پروژه ی ما تحت عنوان (ربات مسیر یاب هفت سنسور) که در سه فصل تهیه شده است ، فصل اول مستندات این پروژه به بررسی تعاریف خاصی که در زمینه رباتیک وجود دارد و همچنین موضوعات مرتبط با آن مانند تاریخچه رباتیک ، انواع ربات ها، دسته بندی ربات ها  پرداخته ایم.

در فصل دوم کاربرد ربات ها و همچنین اجزاء رباتها را مورد بررسی قرار داده ایم.

در فصل سوم، ساختن ربات مسیر یاب ، شرح عملکرد ربات ، توضیحات مدار و برنامه ربات و همچنین تصاویری از قطعات این ربات و تصویر ربات مسیر یاب به طور کامل قرار داده شده است .

ربات مسیریاب رباتی است که می تواند در یک مسیر از قبل تعیین شده حرکت کند، این مسیر میتواند یک خط سیاه در زمینه سفید یا یک خط سفید در زمینه سیاه باشد. یا مخلوطی از هر دو باشد. ربات باید بتواند انواع مسیرهای موجود مانند پیچ، بریدگی، خطوط زاویه دار و مهم تر از همه حلقه را در کمترین زمان ممکن طی کند. 

اتوماسیون در بخش های مختلف صنعت و كارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا كرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد. بیش از چند دهه از ظهور كارخانجات كاملاً مكانیزه كه در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیك بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد. اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن كارخانجات مكانیزه ای بوده ایم كه طراحی، ساخت و نحوه كار آن ها واقعاً حیرت انگیز است. ایده و دانش كنترل اتوماتیك و استفاده از سیستمهای مكانیزه در كارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد. ما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سالهای اخیر بوقوع پیوسته است.

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.

ربات ها، تاریخچه و انواع آن ها

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.

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 اسلواکی1(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.

رُبات1 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 ماشین های مکانیکی برای بهتر به انجام رساندن اعمالی از قبیل احساس کردن درک نمودن و جابجایی اشیا یا اعمال تکراری شبیه جوشکاری تولید می‌شوند.

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.

دو تعریف دیگر در رابطه با كلمه ربات از قرار زیر می باشند :

دانشمند مسلمان کردتبار ، ابو العز بن اسماعیل بن الرزاز الجزری در سال 515 هجری شمسی در شهر الجزری واقع در شمال عراق امروزی پا به این جهان گذاشت .او در شهر دیاربکر واقع در ترکیه امروزی مشغول به تحصیل و فرا گیری علم شد و تا آخر عمر در دیاربکر زندگی کرد و در سال 585 هجری شمسی درگذشت. لازم به ذکر است در آن دوره الجزری و دیاربکر جزئی از سرزمین ایران بود. الجزری نخستین ربات قابل برنامه‌ریزی انسان نما را در اواخر عمرش ساخت. به این علت او به عنوان پدر علم مهندسی رباتیک جهان شناخته می شود. اختراع او، یک قایق آبی بود که در آن چهار نوازنده‌ ی مصنوعی موسیقی برای مراسم و برنامه‌های جشن سلطنتی، آهنگ می‌نواختند و حاضران را سرگرم می‌کردند، سازها به صورت هیدرولیک1 و با کمک آب برنامه ریزی می شود. او در سال 585 هجری شمسی کتابی با نام " دانستنی هایی در رابطه با مکانیزم های هوشمند " نوشت. این ربات انسان نما و چند مکانیزم موتوری انتقال آب و چند ساعت از زیبا ترین طرحهای او در این کتاب می باشد.

علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است:

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.

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

حدود سال 1250م: بیشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus)  ضیافتی ترتیب داد که درآن، میزبانان آهنی از مهمانان پذیرایی می کردند . سنت توماس آکویناس (Thomas Aquinas  ) برآشفته شد ، میزبان آهنی را تکه تکه کرد و بیشاپ را ساحر و جادوگر خواند .

سال 1640م: دکارت ماشین خودکاری به صورت یک خانم ساخت و آن را Ma fille Francine می نامید . این ماشین که دکارت را در یک سفر دریایی همراهی می کرد ، توسط کاپیتان کشتی به آب پرتاب شد چرا که وی تصور می کرد این موجود ساخته شیطان است.

سال 1738م: ژاک دواکانسن (Jacques de Vaucanson) یک اردک مکانیکی ساخت که از بیش از 4000 قطعه تشکیل شده بود . این اردک می توانست از خود صدا تولید کند ، شنا کند ، آب بنوشد ، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع کند . امروزه در مورد محل نگهداری این اردک اطلاعی در دست نیست.

قرن 18م: یک مدل ساده از ربات کهKarakuri Ningyo  نامیده میشد در ژاپن به وجود آمد . این عروسک در مراسم چای ژاپنی مورد استفاده قرار گرفت و از چوب ساخته می شد . هنگامی که یک فنجان در سینی قرار می گرفت , یک استوپر توسط فنری که به بازوی عروسک متصل شده بود آزاد شده و با برداشتتن فنجان از سینی مجدداً به جای خود باز می گشت . وقتی دوباره فنجان در جای خود قرار می گیرد وزن فنجان مجداً استویییپر را تحریک می کرد و این حرکت دوباره استوپر را آزاد می نمود که این کار دستگیره را فشار می داد و باعث می شد عروسک با یک حرکت U دوباره به وضعیت اولیه خود باز گردد.

سال 1805م: عروسکی توسط میلاردت (Maillardet) ساخته شد که می توانست به زبان انگلیسی و فرانسوی بنویسد و مناظری را نقاشی کند . سال 1923م : کارل چاپک (Karel Capek)  برای اولین بار از کلمه ربات (robot) در نمایشنامه خود به عنوان آدم مصنوعی استفاده کرد . کلمه ربات از کلمه چک robota گرفته شده است که به معنی برده و کارگر مزدور است . موضوع نمایشنامه چاپک ، کنترل انسانها توسط رباتها بود . ولی او هرگونه امکان جایگزینی انسان با ربات و یا اینکه ربات ها از احساس برخوردار شوند ، عاشق شوند ، یا تنفر پیدا کنند را رد می کرد .

سال 1940م: شرکت وستینگهاوس (Westinghouse Co.) سگی به نام اسپارکو (Sparko) ساخت که هم از قطعات مکانیکی و هم الکتریکی در ساخت آن استفاده شده بود . این اولین باری بود که از قطعات الکتریکی نیز همراه با قطعات مکانیکی استفاده می شد .

سال 1942م: کلمه رباتیک (robotics) اولین بار توسط ایزاک آسیموف در یک داستان کوتاه ارائه شد.

ایزاک آسیموف (1920-1992) نویسنده کتابهای توصیفی درباره علوم و داستانهای علمی تخیلی است .

دهه 1950م: تکنولوژی کامپیوتر پیشرفت کرد و صنعت کنترل متحول شد . سؤالاتی مطرح شدند. مثلاً : آیا کامپیوتر یک ربات غیر متحرک است ؟ سال 1954م : عصر ربات ها با ارائه اولین ربات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد .

سال 1956م: پس از توسعه فعالیت های تکنولوژی یک که بعد از جنگ جهانی دوم، یک ملاقات تاریخی بین جورج سی.دوول(George C.Devol)  مخترع و کارآفرین صاحب نام ، و ژوزف اف . انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) که یک مهندس با سابقه بود، صورت گرفت . در این ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسیموف پرداختند . ایشان سپس به موفقیتهای اساسی در تولید رباتها دست یافتند و با تأسیس شرکتهای تجاری ، به تولید ربات مشغول شدند. انگلبرگر شرکت Unimate  برگرفته از Universal Automation را برای تولید ربات پایه گذاری کرد . نخستین رباتهای این شرکت در کارخانه جنرال موتورز (General Motors) برای انجام کارهای دشوار در خودروسازی به کار گرفته شد . انگلبرگر را پدر رباتیک نامیده اند .

دهه 1960م: ربات های صنعتی زیادی ساخته شدند . انجمن صنایع رباتیک این تعریف را برای ربات صنعتی ارائه کرد  :ربات صنعتی یک وسیلة چند کاره و با قابلیت برنامه ریزی چند باره است که برای جابجایی قطعات ، مواد ، ابزارها یا وسایل خاص بوسیلة حرکات برنامه ریزی شده، برای انجام کارهای متنوع استفاده  می شود .

سال 1962م: شرکت خودروسازی جنرال موتورز نخستین ربات Unimate را در خط مونتاژ خود به کار گرفت .

سال 1967م: رالف موزر (Ralph Moser) از شرکت جنرال الکتریک (General Electeric) نخستین ربات چهارپا را اختراع کرد .

