایی را ایجاد خواهد کرد. مسئله بسیار مهم دیگر تامین انرژی لازم برای گرفتن اطلاعات و تجزیه و تحلیل آنهاست. Adriano Cavalcanti یکی از پیشگامان درگسترش تکنولوژی نانو یا مهندسی اتوماتیکی مولکول‌های زیستی است، همچنین او رئیس CAN (Center for Automation in Nanobiotech) می‌باشد. او به همراه گروهی از متخصصین این رشته توانسته است دستگاه‌ها، وسایل و تجهیزات پزشکی مجهزی با استفاده از نانوروبات‌های زیستی تولید کند و گام‌های موثری در درمان بیماری‌هایی چون دیابت، انواع سرطان‌ها، کاردیولوژی (بیماری‌های قلب) و نیز معالجه انوریسم (اتساع غیرطبیعی شریان‌ها) انجام دهد.

 

آدرس‌های اینترنتی www.nanorobotdesign.com , www.canbiotechnems.com برای دسترسی به اطلاعات بیشتر و آشنایی با نحوه کار این گروه می‌باشد. مراحل کلی ساخت نانوروبات‌ها دارای دو بخش اصلی است ابتدا طراحی و ساخت تراشه‌های زیستی، به عبارتی ساخت تراشه‌هایی که با ساختار ژنتیکی انسان سازگار بوده و براساس مدل ژنوم انسان طراحی شده باشند. در مراحل بعدی که از حساسیت ویژه‌ای برخوردار است تست و انجام مراحل آزمایشگاهی به منظور بررسی واکنش بدن و چگونگی تاثیرگذاری نانوروبات‌هاست. یکی از اهداف ابداع این گونه روش‌ها مقابله با بیماری‌های صعب‌العلاج و همچنین انواع سرطان‌ها است. طراحان نانوروبات‌های زیستی معتقدند که درمان بیماری‌هایی به ویژه سرطان با این روش موثرتر و همچنین ریسک خطرپذیری در آن بسیار کمتر است، زیرا این نانوروبات‌های زیستی بدون تاثیرگذاری روی سلول‌های سالم، سلول‌های بیمار و سرطانی را مورد هدف قرار می‌دهد.

 

ناگفته نماند که یکی از مشکلات درمان سرطان‌های گوناگون، داروها و مواد از بین برنده این سلولهاست، زیرا علاوه بر اینکه روی سلول‌های سرطانی تاثیر می‌گذارد سلول‌های سالم را نیز از بین می‌برد. امروزه در کنار شناخت بیماری‌ها و روش‌های درمانی آنها، آگاهی و دسترسی دقیقی نسبت به اجزای بدن حاصل شده و شاهد هستیم که پزشکان قادر به پیوند اندام‌هایی به بدن انسان می‌باشند که تاکنون غیرممکن بوده است. پیوند اعضای مصنوعی و جایگزین کردن آنها با عضو از کار افتاده از مسائل بسیار حساس و پیچیده است که امروزه قابل انجام می‌باشد. ناگفته نماند که این جراحی‌ها خطرات نه چندان کوچک و عواقب دردناک و دوره درمان بسیار بالایی دارند. دیگر آنکه اعضای پیوندی و اندام‌های مصنوعی هنوز کارآیی بافت‌های طبیعی و اولیه را پیدا نکرده‌اند. برای مثال باید گفت اگر دست یک کارگر زیر تیغ دستگاه‌های صنعتی قطع شود خوشبختانه پزشکان قادرند که دست را به بدن فرد پیوند زنند و حیات را به سلول‌ها باز گردانند.

 

اما متاسفانه دست موردنظر همه قابلیت‌های اولیه را نخواهد داشت، زیرا هنوز اطلاعات لازم برای اتصال اعصاب و بافت‌های جدا شده که مطابق حالت طبیعی باشد به دست نیامده است. از طرفی داروهایی که برای درمان انواع بیماری‌ها ساخته شده است، خود آسیب‌های دیگری به سلامت بدن انسان وارد می‌سازند زیرا که محیط و هدف خود را به طور دقیق نمی‌شناسند و می‌تواند مولد زیان‌هایی حتی بزرگ‌تر از مشکلات اولیه باشد. از طرفی ظهور بیماری‌هایی نظیر ایدز با ویروس مرموز HIV که روش‌ها و داروهای کنونی از شناسایی و نابود کردن کامل آن عاجزند، خود دلیلی بر متحول شدن دنیای پزشکی است. دانش نانوتکنولوژی تولید و ساخت تجهیزاتی در مقیاس نانومتریک را ممکن می‌سازد. تجهیزاتی در ابعاد اتم یا مولکول با ویژگی‌ها و خواص شیمیایی کاملا" منحصر به فرد و شناخته ‌شده. در واقع متخصصین با دستکاری اتم‌ها بطور جداگانه و جای دادن دقیق آنان در مکانی خاص قادرند ساختار دلخواه و مطلوبی را تولید کنند.

