آموز ه هایی از رباتیک

 

 

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 اعلامخطر:

(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

/ 0 نظر / 38 بازدید