سال 1983م: شرکت Odetics یک ربات شش پا ارائه کرد که می توانست از موانع عبور کند و بارهای سنگینی را نیز با خود حمل کند .

سال 1985م: نخستین رباتی که به تنهایی توانایی راه رفتن داشت در دانشگاه ایالتی اهایو1 ساخته شد .

سال 1996م: شرکت ژاپنی هندا ( Honda ) نخستین ربات انسان نما را ارائه کرد که با دو دست و دو پا طوری طراحی شده بود که می توانست راه برود، از پله بالا برود، روی صندلی بنشیند و بلند شود و بارهایی به وزن 5 کیلوگرم را حمل کند .

ربات ها روز به روز هوشمندتر می شوند تا هرچه بیشتر در کارهای سخت و پر خطر به یاری انسانها بیایند .

ربات ها در سطوح مختلف دو خاصیت مشخص را دارا می باشند :

به منظور دسته بندی ربات ها لازم است كه قادر به تعریف و تشخیص انواع مختلف آنها باشیم.

سه دسته بندی مختلف در مورد ربات ها وجود دارد

انجمن رباتهای صنعتی ژاپن، رباتها را به شش گروه زیر تقسیم می كند :

انستیتوی رباتیك آمریكا تنها موارد 3 و 4 و 5 و 6 را به عنوان ربات پذیرفته است.

مؤسسه ربات صنعتی فرانسوی، ربات ها را به شكل زیر تقسیم كرده است:

نوع A:  دستگاهی كه توسط دست یا از راه دور كنترل می شود (مورد 1 طبقه بندی قبل).

نوع B:  وسیلة حمل كننده خودكار با یك سیكل محاسبه شده از قبل  (موارد 2 و 3 طبقه بندی قبل).

نوع C: دستگاهی قابل برنامه ریزی و با توانایی خود كنترل (موارد 4 و 5 طبقه بندی قبل).

نوع D: دستگاهی كه قادر است اطلاعات معینی از محیط را بدست بیاورد و به عنوان ربات باهوش معروف است (مورد 6 طبقه بندی قبل).

ربات های 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.

3- رباتهای پرنده

4- رباتهای چند گانه(هایبرید1) که ترکیبی از رباتهای بالا یا ترکیب با جابجاگرها هستند

1-4-2- ربات همکار

رباتهای همکار رباتهایی 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.

1-4-3- نانوبات‌ها

اگر چه در حال حاضر كارایی‌های انسان و روبات با هم قابل مقایسه نیستند، اما ری كورزویل1 در مورد آینده عقیده دیگری دارد. او كه نویسنده و متخصص رشته كامپیوتر است در یكی از نوشته‌های خود با صراحت اظهار امیدواری كرده است تا سال 2029 انسان با توجه به روند شناخت و ساخت هوش مصنوعی میتواند روباتی را بسازد كه در هوش و تصمیم گیری با انسان برابر باشد. كورزویل معتقد است در سالهای 2030 انسان خواهد توانست نانوبات Nanobots یا روباتهای بسیار كوچك 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. كورزویل در مقابل كمیته علوم كنگره آمریكا اعتراف كرده است در حال حاضر انسان از چنین تكنولوژی برخوردار است و آن را بر روی تعدادی حیوان نیز آزمایش كرده است. او در ادامه شهادت خود در كنگره آمریكا اضافه كرده است دانشمندان توانسته‌اند با انتقال 7 ننو روبات به بدن موش آزمایشگاهی دیابت او را علاج كرده و انسولین را از منذهای پوست خارج كنند.آخرین كتاب كورزویل "شگفتی در راه است، برتری انسان بر بیولوژی2" نیز بر اساس پیش بینی‌های علمی او نوشته شده است.

 

او در این كتاب مینویسد در 25 سال آینده ننوبات‌ها در خون جاری در رگها هر نوع بیماری را با نابود كردن عوامل بیماری زا از بین برده و پس از خارج كردن آثار باقیمانده مرض همزمان به مرمت اشتباهات موجود در دی ان ای و ساختار بیولوژیكی انسانی خواهد پرداخت. كورزویل در بخش اقتصادی ورود روبات به خانه‌ها اعتقاد دارد در فاصله سالهای 2020 تا 2030 هر كس با كمك روبات و ننوتكنولوژی1 و تولید كننده‌های مولكول، در خانه خود قادر خواهد بود هر نوع محصول غیر ارگانیك2 را تهیه كند.

1-5- طبقه بندی رباتها

تا بحال طرح های زیادی در طبقه بندی رباتها ارائه شده است كه بیشتر آنها به بعضی جوانب رفتاری یا فیزیكی ربات توجه داشته اند. ولی طبقه بندی استانداردی در مورد ربات وجود ندارد. با طبقه بندی رباتها می توان مشخصه های آنها را با هم مقایسه كرد و برای یك كاربرد بخصوص، ربات مناسب را انتخاب كرد :

1-5-1- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر كاربرد

از نقطه نظر كاربرد، رباتها را می توان به سه دسته تقسیم كرد :

 1-5-1-1- رباتهای صنعتی

بسیاری از رباتها قادر به انجام عملیات لازم برای تولیدات صنعتی می باشند. رباتهای جوشكار، رنگ پاش، مونتاژ كننده و غیره، رباتهایی می باشند كه در صنعت كاربرد فراوانی دارند.

 

 1-5-1-2- رباتهای شخصی و علمی

 بیشتر رباتهای علمی قابلیتهای بهتری نسبت به رباتهای صنعتی دارند. این گونه رباتها در تعداد كم ساخته می شوند و هدف اصلی بهره برداری علمی از آنهاست. این گونه رباتها بیشتر در زمینه تحقیق در هوش مصنوعی ساخته می شوند و كنترلر بخصوصی ندارند و یك كامپیوتر از طریق زبانهــای برنامه نویسـی سطح بالا كنترلر آنها می باشد. معمولاً به خاطر سرعت و دقت كم، قیمت كمتری دارند.

 

 1-5-1-3- رباتهای نظامی

این رباتها دارای مواد منفجره و سلاح های گردان می باشند و با محیط خود از طریق سنسور ارتباط برقرار می كنند. همچنین این رباتها قادر به ارتباط برقرار كردن با اپراتور انسان و دیگر سیستم ها می باشند.

 

1-5-2- طبقه بندی از نقطه نظر استراتژی كنترل در نسلهای ربات

این تقسیم بندی ها در حقیقت متكی به اصول سیستمهای كنترلی رباتهاست و بصورت زیر نامگذاری شده اند :

 1-5-2-1- نسل اول

در اولین نسل، كنترل فقط در یك سری نقاط توقف انجام می گیرد. اینگونه كنترل به كنترل حلقه باز معروف می باشد. این نوع رباتها محدود به انجام حركات كوچك (حركت دادن قطعه ای از یك نقطه به نقطه دیگر) می باشند.

 1-5-2-2- نسل دوم

ساختار كنترلی این نسل همان ساختار حلقه باز می باشد ولی بعوض یك سری كلیدهای كنترلی، حركات كنترلی توسط یك سری عدد كه در حافظه سیستم ضبط شده اند، انجام می گیرد. بعضی رباتهای امروزی جزو همین نسل می باشند كه به نسل اول كلی قابلیت و توان كامپیوتری اضافه كرده اند و تنها كار هوشمند آنها یادگیری یك سری از عملیات برای بازوی مكانیكی می باشد كه توسط اپراتور انسان و به كمك جعبه كنترل  

انجام می گیرد.

  شكل 4 : كنترلر نسل اول و دوم رباتها

 

این رباتها قابلیت نشان دادن عكس العمل در برابر حوادث پیش بینی نشده را ندارند. به عبارت دیگر، بخش كنترلر در نسل اول مكانیكی و در این نسل الكترونیكی می باشد.

برای این رباتها بایستی محیط كارخانه با دقت هر چه تمامتر مناسب آنها وفق داده شود، قطعات با دقت زیاد در موقعیت مناسب خود قرار گیرند و روابط بین ماشینها به دقت معین شوند. بیشتر كاربرد اینگونه رباتها در كاربردهای جوشكاری و رنگ پاشی می باشد. شكل 4-2 در صفحه 19شماتیك كنترل نسل اول و دوم را نشان می دهد.

 

 1-5-2-3- نسل سوم

از اختراع نسل سوم رباتها 15 تا 20 سال می گذرد. سیستم كنترلی این نسل به كنترل حلقه بسته معروف می باشد. در این نسل، كنترلر ربات یا یك كامپیوتر می باشد و یا یك پروسسور ارزان قیمت می باشد كه به آن اضافه شده است. بدین ترتیب رباتهای نسل دوم دارای قابلیتهای زیادتری شده و نسل سوم بوجود آمده است. با اضافه شدن قدرت محاسبات كامپیوتری، محاسبات لازم برای كنترل حركت هر درجه ازادی جهت انجام حركت صاف عامل نهایی در طول مسیر تعیین شده، بصورت بلادرنگ انجام می گیرد. وضعیت محیط اطراف از طریق سنسورهای نیرو و گشتاور اخذ شده و در كنترل بكار گرفته   می شود. با حضور سنسورهای متفاوت، چندین ربات می توانند بی هیچ مشكلی كارهای متفاوتی را انجام دهند. برنامه ریزی اینگونه رباتها به كمك یك سری زبانهای سطح بالا انجام می گیرد.