 

پژوهش‌های انجام شده ساختاری را ارائه می‌کند که می‌تواند پیشرفت‌های حیرت‌انگیزی را در صنعت دارو و درمان بیماری‌ها و آسیب‌های زیستی ایجاد نماید. نانوبیوروبات‌ها سیستم‌هایی هستند که شناساگر، تحلیل‌کننده، ترمیم‌کننده، متحرک و بسیار دقیق می‌باشند که قادرند بخش عظیمی از مشکلات پزشکی امروز را برطرف سازند. این ماشین‌ها با اطلاعات کامل از ساختار بدن و حتی اجزای سلول‌های بدن به راحتی قادر به حفاظت افراد در برابر باکتری‌ها، میکروب‌ها و ویروس‌های بیماری‌زا می‌باشند. با استفاده از اینگونه روش‌های درمانی محققان قادر به ساخت بافت‌های بسیار مقاومی برای بدن انسان هستند که حتی با افتادن از ارتفاع زیاد هم کوچک‌ترین خدشه‌ای در عملکردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ کنند. آینده علوم و مهندسی چند گرایشی (Multi- Disciplinary) است و هر روزه به سمت تولید ماشین‌های مولکولی سوق داده می‌شود تا در نهایت بتواند مجموعه‌هایی از ﭘیوندهای ارگانیک و سایبریک را عرضه کند.

 

با پیشرفت در نانوتکنولوژی دانشمندان قادرند تا نانوحسگرهای ویژه‌ای با کاربردهای نانوبیوالکترونیک و بیولوژیکی برای عملیاتی خاصی ابداع کنند. برخی معتقدند «نانوتکنولوژی روند زیان‌بار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد.» از طرفی برخی اعتقاد دارند که پیش‌بینی‌هایی که در رابطه با سرعت پیشرفت تکنولوژی صورت گرفته است تا حدی اغراق‌آمیز و خوشبینانه می‌باشد. زیرا با درنظر گرفتن سرعت گرم شدن زمین، اثرات گلخانه‌ای، گسترش بیماری های عفونی و بعضا ناشناخته، آلودگی زمین و هوا، کمبود مواد غذایی و بسیاری از موارد دیگر، تعیین زمان اینگونه پیش‌گویی‌ها بسیار خوشبینانه است.

 

 

 

● رباتیک و کشور های صنعتی

 

کشور ها صنعتی به این حقیقت رسیده اند ، که کشوری پیشرفت نمی کند مگر این که در تمام علوم پیشرفت کند . بنابراین ، با توجه به این که رباتیک یکی از علوم اصلی سرنوشت ساز قرن است و به آن احساس نیاز می کنند . در این راستا فعالیت های بسیاری را انجام داده اند. آن ها آن قدر پیشرفت کرده اند که هدف خود را اینگونه ذکر می کنند " در سال ۲۰۵۰ ربات هایی خواهیم ساخت شبیه انسان که بتواند با قوی ترین تیم فوتبال انسان ها بازی کند و بدون انجام خطا ، انسان ها را شکست دهد ."

 

آن ها هر ساله مسابقات رباتیک جهت کسب علم و استفاده نمودن از آن در صنعت برگزار می نمایند .

همچنین در راستای تربیت نیروی انسانی جهت گسترش این علم ، رشته ی مهندسی رباتیک را ایجاد نمودند .

ژاپنی ها در صنعت تولید روبات به عنوان پیش روی سایر کشورها هستند و شرکت های هیتاچی، سونی، تویوتا و هوندا از جمله فعالان این صنعتند. اکثریت روبات های ساخته شده، شباهتی با انسان ها ندارند و معمولاً در خطوط تولید کارخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند.

 

مهندسی رباتیک در واقع تلفیقی از رشته ی مهندسی برق و مهندسی مکانیک است که هدف آن تربیت نیرویی که بتواند به تنهایی ربات های صنعتی را طراحی کند و آن را بسازد . این رشته در اکثر دانشگاه های کشور های صنعتی تدریس می شود .

کارخانه های خصوصی آن ها علاوه بر رباتیکی کردن فرایند تولید ، مقداری از درآمد های ناخالص خود را جهت تحقیق و گسترش رباتیک صرف می نمایند .