   شماتیك كل این سیستمها را در شكل 5-2 مشاهده می كنید. كاربردهای این نسل جوشكاری نقطه ای، رنگ پاشی، مونتاژ می باشند.

 

 شكل 5 : كنترلر نسل سوم رباتها

 

 1-5-2-4- نسل چهارم

نسل چهارم رباتها در چند سال اخیر معرفی شده است ولی پتانسیل كامل كاری آنها به زودی محقق نمی شود. در این نسل، رباتها دارای هوش مصنوعی بوده و ادراكاتی بیشتر از نسل سوم مانند قدرت تصمیم گیری و تشخیص طرح و ابعاد قطعه و همچنین تكمیل و تصحیح حركات در عملیات مختلف را دارا می باشند. قدرت بینایی، مشابه سازی از تأثیرات محیطی به صورت دیجیتال و استفاده از سنسورها از ویژگیهای این نسل از رباتها است. در این رباتها، چندین پروسسور وجود دارند كه هر یك بصورت آسنكرون یك سری عملكرد بخصوص را انجام می دهند و یك كامپیوتر ناظر، مسئول هماهنگی و نظارت بر این پروسسورها بوده و عملكردهای سطح بالا را برای آنها مهیا می كند. هر پروسسور سیگنالهای سنسوری داخلی (موقعیت، سرعت و جهت) را دریافت می كند، بخشی از كنترل كننده سرو سیستم می باشد. كامپیوتر ناظر بر پروسسورها، محاسبات هماهنگ كننده بین عملیات پروسسورها را انجام می دهد و با سنسورهای خارجی و تجهیزات و كامپیوترهای دیگر ارتباط دارد و برنامه های متنوع را اجرا می كند. هدف اصلی در این نسل طراحی پردازش سلسله مراتبی توزیعی  می باشد كه قابلیت انعطاف را بالا برده و بسادگی تغییرات را فراهم می كند. در این نسل سنسورها در نهایت باهوشی پیرامون خود را احساس كرده و با استفاده از مفاهیم هوش مصنوعی و با زیركی هر چه تمامتر و با وجود كمترین اطلاعات، كار خود را به نحو احسن انجام می دهند. شكل 6-2 شماتیك كنترل این نسل را نمایش می دهد.

 

 شكل 6 : كنترلر نسل چهارم رباتها

 

1-5-3- طبقه بندی از نقطه نظر محرك مفصلها

هر محور حركت دارای یك كارانداز می باشد كه سیگنالهای الكتریكی كامپیوتر را به حركات مكانیكی تبدیل می كند. در بیشتر رباتهای تحت كنترل كامپیوتر، محورهای حركت تحت سیستم های حلقه بسته كنترل می شوند. سیگنال برگشتی با مقدار واقعی مقایسه شده و تصمیم گیری مناسب برای رفع میزان خطا انجام می گیرد تأمین كننده های محرك مفصلها عبارتند از :نیروی الكتریكی، نیروی هیدرولیكی و نیروی پنوماتیكی1.

 

 1-5-3-1- سیستمهای الكتریكی

سیستمهای انرژی الكتریكی یكی از انواع سیستمهای تأمین نیروی محركه ربات می باشد. یكی از مزیتهای این سیستم ها ایجاد نیرو و افزایش آن به نرمی و با سرعت كم و كاهش آن به نرمی و بدون هیچگونه شوك می باشد. سیستمهای الكتریكی برای جوشكاری با قوس الكتریكی، جوشكاری نقطه ای، حمل مواد و سوراخ كاری در خط تولید مورد استفاده قرار می گیرند.

موتورهای الكتریكی می توانند با جریان مستقیم و جریان متناوب مورد استفاده قرار گیرند.

البته هر كدام از محدودیتها و استفاده های خاص خود را دارا می باشد. قصد نداریم كه كاركرد تك تك آنها را شرح دهیم و توضیح مختصری درباره موتورهایی كه بیشتر در رباتها استفاده می شوند، خواهیم داشت.

 

 1-5-3-2- موتورهایDC 

موتورهایDC بشكلهای سری، شنت (موازی) و تركیبی (كمپوند) وجود دارند. كنترل كردن سرعت موتورهایDC می تواند با تنظیم ولتاژ یا جریان و یا هر دو صورت گیرد. جهت حركت آنها به راحتی با معكوس كردن قطبها و جهت جریان اعمالی، معكوس می شود.

مقاومتهای متغیر نیز می توانند برای كنترل سرعت موتورهایDC مورد استفاده قرار گیرند. مقاومت بصورت سری با سیم پیچها بسته می شود و با تنظیم آن ولتاژ مورد نیاز موتور كاهش یا افزایش می یابد.

برای اینكه بتوان دریافت كه در چه مواقعی از كدام موتور DC باید استفاده نمود. می بایستی مشخصه های آنها را با هم مقایسه كرد. برای مقایسه كافی است كه به مشخصه های گشتاور و سرعت نوع موتورها توجه كنیم، (نمودار 1). اگر موتورهای مختلف DC، با توان اسمی یكسان را با هم مقایسه كنیم. در این صورت تمامی مشخصه ها در یك نقطه تلاقی خواهند داشت و این نقطه مربوط به مقادیر اسمی مشترك می باشد. با توجه به محدوده تغییرات باری كه باید توسط موتور بچرخد، می توان موتور مناسبی را انتخاب نمود.

  نمودار 1 : مقایسه موتورهای DC

 

 1-5-3-3- موتورهای AC

موتورهای AC برای راه اندازی كمپرسورهای1 هوا یا پمپ های هیدرولیكی و دیگر تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

فصل دوم

  

  کاربرد رباتها و اجزاء آنها

2-1-کاربرد رباتها

2-1-1- ربات آدم نمای اعلام خطر1

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 ،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

 

2-1-2- ربات ها برای تقلید رفتار حیوانات

ربات ها برای تقلید رفتارحیوانات و حشرات بكار گرفته می شوند. به گزارش بخش خبر شبكه فن آوری اطلاعات ایران، از موج،محققین موفق شده اند به كمك ربات بسیار ریزی سوسك ها را كنترل كنند این موضوع می تواند جهت ارتباط با انواع مختلفی از حیوانات در آینده مورد استفاده قرار گیرد . انجمن تكنولوژی اروپا1 طراح این برنامه است كه رباتی را مجهز به دو موتور،چرخ ،باتری های قابل شارژ،چندین پردازنده كامپیوتری ،یك دوربین سبك برای دریافت احساسات و بازوهائی مجهز به سنسورساخته است. وقتی این ربات در یك جای پر از پیچ و خم و پوشانده شده با دیوارها قرار می گیرد ، به راحتی حركت می كند، می چرخد و می ایستد و می تواند راه خود را بدون برخورد با دیوارها و موانع پیدا كندو وقتی در كنار سوسكی قرارمی گیرد به سرعت رفتارهای آن را تقلید می كند. این ربات حتی قادر است انواع مختلفی از راه های ارتباطی را اجرا كند و سوسك را طوری گول بزند كه آن را به عنوان حشره واقعی بپذیرد.

 

این گروه سوسك را به عنوان نمونه اولیه آزمایشات خود بكار گرفتند چون رفتارهای آن نسبت به سایر گونه های حشرات مانند مورچه هابیشترقابل درك است.

این ربات نه تنها رفتار سوسك ها تقلید می كند بلكه در تغییر رفتار سوسك ها نیز بسیار موفق بوده به طوریكه با حركت این ربات به سمت نور سوسك ها نیز به تبعیت از آن به سمت نور حركت می كنند و در آن مكان تجمع می كنند .این موضوع نشان می دهد كه انسان به زودی قادر خواهد بود رفتارهای حشراتی كه به صورت

گروهی زندگی می كنند راماهرانه تقلید كند.

 

 

 

 

2-1-3- ربات تعقیب خط

نوعی از ربات است كه وظیفه اصلی آن تعقیب كردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یكی از كاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و كالاهای مختلف در كارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، كتابخانه‌ها و ... می‌باشد. ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه كتاب‌داری كتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت كه بعد از دادن كد كتاب، ربات با دنبال كردن مسیری كه كد آن را تعیین می‌كند، به محلی كه كتاب در آن قرار گرفته می رود و كتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر كاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، كف بیمارستان‌های پیشرفته خط كشی‌هایی 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 كه توانایی حركت كردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌كنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه كاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بكار بریم، خیلی كیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی:

الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال كند، به‌طوری كه خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد كه بهترین روش برای یافتن و دنبال كردن 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 كم كردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز كاهش 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 می‌كند.