● وضعیت رباتیک در ایران    

 

وضعیت رباتیک در ایران فاجعه بار است . به طوری که می توان گفت : رباتیک در ایران هنوز شناخته شده نیست . این وضعیت در حالی است که ایران یکی از بزرگترین وارد کنندگان ربات های صنعتی است . هر ساله ارز زیادی بابت خرید ربات ، از کشور خارج می شود . در بیشتر کارخانه های ما از رباتها استفاده می شود . کارخانه هایی مانند فولاد ، خودروسازی ، مواد غذایی و ... را می توان تقریبا تمام رباتیک دانست . اما متاسفانه تمام ربات های آن وارداتی است و حتی نصب و کنترل و تعمیر آن بر عهده ی خارجی ها می باشد

به منظور عقب نماندن کشور در علم رباتیک ، رشته ی مهندسی رباتیک در سال ۱۳۸۱تاسیس شد و متاسفانه تا امسال (۱۳۸۷ ) تنها دانشگاه ارائه کننده ی آن دانشگاه صنعتی شاهرود بود . اکنون این رشته در دانشگاه صنعتی همدان نیز تدریس می شود . اما آیا دو دانشگاه کافی است ؟ پاسخ روشن است با توجه به اهداف کشور و سند چشم انداز ۲۰ ساله هم اکنون باید در تمام دانشگاه های صنعتی ، تدریس شود .

یکی از مشکلات دانش آموختگان این رشته در کشور این است که کسی این رشته را نمی شناسد و اصلا نمی داند ربات چیست . وقتی از ربات صحبت می شود به یاد اسباب بازی آدم آهنی کودکان و فیلم های سینمایی می افتند . دیگر مشکل دانش آموختگان عدم اعتماد صنعت کشور به آن ها است . صنعت گران حاضرند چندیدن برابر آن هزینه کنند ولی از نیروی خارجی استفاده نمایند .دیگر مشکل این رشته کمبود امکانات دانشگاهی و قدیمی بودن امکانات فعلی آن ها است .

بعضی از افراد در ایران استفاده از ربات را مساوی اخراج نیرو کار می دانند و با توسعه ی آن مخالفت می کنند . اما آنها از این قافل هستند که گماردن نیروی انسانی به کار های روزمره و تکراری ، اتلاف نیروی انسانی است . به جای انجام کار بیهوده می توان آن ها را در جایی دیگر به خدمت گرفت .

هر ساله چندین مسابقات رباتیک در سطح کشور برگزار می شود که می توان گفت همه ی آن ها دارای قوانین ثابت و یک شکل و تکراری است و هیچ کدام قوانین بومی ندارند . متاسفانه در ایران به این مسابقات به چشم هدف نگریسته می شود . (بر عکس کشور های صنعتی که مسابقات را ، وسیله ای برای ارتقاء صنعت خویش می دانند . ) و تمام وقت دانشجویان را می گیرند که رباتی با هدف پوچ ( مانند مسیریاب که در این مسابقات ربات باید مسیر خط سیاه را دنبال کند ) بسازند .

متاسفانه هیچ یک از ما ، هیچ روز یا هفته ای در سال را به عنوان هفته ی رباتیک ، حداقل برای یادآوری اهمیت آن بر نگزیده ایم . و برای بهبود وضعیت آن کوششی نکردیم و نمی کنیم. علم رباتیک در کشور ما علمی نو هستش و آینده ای روشن و پویا خواهد داشت.

با این همه اخیرا در مسابقات روبات‌های هوشمند انگلیس تیم دانشگاه آزاد اسلامی، ضمن کسب مقام دوم جهانی بعنوان  فنی‌ترین تیم طراح روبات انتخاب شدند.

 همچنین ربات انسان نمای ایرانی پارسه ، آسیمو را به وحشت انداخت،  ربات انسان نمای پارسه ، محصول مرکز تحقیقات فناوری های پیشرفته پارسه هست که از پیشرفته ترین سیستم هوش مصنوعی جهان بهره می برد. سیستم هوش مصنوعی این ربات توانست در سال 2007 نرم افزار "کلاریسا" که توسط دانشمندان ناسا طراحی شده بود و تا آن زمان پیشرفته ترین سیستم هوش مصنوعی جهان به شمار می آمد رو با اقتدار کامل شکست بدهد . همچنین عنوان پدر هوش مصنوعی نوین جهان را از آن طراح خود کند. لازم به توضیح است که ربات انسان نمای پارسه برای رقابت جدی با ربات انسان نمای آسیمو طراحی شده است  و در پایان سال 2008 بروی پیست رقابت خواهد رفت.