 

 

2-1-4- ربات های حس کننده تماس

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.

 

 Vivek Maheshwari  و پروفسور Ravi Saraf, از دانشگاه نبراسکا1 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.

 

2-1-5- 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 فرانس تلکام2 برای این کار اجاره شده است, روز سه شنبه برای بازیابی یکی از جعبه ها که سیگنال3 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.

 

 

 

 

 

2-1-6- 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.

 

 

 

 

 

 

 

2-2- اجزاء اصلی یك ربات

مهندسی ربات، مهندسیهای نرم افزار، سخت افزار، برق و مكانیك را در خدمت خود گرفته است. بعضی مواقع این علوم به حد كافی پیچیده می باشند. همچنانكه در شكل 2-2 مشاهده می شود هر ربات دارای 5 مؤلفه به شرح ذیل می باشد :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  شكل 2-2 : مؤلفه های یك ربات

 

2-2-1- بازوی مكانیكی ماهر1

بازوی مكانیكی شامل چندین واصل است كه با مفصلها به هم وصل می شوند. این واصلها در جهات مختلف در فضای كاری قادر به حركت می باشند. حركت یك مفصل بخصوص باعث حركت یك یا چند واصل می شود.

عامل تحریك مفصل می تواند مستقیماً یا از طریق بعضی انتقالات مكانیكی بر واصل بعدی متصل شود.

به واصل نهایی بازوی مكانیكی وسیله كاری ربات وصل شده است كه به آن عامل نهایی می گویند. هر یك از مفصلهای ربات یك محور مفصل دارند كه واصل حول آن می چرخد. هر محور مفصل یك درجه آزادی(D.O.F) تعریف می كند. بیشتر رباتها دارای 6 درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای 6 مفصل، بمنظور حركت در 6 جهت. اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند. بطوركلی صرفنظر از جزئیات، محورهایی كه برای محاسبه موقعیت و استقرار مچ استفاده می شونــد، محورهای اصلی ربات هستند. محورهای مفصلهای باقیمانده جهت قرار گرفتن دست ربات را مشخص می كنند، ولذا محورهای فرعی نامیده می شوند.

دو نوع مفصل اصلی به صورت گسترده در صنعت رباتها بكار گرفته می شود. مفصل دورانی كه نمایش دهنده حركت چرخشی حول یك محور است و مفصل انتقالی یا لغزشی كه نمایش دهنده حركت خطی در طول یك محور است، (جدول 1).

 

Description NotationType

Rotary motion about an axis RRevolute  

 Linear motion along an axis P Prismatic 

 

 جدول 1 : انواع مفصل ربات

 

 

 

 

 

 

2-2-2- سنسورها

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند.

عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

 2-2-2-1- سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها

1-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2-کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6- کنترل تردد: سنسور نوری

 

7- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz  کار   می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار:  با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری:  سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.

عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم1 ایجاد نمی شود.

 2-2-2-2- سنسورهای القائی

سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان   می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی مانند (PLC) ارسال نمایند.

 

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی

ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود : اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی. قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

   قطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود. استاندارد (IEC947-5-2)  ضخامت قطعه 1 mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود.

به اندازه قطر سنسور

سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور 3Sn

ضرایب تصحیح: فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد. در جدول زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.

ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0

ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر 0.9

ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر 0.5

ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر 0.45

ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر 0.4

بعنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm  عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئیچینگ: حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد. بر حسب (Hz)این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010  با شرایط زیر اندازه گرفته می شود.

فاصله سوئیچینگ  (Switching Distance) S:

فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد. استاندارد EN 50010

فاصله سوئیچینگ نامی  (Nominal Switching Distance) Sn:

فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.

فاصله سوئیچینگ موثر  (Effective Switching Distance) Sr:

فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسیوس می باشد. در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn<SR<1.1SN< FONT>

فاصله سوئیچینگ مفید  (Useful Switching Distance) Su:

فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود. 0.81Sn<SU<1.21SN< FONT>

 

فاصله سوئیچینگ عملیاتی  (Operating Switching Distance) Sa:

فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است. 0<SA<0.81SN< FONT>

هیسترزیس  H :

فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر این مقدار 10% مقدار نامی می باشد. استاندارد EN 60947-5-2

قابلیت تکرار (Repeatability) R:

قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: 23 درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr  می باشد.)

پایداری حرارتی (Temperature Drift):

  تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسیوس زیر صفر تا 60 درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر 10% است.

حرارت محیط  (Ambient Temperature) Ta:

محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.

کلاس حفاظتی:  IP67 (DIN 40050)

نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو یا چند سنسور القائی در مجاورت هم و یا در مقابل هم نصب شوند، شرایط زیر باید رعایت شود :

الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush:

سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است. هرگاه دو یا چند عدد از این سنسورها همسطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب شوند رعایت فواصل نصب مطابق شکل زیر الزامی می باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهای القائی Non-Flush:

 در سنسورهای Non-Flush (Unshielded) قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد. فاصله سوئیچینگ این نوع سنسورها بیشتر از سنسورهای Flush می باشد. اما فرکانس سوئیچینگ آن در مقایسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهای القائی در مقابل هم:

هر گاه دو سنسور القائی در مقابل هم نصب شوند رعایت فاصله حداقل 6 Sn الزامی می باشد.

 

2-2-3- كنترلر

بخشی است كه به بازوی مكانیكی، هوش انجام كار را می دهد. كنترلر معمولاً از بخشهای ذیل تشكیل می شود :

  1- واحدی كه اجازه می دهد ربات از طریق سنسورها با محیط بیرون ارتباط داشته باشد.

  2- حافظه جهت ذخیره داده هایی كه مختصات را تعریف می كنند تا بازو با توجه به این مختصات حركت كند (برنامه).

  3- واحدی كه داده ذخیره شده در حافظه را تغییر می دهد و سپس داده را برای ارتباط دادن با مؤلفه های دیگر كنترل بكار می برد.

  4- حركت مؤلفه هــای بخصوصی در نقاط معینــی مقدار دهی اولیه شده و در نقطه بخصوص

دیگری پایان می یابند.

  5- واحد محاسباتی كه محاسبات لازم برای كنترلـر را انجام می دهد. به عبارت دیگر، برای انجام صحیح اعمال بایست یك سری محاسبات جهت مشخص كردن مسیر، سرعت و موقعیت بازوی مكانیكی انجام شود.

  6- واسطی جهت بدست آوردن داده ها (مختصات هر مفصل، اطلاعاتی از سیستم بینایی و ...) و واسطی جهت اعمال سیگنالهای كنترل به محرك مفصلها.

  7- واسطی جهت انتقال اطلاعات كنترلر به واحد تبدیل توان، به طوری كه محرك های مفصلها باعث بشوند كه مفصلها به صورت مطلوب حركت كنند.

  8- واسط به تجهیزات دیگر، بطوری كه كنترلر ربات با واحدهای خارجی یا ابزارهای كنترل دیگر، ارتباط داشته باشد.

  9- وسایل و تجهیزات لازم جهت آموزش ربات.

كنترلرهای رباتها كلاً به 5 دسته تقسیم بندی می شوند :

Ø كنترل با قدم ساده (Simple Step Sequencer)

Ø سیستم منطقی پنوماتیكی(Pneumatic Logic System)

Ø كنترلر با قدمهای الكترونیكی (Electronic Sequencer)

Ø میكرو كامپیوتر (Micro Computer)

Ø مینی كامپیوتر (Mini Computer)

سه كنترلر اول در رباتهای كم هزینه به كار برده می شوند. بیشتر كنترلرهای امروزی براساس میكروكامپیوترهای معمولی می باشند و سیستم كنترل براساس مینی كامپیوتر زیاد رایج نمی باشد، چرا كه نسبت به میكروكامپیوترها هزینه بالاتری دارند.

 

 

 

2-2-4- واحد تبدیل توان

این واحد سیگنالهای كنترلر را گرفته و به یك سیگنال در سطح توان محرك ها و موتورها، جهت حركت، تبدیل می كند. این واحــد شامل تقویت كننده های توان الكترونیكی برای رباتهای الكتریكی و شیرهای كنترلی و راه اندازهای هیدرولیكی برای رباتهای هیدرولیكی می باشد.

 

2-2-4-1- موتور: 

 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 ولت 

 14- جریان: 50mA-2A  

 

 

2-2-4-2- دسته بندی کلی موتورها 

   موتور DC

   موتور AC

   موتور پله‌ای1

   موتور خطی

•موتورهای DC

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

جهت استفاده : تعویض جهت چرخش موتور DC با معكوس كردن جهت جریان امكان پذیر است. 

سرعت: سرعت موتور به جریان و بار موتور بستگی دارد 

سرعت كمتر=توان بیشتر   

سرعت بیشتر=جریان یا ولتاژ بیشتر

 

•موتورهای AC :

ü موتورهای AC تک فاز 

ü موتورهای AC سه فاز

این موتورها با جریان متناوب برق كار می‌كنند لذا به آنها موتور  AC گفته می‌شود. یخچال، جاروبرقی و آبمیوه ‌گیری موتور  ACدارند. برای كنترل میزان چرخش موتور از وسیله‌ای بنام شفت انكودر استفاده می‌شود.

 

 

•موتور پله ای

كاربرد اصلی این موتورها در كنترل موقعیت است. این موتورها ساختار كنترلی ساده‌ای دارند. لذا در ساخت ربات كاربرد زیادی دارند. مطابق با تعداد پالسهایی كه به یكی 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-2-5- محرك مفاصل

این وسائـل تحت یك ســری شرایط كنتـــرل شده و دقیــق توان لازم را جهت مفصلها فراهم می آورند. این توان می تواند الكتریكی، هیدرولیكی یا پنوماتیكی باشد. پس به طور خلاصه یك ربات دارای مؤلفه های؛ اسكلت ساختاری، سیستم تحریك كننده مفصلها، سیستم سنسوری، كنترلر، سیستم تغییر سیگنال (تغییر سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعكس، تقویت سیگنال، فیلتر كردن سیگنال و ...) می باشد.

در شكل 3 سلسله مراتب ساختاری یك ربات متحرك را مشاهده می كنید. هر ماجول در شكل قابل تجزیه به زیر سیستم هایی می باشد. هم اینك رباتها با مفصلهای متحرك به خاطر سادگی ساخت و سرعت عمل و نزدیكی آن به قابلیت انعطاف بازوی انسان، در صنعت به طور وسیع استفاده می شوند.

 

 شكل 3 : سلسله مراتب زیر سیستم های یك ربات متحرك نمونه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 فصل سوم

ربات مسیریاب

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-1- ربات مسیریاب

 

 نوعی از ربات است كه وظیفه اصلی آن تعقیب كردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یكی از كاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و كالاهای مختلف در كارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، كتابخانه‌ها و ... می‌باشد.

ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه كتاب‌داری كتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت كه بعد از دادن كد كتاب، ربات با دنبال كردن مسیری كه كد آن را تعیین می‌كند، به محلی كه كتاب در آن قرار گرفته می رود و كتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر كاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، كف بیمارستان‌های پیشرفته خط كشی‌هایی 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 كه توانایی حركت كردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌كنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه كاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بكار بریم، خیلی كیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی: الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال كند، به‌طوری كه خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد كه بهترین روش برای یافتن و دنبال كردن 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 كم كردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز كاهش 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 می‌كند.

 

3-1-1- ربات مسیریاب 7 سنسور

•قطعات مورد نیاز

1. 7 عدد سنسور مادون قرمز CNY70

2. 1 عدد میکروکنترلر AVR 8051

3. 3 عدد پتانسیومتر 10K

4. 2 عدد خازن 22 پیکو فاراد

5. 2 عدد آیسی LM358

6. 6 عدد مقاومت 220 اهم

7. 5 عدد مقاومت 5 مگا اهم

8. 3 عدد خازن 0.1 الکترولیت

9. 1 عدد کریستال 4 مگا هرتز

10. 1 عدد مقاومت 4.7 کیلو اهم

11. 1 عدد منبع تغذیه 6 لتی

12. 1 عدد رگولاتور 7805

13. 2 موتور 7 تا 9 ولت dc

14. 1 عدد آیسی293

15. 2 عدد دیود 1N5817

16. 1 عدد کلید کشویی سه حالته

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-1-2- شرح عملکرد ربات مسیر یاب

رباتی که در اینجا تصمیم به تو ضیح نحوه ساخت آنرا داریم بروی زمینه سفید بدنبال خط مشکی حرکت میکند. میکروکنترلر مورد استفاده در روبات ATmega  می باشد. و کدهای برنامه ربات با استفاده از نرم افزار BASCOM  ایجاد شده اند.

ربات شامل دو موتور در طرفین خود می باشد، که جهت حرکت به جلو هر دو موتور را روشن می کند، زمان دور زدن به چپ موتور سمت چپ خاموش و موتور سمت راست روشن می شود و برای دور زدن به سمت راست موتور سمت راست خاموش و موتور سمت چپ روشن می شود. البته موتورهای بکار رفته DC موتور بوده و جهت کاهش سرعت و در نتیجه کنترل دقیق تر روبات از موتورهایی با گیربکس سرخود استفاده شده، در صورتی که به این نوع موتور دسترسی ندارید میتوانید از موتورهای اسباب بازی گیربکس دار استفاده کنید، در غیر این صورت بایستی خودتان گیربکس را بسازید دقت داشته باشید که دور نهایی چرخش چرخهای روبات 60 دور بر دقیقه باشد.

برای تشخیص مسیر از دو LED پر نور استفاده شده که سطح مسیر حرکت را روشن می کنند و انعکاس نور به فتو رزیستورهای قرار گرفته در زیر روبات برخورد می کند. اگر روبات روی خط باشد مقدار نور منعکس شده حداقل بوده و در نتیجه مقدار مقاومت آن افزایش میابد و ولتاژ دو سر آن افزایش می یابد و میکروکنترلر از روی این تغییر ولتاژ متوجه وجود خط می گردد.(در غیر این صورت نور منعکس شده زیاد بوده، مقدار مقاومت فتورزییستور کاهش میابد و ولتاژ دوسر آن کاهش میابد.) پس همانطور که ذکر شد میکرو کنترلر تغییرات ولتاژ فتورزیستور را احساس میکند. من برای این کار از مبدل های درونی آنالوگ به دیجیتال میکرو استفاده کردم. البته دو عدد فتورزیستور به همراه دو LED جهت تشخیص طرفین مسیر استفاده شده.

 

3-1-3- ساختن ربات مسیر یاب

برای ساختن یک ربات باید آشنایی مقدماتی با 3 رشته مکانیک ، برنامه نویسی و الکترونیک آشنایی داشته باشیم . البته نیازی نیست در تمامی این رشته ها خود تسلط داشته باشیم چنانچه شما عضو یک تیم هستید هریک از اعضای تیم باید در مهارت خود تسلط داشته باشند تا شما به نتیجه دلخواه و ایده آل خود برسید . در اینجا روش ساخت یک ربات همچنین تجربیاتی را که در این زمینه کسب کرده ام در اختیار شما قرار خوا هم داد. همانطور که گفته شد بحث ما شامل سه بخش است :

1.مکانیک

2. الکترونیک

3. برنامه نویسی

مکانیک

در مکانیک یک ربات مسیر یاب چند بخش وجود دارد مکانیک ربات مسیر یاب جزء ساده ترین مکانیک ها محسوب می شود این مکانیک شامل بخش های زیر است.

که تمام اجزاء روی آن قرار خواهند گرفت.

1.شاسی (یا بدنه )

2.موتور ها

3.چرخ ها

4. برد سنسور

 

 

الکترونیک

الکترونیک مدار ربات مسیر یاب از بخش های زیر تشکیل شده است

1. مدار تغذیه

2. مدار درایور موتور

3. بخش خروجی ها

4. میکروکنترلر

5. مقایسه گر های آنالوگ

6. مدار برد سنسور

برنامه نویسی

برنامه یک ربات مسیریاب می تواند شامل چند بخش باشد که آنها را توضیح می دهیم

1. خواندن وضعیت از سنسور ها

2. تصمیم گیری ( پردازش اطلاعات )

3. فرمان دادن به موتور ها

 

 

 

 

 

3-1-4- مدار ربات مسیر یاب

شکل : مدار مسیریاب

 

 

3-1-5- برنامه ربات مسیریاب

می تواند شامل چند بخش باشد که آنها را توضیح می دهیم :

 1. خواندن وضعیت از سنسور ها

 2. تصمیم گیری ( پردازش اطلاعات )

 3. فرمان دادن به موتور ها

 

Void main()

{

While (1)

{

SR1 = PORTA.4;

SR2 = PORTA.3;

SL1 = PORTA.2;

SL2 = PORTA.1;

SC = PORTA.0;

if  (SC==1) center();

if  (SL1==1) moveleft();

if  (SR1==1) moveright();

if  (SL2==1) moveleftfast ();

if  (SR2==1) moverightfast ();