گفتنی است بخش سیستم هوش مصنوعی ربات انسان نمای پارسه توانست در سال 2007 طی 9 روز رقابت دقیق و کارشناسی بیش از 30 سیستم هوشمند و ربات جهان را از جمله بخش هوش مصنوعی ربات آسیمو ، نرم افزار کلاریسا در ناسا ، سیستم هوش مصنوعی لوییزا و.... را با قدرت شکست دهد . طبق نظر کارشناسان انجمن هوش مصنوعی آمریکا AAAI این سیستم توانسته 70 درصد هوش انسانی را بازسازی نماید که تاکنون در جهان توانسته بودند کمتر از 10 درصد آن را شبیه سازی کنند یعنی چیزی در حد هوش یک گربه!!!!!!

● ربات های متفکر، نسل آینده ربات ها

 

 

 

محققان رباتیک  دانشگاه ایالت میشیگان آمریکا (MSU) بر روی ربات هایی با فناوری هوش مصنوعی در حال کارند

                                          

فیلم جدید بازگشت ماتریکس سوژه ای مشترک با فیلم های دیگری دارد که در آنها ماشین های رایانه ای که بسیار پیشرفته اند با تفکر خود قصد سلطه بر جهان را دارند، این تصور و تخیل چندان که به نظر می رسد خیال پردازانه نیست. محققان دانشگاه ایالت میشیگان آمریکا (MSU) بر روی ربات هایی با فناوری هوش مصنوعی در حال کارند که قادر می باشند فکر کنند یا حداقل از تجربیاتشان بیاموزند. درست همانند یک بچه. اما آیا این امکان وجود دارد که ربات های ساخت بشر روزی علیه سازندگانشان به جنگ بپردازند؟

آرتور تانگ که یک محقق است اعتقاد دارد، از لحاظ تکنیکی چنین امری در آینده ای نه چندان نزدیک امکان پذیر است و ربات های دارای هوش مصنوعی این استعداد را دارا می باشند. هوش مصنوعی از داغ ترین موضوعاتی است که دانشمندان علوم رایانه آن را تحت بررسی دارند. آنها قصد دارند تا به جای ساخت یک ماشین هوش مصنوعی (AI) آن را به بار آورده و رشد دهند. تانگ در این مورد می گوید: «به  جای دادن برنامه حل یک مسأله به رایانه ما قصد داریم تا با بزرگ کردن یک ماشین هوش مصنوعی همانند یک کودک امکان حل مسأله و پیدا کردن راه  حل را به خود او واگذار کنیم. مثلاً ما دوست داریم به جای برنامه دادن به آن جهت تشخیص کاراکترها و گرامر، نحوه خواندن را به این ماشین ها یاد دهیم.» این درست همان کاری است که جان ونگ استاد دانشگاه MSU در حال انجام آن است. او هم اکنون دومین ربات نمونه خود را نیز ساخته است. این ربات که Dav نام دارد شبیه رباتی است که در سریال تلویزیونی «گم شدن در فضا» به نمایش در آمد.

یک جفت دوربین چشم های Dav می باشند و یک میکروفن به همراه پردازنده صوت گوش های این ربات  را تشکیل می دهند. قدرت تشخیص حرکت و حسگرهای حرارتی این ربات را به توانایی های انسان نزدیک تر می کنند.

این ماشین ها پس از ساخته شدن، خود توانایی های فکری خود را بهبود می بخشند. به منظور دادن آموزش راه رفتن به آنها، محققان این ربات ها را به سمت گوشه ها و در درون راهروها به جلو هل می دهند. درست همانند والدینی که پشت دوچرخه کودکانشان را به هنگام آموزش دوچرخه سواری نگاه داشته و به دنبال آنان می دوند تا زمانی که کودکانشان بدون نیاز به آنها بتوانند به دوچرخه سواری بپردازند.

برنامه نویس پشت سر ربات حرکت نموده و با تنظیم حسگرها و تغییر دستورالعمل های ورودی حرکت آن را بهبود می بخشد. با ده بار انجام این کار ربات یاد می گیرد که هنگام رسیدن به گوشه ها دور بزند و از برخورد با دیوار اجتناب ورزد.

ونگ می گوید در مورد انسان ها فراگیری و اندازه مغز محدود است اما در مورد ربات ها چنین موانعی وجود ندارد. البته ونگ معتقد است احتمالاً ربات ها هیچ گاه از کنترل انسان خارج نخواهند شد،چرا که برنامه نویسان آنها انسانها هستند.