}

}

function center()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return 0;

}

function moveright()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=0;

PORTD.7=0;

Return 0;

}

function moveleft()

{

PORTD.4=0;

PORTD.5=0;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return ;

}

function moverightfast()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=0;

PORTD.7=1;

Return 0;

}  

function moveleftfast()

{

PORTD.4=0;

PORTD.5=1;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return;

} 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-1-6- شکل ربات مسیریاب هفت سنسور

 

دانشگاه جامع علمی كاربردی

 

 

 

عنوان پروژه :

 ربات مسیریاب (هفت سنسور)

(جهت دریافت درجه کاردانی رشته سخت افزار)

استاد راهنما :

جناب آقای

دانشجویان :

 

 

زمستان 89

 

 

 

 

 

 

دانشگاه علمی -  کاربردی

گزارش پروژه فارغ التحصیلی

 

 

به : مدیریت محترم آموزش

 

با سلام

احتراماً به اطلاع  میرساند  پروژه آقای  به  شماره  دانشجویی

تحت عنوان ربات مسیریاب (هفت سنسور) به راهنمایی جناب   در تاریخ........................................ تهیه شده است. بر اساس مطالب ارائه شده در گزارش ، پروژة مذکور به عنوان پروژة پایان نامه کاردانی،  مورد قبولقرار گرفته است □قرار نگرفته است □

و با نمره ، عدد ......................... معادل حرفی ................................... ارزشیابی گردید.

 

  

   نام و نام خانوادگی  استاد راهنما مدیریت آموزش

  امضاء   مُهر   امضاء 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دانشگاه علمی -  کاربردی

 

 

 

 

 

 

گزارش پروژه فارغ التحصیلی

 

 

به : مدیریت محترم آموزش

 

با سلام

احتراماً به اطلاع میرساند پروژه آقای   به شماره دانشجویی 

تحت عنوان ربات مسیریاب (هفت سنسور) به راهنمایی جنابدر تاریخ........................................ تهیه شده است. بر اساس مطالب ارائه شده در گزارش ، پروژة مذکور به عنوان پروژة پایان نامه کاردانی، مورد قبولقرار گرفته است □قرار نگرفته است □

و با نمره ، عدد ......................... معادل حرفی ................................... ارزشیابی گردید.

 

  

   نام و نام خانوادگی استاد راهنما مدیریت آموزش

   

  امضاء   مُهر   امضاء

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

من لم یشکر المخلوق لم یشکر الخالق

 

 

تقدیر و تشکر

سپاس و ستایش ویژه خدا است ، خدائى كه با نیروى قلم ، انسان را با علم و دانش آشنا ساخت ، علم و دانشى كه بشر با آن ، سابقه و آشنائى نداشت.

شکر خداوند متعال را به جای آورده که توفیق نصیب  ما کرد تا این پروژه را به پایان برسانیم.

از استاد گرانقدر خودمان جناب آقای مهندسدر دانشگاه علمی کاربردی   تهران کمال تشکر و امتنان را می نماییم ، بخاطر تمام تلاش و کوشش بی شائبه و بدون هیچ چشم داشتی که در تمام این مدت برای تکمیل این پروژه انجام داده اید. با امید سرافرازی و سلامتی برای شما استاد گرانقدر و همه اساتید دلسوز و زحمتکش  .

همچنین از ریاست محترم دانشگاه جناب آقای دکترو معاون محترمشان جناب آقای و  آقای مهندسمدیر گروه سخت افزار به خاطر مساعدتشان، سپاسگزاریم.

با سپاس فراوان

 

چکیده :

 

  پروژه ی ما تحت عنوان (( ربات مسیر یاب هفت سنسور )) که در سه فصل تهیه شده است ، فصل اول مستندات این پروژه به بررسی تعاریف خاصی که در زمینه رباتیک وجود دارد و همچنین موضوعات مرتبط با آن مانند تاریخچه رباتیک ، انواع رباتها ، دسته بندی رباتها  پرداخته ایم.

در فصل دوم کاربرد رباتها و همچنین اجزاء رباتها را مورد بررسی قرار داده ایم.

در فصل سوم ، ساختن ربات مسیر یاب ، شرح عملکرد ربات ، توضیحات مدار و برنامه ربات و همچنین تصاویری از قطعات این ربات و تصویر ربات مسیر یاب به طور کامل قرار داده شده است .

  ربات مسیریاب رباتی است که می تواند در یک مسیر از قبل تعیین شده حرکت کند ، این مسیر میتواند یک خط سیاه در زمینه سفید یا یک خط سفید در زمینه سیاه باشد. یا مخلوتی از هر دو باشد .ربات باید بتواند انواع مسیرهای موجود مانند پیچ، بریدگی، خطوط زاویه دار و مهم تر از همه حلقه را در کمترین زمان ممکن طی کند .

 

 

فهرست مطالب

   عناوین شماره صفحه

• مقدمه 1

• فصل اول (رباتها ، تاریخچه و انواع آنها)  2

• 1-1- ربات   3

 1-1-1- تعاریف ربات   4  

 1-1-2- علم رباتیک6

  1-1-3- مزایای رباتها   7

   1-1-4- معایب رباتها   7

•   1-2- تاریخچه رباتها   8

•   1-3- دسته بندی رباتها 12

 1-3-1- دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپن 12 

 1-3-2- دسته بندی موسسه رباتیک آمریکا   13

  1-3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی  13

•   1-4- انواع رباتها14

1-4-1- رباتهای متحرک 14

 1-4-2- ربات همکار   15

 1-4-3- نانوبات  16

•   1-5- طبقه بندی رباتها  18

   1-5-1- طبقه بندی رباتها از نظر کاربرد   18

1-5-1-1- رباتهای صنعتی 18

1-5-1-2- رباتهای شخصی و علمی  18

  1-5-1-3- رباتهای نظامی 18

  1-5-2- طبقه بندی رباتها از نظر استراتژی کنترل   19   1-5-2-1- نسل اول19

  1-5-2-2- نسل دوم19

  1-5-2-3- نسل سوم   20

1-5-2-4- نسل چهارم 21

   عناوین شماره صفحه 1-5-3- طبقه بندی رباتها از نظر محرک مفصلها  231-5-3-1- سیستمهای الکتریکی 23

  1-5-3-2- موتورهای DC 23

  1-5-3-3- موتورهای AC 24

•   فصل دوم (کاربرد رباتها و اجزاء آنها)  25 

•   2-1- کاربرد رباتها  26

 2-1-1- ربات آدم نمای اعلام خطر  26

  2-1-2- رباتها برای تقلید رفتار حیوانات 27

   2-1-3- ربات تعقیب خط 28

   2-1-4- ربات حس کننده تماس29

   2-1-5- ربات آبی، برای یافتن جعبه سیاه هواپیما30

   2-1-6- ربات پذیرش  31

•   2-2- اجزاء اصلی یک ربات32  

   2-2-1- بازوی مکانیکی ماهر 32

   2-2-2- سنسورها  34

  2-2-2-1- سنسورهای بدون تماس 34

  2-2-2-2- سنسورهای القائی 35

  2-2-3- کنترلر  39

  2-2-4- واحد تبدیل توان 41

  2-2-4-1- موتور 41

 

   عناوین شماره صفحه

  2-2-4-2- دسته بندی کلی موتورها 42

   2-2-5- محرک مفاصل44

•   فصل سوم (ربات مسیریاب)45

•   3-1- ربات مسیریاب 46

  3-1-1- ربات مسیر یاب 7 سنسور  47

   3-1-2- شرح عملکرد ربات مسیر یاب 49

   3-1-3- ساختن ربات مسیر یاب   50

   3-1-4- مدار ربات مسیر یاب52

  3-1-5- برنامه ربات مسیر یاب53

3-1-6- شکل ربات مسیر یاب 7 سنسور  57

•   منابع و ماخذ   58

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه :

 اتوماسیون در بخشهای مختلف صنعت و كارهای تولیدی در چند دهه اخیر ظهور پیدا كرده است و روز به روز نیز در حال توسعه می باشد. بیش از چند دهه از ظهور كارخانجات كاملاً مكانیزه كه در آنها تمامی پروسه ها اتوماتیك بوده و نیروی انسانی در آن نقش اجرائی ندارد، نمی گذرد. اما در چند ساله اخیر شاهد بوجود آمدن كارخانجات مكانیزه ای بوده ایم كه طراحی، ساخت و نحوه كار آنها واقعاً حیرت انگیز است. ایده و دانش كنترل اتوماتیك و استفاده از سیستمهای مكانیزه در كارخانجات به جنگ جهانی دوم می رسد. ما تحولات عظیم و چشمگیر آن در سالهای اخیر بوقوع پیوسته است.

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.

 

 

 

 

 

 

 

  فصل اول   

  رباتها ، تاریخچه و انواع آنها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1- ربات

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.

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 اسلواکی1(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.

رُبات1 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.

1-1-1- تعاریف ربات

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.

دو تعریف دیگر در رابطه با كلمه ربات از قرار زیر می باشند :

1- تعریفــی كه توسط Concise Oxford Dic. صورت گرفتــه است؛ ماشینی مكانیكی با ظاهر یك انسان كه باهوش و مطیع بوده ولی فاقد شخصیت است. این تعریف چندان دقیق نیست، زیرا تمام رباتهای موجود دارای ظاهری انسانی نبوده و تمایل به چنین امری نیز وجود ندارد.

2- تعریفی كه توسط مؤسسه ربات آمریكا صورت گرفته است؛ وسیله ای با دقت عمل زیاد كه قابل برنامه ریزی مجدد بوده و توانایی انجام چند كار را دارد و برای حمل مواد، قطعات، ابزارها یا سیستم های تخصصی طراحی شده و دارای حركات مختلف برنامه ریزی شده است و هدف از ساخت آن انجام وظایف گوناگون می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

1-1-2- علم رباتیک

دانشمند مسلمان کردتبار ، ابو العز بن اسماعیل بن الرزاز الجزری در سال 515 هجری شمسی در شهر الجزری واقع در شمال عراق امروزی پا به این جهان گذاشت .او در شهر دیاربکر واقع در ترکیه امروزی مشغول به تحصیل و فرا گیری علم شد و تا آخر عمر در دیاربکر زندگی کرد و در سال 585 هجری شمسی درگذشت . لازم به ذکر است در آن دوره الجزری و دیاربکر جزئی از سرزمین ایران بود. الجزری نخستین ربات قابل برنامه‌ریزی انسان نما را در اواخر عمرش ساخت . به این علت او به عنوان پدر علم مهندسی رباتیک جهان شناخته می شود . اختراع او ، یک قایق آبی بود که در آن چهار نوازنده‌ ی مصنوعی موسیقی برای مراسم و برنامه‌های جشن سلطنتی، آهنگ می‌نواختند و حاضران را سرگرم می‌کردند ، سازها به صورت هیدرولیک1 و با کمک آب برنامه ریزی می شود . او در سال 585 هجری شمسی کتابی با نام " دانستنی هایی در رابطه با مکانیزم های هوشمند " نوشت . این ربات انسان نما و چند مکانیزم موتوری انتقال آب و چند ساعت از زیبا ترین طرحهای او در این کتاب می باشد.

علم رباتیک از سه شاخه اصلی تشکیل شده است :

ü الکترونیک ( شامل مغز ربات)

ü مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات)

ü 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.

 

 

1-1-3- 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.

 

1-1-4- 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.

 

 

 

1-2- تاریخچه رباتها

حدود سال 1250م : بیشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus)  ضیافتی ترتیب داد که درآن ، میزبانان آهنی از مهمانان پذیرایی می کردند . سنت توماس آکویناس (Thomas Aquinas  ) برآشفته شد ، میزبان آهنی را تکه تکه کرد و بیشاپ را ساحر و جادوگر خواند .

سال 1640م : دکارت ماشین خودکاری به صورت یک خانم ساخت و آن را Ma fille Francine می نامید . این ماشین که دکارت را در یک سفر دریایی همراهی می کرد ، توسط کاپیتان کشتی به آب پرتاب شد چرا که وی تصور می کرد این موجود ساخته شیطان است.

سال 1738م : ژاک دواکانسن (Jacques de Vaucanson) یک اردک مکانیکی ساخت که از بیش از 4000 قطعه تشکیل شده بود . این اردک می توانست از خود صدا تولید کند ، شنا کند ، آب بنوشد ، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع کند . امروزه در مورد محل نگهداری این اردک اطلاعی در دست نیست.

قرن 18م : یک مدل ساده از ربات کهKarakuri Ningyo  نامیده میشد در ژاپن به وجود آمد . این عروسک در مراسم چای ژاپنی مورد استفاده قرار گرفت و از چوب ساخته می شد . هنگامی که یک فنجان در سینی قرار می گرفت , یک استوپر توسط فنری که به بازوی عروسک متصل شده بود آزاد شده و با برداشتتن فنجان از سینی مجدداً به جای خود باز می گشت . وقتی دوباره فنجان در جای خود قرار می گیرد وزن فنجان مجداً استویییپر را تحریک می کرد و این حرکت دوباره استوپر را آزاد می نمود که این کار دستگیره را فشار می داد و باعث می شد عروسک با یک حرکت U دوباره به وضعیت اولیه خود باز گردد.

سال 1805م : عروسکی توسط میلاردت (Maillardet) ساخته شد که می توانست به زبان انگلیسی و فرانسوی بنویسد و مناظری را نقاشی کند . سال 1923م : کارل چاپک (Karel Capek)  برای اولین بار از کلمه ربات (robot) در نمایشنامه خود به عنوان آدم مصنوعی استفاده کرد . کلمه ربات از کلمه چک robota گرفته شده است که به معنی برده و کارگر مزدور است . موضوع نمایشنامه چاپک ، کنترل انسانها توسط رباتها بود . ولی او هرگونه امکان جایگزینی انسان با ربات و یا اینکه رباتها از احساس برخوردار شوند ، عاشق شوند ، یا تنفر پیدا کنند را رد می کرد .

سال 1940م : شرکت وستینگهاوس (Westinghouse Co.) سگی به نام اسپارکو (Sparko) ساخت که هم از قطعات مکانیکی و هم الکتریکی در ساخت آن استفاده شده بود . این اولین باری بود که از قطعات الکتریکی نیز همراه با قطعات مکانیکی استفاده می شد .

سال 1942م : کلمه رباتیک (robotics) اولین بار توسط ایزاک آسیموف در یک داستان کوتاه ارائه شد.

ایزاک آسیموف (1920-1992) نویسنده کتابهای توصیفی درباره علوم و داستانهای علمی تخیلی است .

دهه 1950م : تکنولوژی کامپیوتر پیشرفت کرد و صنعت کنترل متحول شد . سؤالاتی مطرح شدند. مثلاً : آیا کامپیوتر یک ربات غیر متحرک است ؟ سال 1954م : عصر ربات ها با ارائه اولین ربات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد .

سال 1956م : پس از توسعه فعالیتهای تکنولوژی یک که بعد از جنگ جهانی دوم، یک ملاقات تاریخی بین جورج سی.دوول(George C.Devol)  مخترع و کارآفرین صاحب نام ، و ژوزف اف . انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) که یک مهندس با سابقه بود ، صورت گرفت . در این ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسیموف پرداختند . ایشان سپس به موفقیتهای اساسی در تولید رباتها دست یافتند و با تأسیس شرکتهای تجاری ، به تولید ربات مشغول شدند. انگلبرگر شرکت Unimate  برگرفته از Universal Automation را برای تولید ربات پایه گذاری کرد . نخستین رباتهای این شرکت در کارخانه جنرال موتورز (General Motors) برای انجام کارهای دشوار در خودروسازی به کار گرفته شد . انگلبرگر را پدر رباتیک نامیده اند .

دهه 1960م : رباتهای صنعتی زیادی ساخته شدند . انجمن صنایع رباتیک این تعریف را برای ربات صنعتی ارائه کرد  :ربات صنعتی یک وسیلة چند کاره و با قابلیت برنامه ریزی چند باره است که برای جابجایی قطعات ، مواد ، ابزارها یا وسایل خاص بوسیلة حرکات برنامه ریزی شده، برای انجام کارهای متنوع استفاده  می شود .

سال 1962م : شرکت خودروسازی جنرال موتورز نخستین ربات Unimate را در خط مونتاژ خود به کار گرفت .

سال 1967م : رالف موزر (Ralph Moser) از شرکت جنرال الکتریک (General Electeric) نخستین ربات چهارپا را اختراع کرد .

سال 1983م : شرکت Odetics یک ربات شش پا ارائه کرد که می توانست از موانع عبور کند و بارهای سنگینی را نیز با خود حمل کند .

سال 1985م : نخستین رباتی که به تنهایی توانایی راه رفتن داشت در دانشگاه ایالتی  اهایو1 ساخته شد .

 

سال 1996م : شرکت ژاپنی هندا ( Honda ) نخستین ربات انسان نما را ارائه کرد که با دو دست و دو پا طوری طراحی شده بود که می توانست راه برود، از پله بالا برود، روی صندلی بنشیند و بلند شود و بارهایی به وزن 5 کیلوگرم را حمل کند .

رباتها روز به روز هوشمندتر می شوند تا هرچه بیشتر در کارهای سخت و پر خطر به یاری انسانها بیایند .