 

● استفاده از روباتهای هوشمند در مانیتورینگ، کنترل و تعمیرات خطوط لوله گاز

کی از روشهای نگهداری و تعمیرات لوله های انتقال گاز در خطوط لوله بین شهری و یا حتی شبکه‌های شهری، استفاده از روباتهای تشخیص دهنده و برطرف کننده عیوب میباشد. اینگونه روباتهای هوشمند با بهره‌گیری از برنامه‌های کامپیوتری و سنسورها و تجهیزات آزمایش کننده میتوانند عیوب مختلف را تشخیص داده و اطلاعات جمع‌آوری شده در طول حرکت خود در داخل لوله‌ها را در حافظه خود ذخیره کرده و در مقصد تحویل دهند یا بصورت آنلاین جهت مرکز کنترل ارسال کنند و حتی امکان برخی تعمیرات کوچک داخل لوله‌ها را دارا می‌باشند و می‌توانند مسیر حرکت را، بعنوان مثال در انشعابات، بر اساس نیاز انتخاب کنند. مشکلات ساخت و استفاده از چنین روباتهایی:  منبع تغذیه و تامین انرژی مورد نیاز آنها، چگونگی برقراری ارتباط با اپراتور یا کنترل کننده دستگاه، چگونگی حرکت در داخل لوله و یا ثابت ماندن مقطعی آن به دلخواه اپراتور، چگونگی وارد نمودن روبات به داخل خط دارای جریان گاز بدون قطع جریان و یا بدون پیگ رسیورها و یا پیگ لانچرهای از پیش تعبیه شده.

● آینده ی علم  رباتیک

جمعیت ربات‌ها به سرعت در حال افزایش است. این رشد توسط ژاپنی‌ها که ربات‌های آن‌ها تقریباً دو برابر تعداد ربات‌های آمریکا است، هدایت شده است.

 

همه ارزیابی‌ها بر این نکته تأکید دارد که ربات‌ها نقش فزاینده‌ای در جوامع مدرن ایفا خواهند کرد. آن ها به انجام  کارهای خطرناک، تکراری، پر هزینه و دقیق ادامه می‌دهند تا انسان‌ها را از انجام آن‌ها باز دارند.

ربات ها هر روز گسترده تر می شوند بزودی ربات های پرستار نظافتچی فوتبالیست آشپز مربی و ... به تولید انبوه می رسند قرار است تا سال 2050 دانشمندان تیم فوتبال رباتیک بسازند که با انسان ها بازی کنند و آن ها را شکست دهند . یک روز فرا می رسد که در هر خانه ای یک ربات انسان نما و همه کاره وجود داشته باشد و در صنایع و کشاورزی و ... دیگر به انسان نیاز نباشد و انسان در آن فقط تفریح و تولید علم کند .

شهری را تصور کنید که رباتها در اکثر فعالیت های انسانی و بشری کمک رسان بشر شده اند.به یقین که نگاهی با کمی دورنگری و کمی بزرگ نمایی از آینده این رشته بسیار نگران کننده و شاید خطرناک باشد.تصور این که رباتی شما را در یک معامله بفریبد و یا رباتی که دارای احساس و اندیشه و جماعاتی رباتی که بر سر مسایل مورد نظر شان مثل کم توجهی به آنها شروع به شورش کنند و دیگر موارد که اکنون خنده دار و در باطن نگران کننده است.
 در راستای همین مطالب بد نیست نگاهی با تامل و جدی به فیلم "مرد 200 ساله" بیاندازید که به تصور شما کمک میکند.

           

● نتیجه گیری

 

اگر می خواهیم ایران به پیشرفت شایسته ی خود برسد . باید موانع را از جلو آن برداریم . در اولین قدم بهتر است در موارد زیر گامی محکم برداریم .

۱) آشنایی مردم با علم رباتیک و مزیت استفاده از ربات ها

۲) تاسیس رشته ی مهندسی رباتیک در تمامی دانشگاه های صنعتی کشور

۳) برگزاری هدفمند مسابقات رباتیک در رشته های بومی در راستای تولید ثروت از راه علم

۴) جلب اعتماد صنعت به نیرو های داخلی

۵) مشخص کردن هفته ای خاص به نام هفته ی رباتیک

۶) و ... .

همچنین آموزش و پرورش باید به متولی اصلی رباتیک تبدیل شود، آموزش و پرورش به دلیل این‌که به‌طور مستقیم با دانش‌آموزان در تماس است، می‌تواند به بهترین متولی رباتیک در کشور تبدیل شود و با تشکیل کانون و انجمن رباتیک، علاقه‌مندان به این رشته را به‌طور پیوسته به سمت و سوی خود سوق دهد.

همچنین بر گزرای مسابقات رباتیک در زمینه های مختلف از جمله مسابقات روبوکاپ ،مسابقات رباتیک در حوزه ی خدمات شهری و روباتهای امداد ونجات ، می تواند فرهنگسازی  مناسبی برای استفاده از دانش رباتیک برای پاسخگویی به نیازهای مردم در سطح جامعه  می باشد .

بسیاری از مردم از اینکه ربات‌ها تعداد شغل‌ها را کاهش دهد و افراد زیادی شغل خود را از دست دهند، نگرانند. این تقریباً هرگز قضیه‌ای بر خلاف تکنولوژی جدید نیست. در حقیقت اثر پیشرفت‌ تکنولوژی مانند ربات‌ها (اتومبیل و دستگاه کپی و...) بر جوامع ، آن است که انسان بهره‌ورتر می‌شود.

در حوزه   رباتیک مشکلاتی در رابطه با انسان‌های شرور و استفاده از ربات‌ها برای مقاصد شیطانی داریم. مطمئناً ربات‌ها می‌توانند در جنگ‌های آینده استفاده شوند. این می‌تواند هم خوب و هم بد باشد. اگر انسان‌ها اعمال خشونت آمیز را با فرستادن ماشین‌ها به جنگ یکدیگر نمایش دهند، ممکن است بهتر از فرستادن انسان‌ها به جنگ با یکدیگر باشد. ربات‌ها می‌توانند برای دفاع از یک کشور در مقابل حملات استفاده می‌شوند تا تلفات انسانی را کاهش دهد. آیا جنگ‌های آینده می‌تواند فقط یک بازی ویدئویی باشد که ربات‌ها را کنترل می‌کند؟         

   

 

 

ربات های جنگجو

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

مقدمه:

با توجه به رشد روز افزون علوم و فنون مختلف در کشور و با توجه به جایگاه رباتیک در نقشه جامع علمی کشور برآن شدیم که با تحول در قوانین و برگزاری مسابقات ربات های جنگجو  قدمی در این مسیر برداشته و با وجود ابزارها و تنوع در مهندسی مکاترونیک و رباتیک این علم را کاربردی تر سازیم.

 پس از برگزار کردن چندین دوره مسابقات کشوری ربات های جنگجو و با توجه به ماهیت این مسابقات و  استقبال بی نظیری که از این مسابقات می شود، لازم دانستیم نکاتی را متذکر شویم و خواهشمندیم که به این نکات توجه فرمایید:

تمام شرکت کنندگان با مسئولیت خود در این مسابقات شرکت می کنند و از آنجا که مسابقات ربات های جنگجو ماهیت خطرناک دارد , مسئولیت هر پیشامدی متوجه خود شرکت کنندگان است و امکان جلوگیری از تمام حوادث به صورت صد در صد وجود ندارد . بنابر این لطفا مراقب باشید تا به خود و دیگران در حین مسابقه , تست و یا ساخت ربات آسیب نرسانید.

قبل از مسابقات هر تیم ملزم به فرستادن فایل توضیحی ربات در قالب PDF به آدرس اینترنتی مسئول مسابقات جنگجو می باشد، جهت تایید نهایی تیم ها نیز باید توضیحات کامل اسلحه های استفاده شده در ربات، فرستاده و تأیید شود.

 

                                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

مشخصات ربات :

ربات های جنگجو رباتهایی هستند که در زمینی محافظت شده به جنگ پرداخته و سعی در نابودی یکدیگر دارند.این رباتها اغلب سنگین وزن بوده و در ابعاد مختلف ساخته می شوند.

ماکسیمم ابعاد ربات : طول =75 و عرض=75 و ارتفاع=75 سانتی متر

مینیمم وزن ربات = 19 کیلوگرم و ماکسیمم وزن ربات = 75 کیلوگرم

کنترل ربات ها بی سیم می باشد و هر ربات باید بتواند جهت جلوگیری از تداخل فرکانسی در 2 فرکانس مختلف کار کند.

ربات ها می توانند از اسلحه استفاده کنند ولی اسلحه باید به طریقی که در قوانین ذکر شده طراحی شده و زمین مسابقات گنجایش آن را داشته باشد (استفاده از مواد آتش زا و مایعات غیر مجاز می باشد).

فعال سازی و غیر فعال سازی به موقع ربات ها بسیار مهم و حائز اهمیت است.ربات ها می بایست تنها در زمین مسابقه و یا منطقه تست و یا ناحیه مورد تایید داوران فعال شوند.

ربات ها نمی توانند تحت هر شرایط در حالت روشن و فعال وارد زمین مسابقه شوند و همچنین جهت حمل و نقل می بایست از روی زمین برداشته شده و در حالی که هیچگونه حرکتی ندارند ، به منطقه شروع مسابقه برده شوند.

کلیه ربات ها باید راهی برای قطع کامل سیستم حرکتی و جنگیشان داشته باشند که به سادگی قابل استفاده بوده و خطری برای فردی که آن را خاموش می کند نداشته باشند. (بخصوص سیستم هایی که می توانند منجر به صدمه بدنی افراد شوند).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تعریف اسلحه ربات:

 ابزار یا مکانیزمی که در جهت نابود کردن و از کار انداختن ربات حریف استفاده می شود.(اسلحه باید به طریقی طراحی گردد که به زمین و شرکت کنندگان آسیب نرساند )

اسلحه الکتریکی (شک الکتریکی و ..)

هر وسیله یا ایده ای که با جریان ، ولتاژ بالا ، تجهیزات الکترونیکی یا به هر طریق دیگر مجاز طبق قوانین بتواند در زمین مسابقه مدارهای الکترونیکی ربات حریف را نابود و از کار بیاندازد.

5 سانتی متر

شعاع و قدرت عملیاتی بیشتر از 1 متر مجاز نمی باشد.

3 سانتی متر

پرتاب تیر :

1.5 سانتی متر

ابعاد هر تیر مطابق شکل روبرو می باشد و این تیر ها توسط مسئولین فنی برگزاری مسابقات قبل از مسابقه به تیم ها تحویل داده می شود.

وسیله پرتاب تیر نیز باید به طریقی ساخته شود که تیر را به سمت ربات حریف نشانه گیری و پرتاب کند، همچنین قدرت پرتاب تیر باید به اندازه ای باشد که به ربات حریف برخورد کند و شدت ضربه بیشتر از آن مجاز نبوده و در صورت صدمه زدن به زمین امتیاز منفی دارد.

هدف از این مسابقه نشانه گیری و پرتاب تیر است بنابراین شدت ضربه مهم نبوده و تنها برخورد تیر با ربات حریف امتیاز دارد . استفاده از مواد آتش زا نیز غیر مجازمی باشد.

در صورت تماس دو ربات با یکدیگر پرتاب تیر امتیازی ندارد و باید ربات ها از هم دیگر فاصله داشته باشند سیستم پنوماتیک


 

در رباتها:

سیستم های پنوماتیکی باید یکی از گازهای زیر را استفاده کنند :

دی اکسید کربن(CO2 ) – هوا – نیتروژن (N2 )

تمام اجزای پنوماتیکی باید ضامن امنیتی داشته باشند و باید در یک بدنه محافظ قرار گیرند هر مخزن گاز (مانند سیلندرهای گاز , تانکر های حائل و ..) باید طوری تقویت شوند که ربات را حتی هنگام ترکیدن رها نکنند.

سیلندر های پنوماتیکی نباید از هیترها یا تقویت کننده های فشار استفاده کنند.

هیدرولیک:

مخازن ذخیره سیال هیدرولیکی باید از جنس مناسب و کاملا در مقابل ترکیدن ایمن باشد.

خطوط سیال هیدرولیکی باید مورد تایید باشند بطوریکه بتوانند حداکثر فشار موجود در ربات را تحمل کنند.

راه های خطوط سیال هیدرولیکی باید تایید شوند تا اتفاقاتی نظیر شکسته شدن یا وقوع هر اتفاق خطرناکی کاهش یابد. مخازن تحت فشار هیدرولیکی ممنوع هستند(از هر فرمی که ساخته شده اند)

 

سلاح ها و مواد غیر مجاز:

1-     استفاده از هر گونه وسیله ای که در ارتباطات رادیویی و کنترلی تیم مقابل اختلالی ایجاد کند  (تجهیزات پارازیت فرکانسهای رادیویی و ...).

2-     سلاح ها یا دفاع هایی که باعث توقف مسابقه شوند.

3-     استفاده از گرما ، آتش و هر نوع مواد آتش زا در هر قسمت ربات

4-     استفاده از نور و دود به عنوان سلاح که موجب محدود شدن دید داور، تماشاچیان یا کنترلر واعضای تیم حریف شود .

5-     مواد مخاطره انگیز و خطرناک در قسمت هایی از ربات که ممکن است در تماس با انسان باشد.

6-     استفاده از موتورهای احتراقی نیز ممنوع می باشد.

استفاده از هر سلاحی با مجوز هیئت داوران مجاز می باشد که با فرستادن مستندات و مشخصات سلاح قبل از مسابقات مجوز آنها صادر می شود.

.

شرایط مسابقه:    

تیم ها در کلاس سنگین وزن به نبرد می پردازند و در آخر  3 تیم مقام می آورند.

تیم ها در تعداد ربات محدودیت ندارند اما در هر مسابقه تنها یک ربات می تواند شرکت کند

زمان کل مسابقه 15 دقیقه می باشد .

قبل از شروع مسابقه به هر تیم 5 دقیقه زمان برای تنظیمات داده می شود.

ازهر تیم تنها 3 نفر حق حضور در کنار زمین مسابقات را دارند, 1 نفر برای کنترل و 2 نفر برای تنظیمات ربات .

استفاده از هر گونه سیم ارتباطی با ربات ممنوع می باشد, تیم ملزم به استفاده از باتری می باشند , باتری ها باید به طریقی انتخاب شوند که هنگام آسیب دیدن هیچگونه ترشح ویا ریزشی نداشته باشند.

اگر رباتی به مدت 50 ثانیه در چاله بماند ریست می شود.(چاله ها به طریقی طراحی شده است تا ربات ها سیستمی برای رهایی از چاله ها در نظر بگیرند)

در هر مسابقه داوران ربات ها را از نظر ایمنی مورد بررسی قرار می دهند  و حضور و یا عدم حضور ربات ها را در مسابقه تعیین می کنند . شما به عنوان طراح ربات وظیفه دارید که تمامی موارد و پتانسیل هایی که می توانند خطر ساز باشند را برای داوران روشن سازید.

در هر مسابقه داوران ربات ها را از نظر وزن و اندازه و مسابقه را از نظر ایمنی مورد بررسی قرار می دهند.

محدودیت ابعادی فقط قبل از شروع مسابقه است.در حین مسابقه ابعاد می تواند تغییر کند.

نحوه امتیازدهی:

در امتیاز بندی ضربات به دو نوع تقسیم می شوند که برای هرکدام امتیاز جداگانه ای تعلق خواهد گرفت.

1- ضربات سنگین : ضربه ای که ربات ها به همدیگر وارد می کنند باید قدرتمند بوده و در جهت نابود کردن ربات حریف باشد مانند: پرتاب کردن ربات حریف , ضربات سیستم هایی مثل چکش, تیغ اره و ..

2- ضربات سبک : ضرباتی که تغییری در ربات حریف ایجاد نکند .تشخیص نوع ضربات به عهده هیئت داوران می باشد.

قرار گرفتن در معرض تله های زمین مانند شعله های آتش یا تیغ اره و .. به صورت لحظه ای , جزو ضربات سنگین محاسبه می گردد و با توجه به میزان آسیب رسانی امتیاز های متفاوتی را از تیم ها کسر می کند.

 

امتیاز به ضربه های کارساز و حمله هایی که منجر به عقب نشینی حریف بشود داده می شود.

شروع زود تر از موعد , بی حرکت ماندن ربات بدون دخالت ربات حریف به مدت 20 ثانیه و مواردی که در روز مسابقه اعلام می شود، باعث ریست ربات می شود . و اگر رباتی بیشتر از 3 بار ریست شود حذف می شود.

رباتی برنده اعلام می شود که بتواند بیشترین صدمه را به ربات حریف زده باشد و امتیاز بیشتری بدست آورده باشد و خطای کمتری داشته باشد و یا ربات حریف را تخریب و بی حرکت سازد.

در صورت تساوی امتیازات در پایان مسابقه اصلی, امتیاز بخش فنی و وزن ربات ها ملاک قرار خواهد گرفت.

شرح کامل و مقدار امتیازات در زمان مسابقه اعلام خواهد شد.

زمین مسابقات:

زمین مسابقه به شکل یک شش ضلعی با ابعاد یک دایره محاطی به شعاع 3 متر می باشد و در اطراف آن دیواره هایی به ارتفاع 2 متر قرار خواهد گرفت . زمین مسابقه دارای 2 ورودی به عرض 120 سانتی متر و زاویه ای حدود 90 درجه می باشد جایگاه استقرار کنترل کننده ها و داوران که با رنگ قرمز مشخص گردیده دارای دید کاملی نسبت به زمین است. جنس کف زمین از ورق آهن است و حصار زمین از جنس شفاف انتخاب گردیده است .

ممکن است در داخل زمین از تله های آتش , چاله های خالی , اره , چکش , تله های الکتریکی و... استفاده شود که برخورد با تله ها بسته به نوع برخورد و ضربه، امتیاز منفی دارد.

زمین مسابقات با تلرانس 2% می باشد .

جهت اطلاع از قوانین تکمیلی به سایت مسابقات مراجعه فرمایید

(قسمت روباتهای جنگجو):

 محمد جواد فتوحی

آرمین بادامی

مجید عارفخانی

       




:: برچسب‌ها: مهندسی رباتیک, آموز ه هایی از رباتیک
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢٧
نظرات ()
 
جهت اطلاع از تنظیمات و ویــــرایش این قالب اینجا را کلیک کنید.

.:: کلیک کنید ::.