 

 

 

1-3- دسته بندی رباتها

رباتها در سطوح مختلف دو خاصیت مشخص را دارا می باشند :

1- تنوع در عملكرد

2- قابلیت تطبیق خودكار با محیط

به منظور دسته بندی رباتها لازم است كه قادر به تعریف و تشخیص انواع مختلف آنها باشیم.

سه دسته بندی مختلف در مورد رباتها وجود دارد :

ü دسته بندی اتحادیــــــه رباتهای ژاپنی

ü دسته بندی  مؤسسه رباتیك آمریكا

ü دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی

 

 

1-3-1- دسته بندی اتحادیه رباتهای ژاپنی

انجمن رباتهای صنعتی ژاپن، رباتها را به شش گروه زیر تقسیم می كند :

1- یك دست مكانیكی كه توسط اپراتور كار می كند : وسیله ای است كه دارای درجات آزادی متعدد بوده و توسط عامل انسانی كار می كند.

2- ربات با تركیبات ثابت : این دسته رباتها با تركیبات ثابت طراحی می شوند. در این حالت یك دست مكانیكی كارهای مكانیكی را با قدمهای متوالی تعریف شده انجام می دهد و به سادگی ترتیب كارها قابل تغییر نیست.

3- ربات با تركیبات متغیر : یك دست مكانیكی كه كارهای تكراری را با قدمهای متوالی و با ترتیب تعریف شده، انجام می دهد و این ترتیب به سادگی قابل تغییر است.

4- ربات قابل آموزش : اپراتور در ابتدای امر به صورت دستی با هدایت یا كنترل ربات كاری را كه باید انجام شود، انجام می دهد و ربات مراحل انجام وظیفه را در حافظه ضبط می كند. هر وقت كه لازم باشد، می توان اطلاعات ضبط شده را از ربات درخواست نمود و ربات وظیفه درخواست شده را بصورت خودكار انجام می دهد.

5- ربات با كنترل عددی : اپراتور وظیفه ربات را توسط یك برنامه كامپیوتری به او تفهیم می نماید و نیازی به هدایت دستی ربات نیست. درواقع ربات با كنترل عددی، رباتی است كه با برنامه كامپیوتری كار می كند.

6- ربات باهوش : این ربات درك از محیط و استعداد انجام كار با توجه به تغییر در شرایط و محدوده عمل كار را دارد.

 

1-3-2- دسته بندی مؤسسه رباتیك آمریكا

انستیتوی رباتیك آمریكا تنها موارد 3 و 4 و 5 و 6 را به عنوان ربات پذیرفته است.

 

1-3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی رباتهای صنعتی

مؤسسه ربات صنعتی فرانسوی، رباتها را به شكل زیر تقسیم كرده است :

نوع A :  دستگاهی كه توسط دست یا از راه دور كنترل می شود (مورد 1 طبقه بندی قبل).

نوع B:  وسیلة حمل كننده خودكار با یك سیكل محاسبه شده از قبل  (موارد 2 و 3 طبقه بندی قبل).

نوع C : دستگاهی قابل برنامه ریزی و با توانایی خود كنترل (موارد 4 و 5 طبقه بندی قبل).

نوع D  : دستگاهی كه قادر است اطلاعات معینی از محیط را بدست بیاورد و به عنوان ربات باهوش معروف است (مورد 6 طبقه بندی قبل).

 

 

 

 

 

 

1-4- انواع رباتها

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.

1-4-1- رباتهای متحرک

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(هایبرید1) که ترکیبی از رباتهای بالا یا ترکیب با جابجاگرها هستند

 

1-4-2- ربات همکار

رباتهای همکار رباتهایی 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.

 

1-4-3- نانوبات‌ها

اگر چه در حال حاضر كارایی‌های انسان و روبات با هم قابل مقایسه نیستند، اما ری كورزویل1 در مورد آینده عقیده دیگری دارد. او كه نویسنده و متخصص رشته كامپیوتر است در یكی از نوشته‌های خود با صراحت اظهار امیدواری كرده است تا سال 2029 انسان با توجه به روند شناخت و ساخت هوش مصنوعی میتواند روباتی را بسازد كه در هوش و تصمیم گیری با انسان برابر باشد. كورزویل معتقد است در سالهای 2030 انسان خواهد توانست نانوبات Nanobots یا روباتهای بسیار كوچك 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. كورزویل در مقابل كمیته علوم كنگره آمریكا اعتراف كرده است در حال حاضر انسان از چنین تكنولوژی برخوردار است و آن را بر روی تعدادی حیوان نیز آزمایش كرده است. او در ادامه شهادت خود در كنگره آمریكا اضافه كرده است دانشمندان توانسته‌اند با انتقال 7 ننو روبات به بدن موش آزمایشگاهی دیابت او را علاج كرده و انسولین را از منذهای پوست خارج كنند.آخرین كتاب كورزویل "شگفتی در راه است، برتری انسان بر بیولوژی2" نیز بر اساس پیش بینی‌های علمی او نوشته شده است.

 

او در این كتاب مینویسد در 25 سال آینده ننوبات‌ها در خون جاری در رگها هر نوع بیماری را با نابود كردن عوامل بیماری زا از بین برده و پس از خارج كردن آثار باقیمانده مرض همزمان به مرمت اشتباهات موجود در دی ان ای و ساختار بیولوژیكی انسانی خواهد پرداخت. كورزویل در بخش اقتصادی ورود روبات به خانه‌ها اعتقاد دارد در فاصله سالهای 2020 تا 2030 هر كس با كمك روبات و ننوتكنولوژی1 و تولید كننده‌های مولكول، در خانه خود قادر خواهد بود هر نوع محصول غیر ارگانیك2 را تهیه كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-5- طبقه بندی رباتها

تا بحال طرح های زیادی در طبقه بندی رباتها ارائه شده است كه بیشتر آنها به بعضی جوانب رفتاری یا فیزیكی ربات توجه داشته اند. ولی طبقه بندی استانداردی در مورد ربات وجود ندارد. با طبقه بندی رباتها می توان مشخصه های آنها را با هم مقایسه كرد و برای یك كاربرد بخصوص، ربات مناسب را انتخاب كرد :

1-5-1- طبقه بندی رباتها از نقطه نظر كاربرد

از نقطه نظر كاربرد، رباتها را می توان به سه دسته تقسیم كرد :

 1-5-1-1- رباتهای صنعتی

بسیاری از رباتها قادر به انجام عملیات لازم برای تولیدات صنعتی می باشند. رباتهای جوشكار، رنگ پاش، مونتاژ كننده و غیره، رباتهایی می باشند كه در صنعت كاربرد فراوانی دارند.

 

 1-5-1-2- رباتهای شخصی و علمی

 بیشتر رباتهای علمی قابلیتهای بهتری نسبت به رباتهای صنعتی دارند. این گونه رباتها در تعداد كم ساخته می شوند و هدف اصلی بهره برداری علمی از آنهاست. این گونه رباتها بیشتر در زمینه تحقیق در هوش مصنوعی ساخته می شوند و كنترلر بخصوصی ندارند و یك كامپیوتر از طریق زبانهــای برنامه نویسـی سطح بالا كنترلر آنها می باشد. معمولاً به خاطر سرعت و دقت كم، قیمت كمتری دارند.

 

 1-5-1-3- رباتهای نظامی

این رباتها دارای مواد منفجره و سلاح های گردان می باشند و با محیط خود از طریق سنسور ارتباط برقرار می كنند. همچنین این رباتها قادر به ارتباط برقرار كردن با اپراتور انسان و دیگر سیستم ها می باشند.

 

1-5-2- طبقه بندی از نقطه نظر استراتژی كنترل در نسلهای ربات

این تقسیم بندی ها در حقیقت متكی به اصول سیستمهای كنترلی رباتهاست و بصورت زیر نامگذاری شده اند :

 1-5-2-1- نسل اول

در اولین نسل، كنترل فقط در یك سری نقاط توقف انجام می گیرد. اینگونه كنترل به كنترل حلقه باز معروف می باشد. این نوع رباتها محدود به انجام حركات كوچك (حركت دادن قطعه ای از یك نقطه به نقطه دیگر) می باشند.

 1-5-2-2- نسل دوم

ساختار كنترلی این نسل همان ساختار حلقه باز می باشد ولی بعوض یك سری كلیدهای كنترلی، حركات كنترلی توسط یك سری عدد كه در حافظه سیستم ضبط شده اند، انجام می گیرد. بعضی رباتهای امروزی جزو همین نسل می باشند كه به نسل اول كلی قابلیت و توان كامپیوتری اضافه كرده اند و تنها كار هوشمند آنها یادگیری یك سری از عملیات برای بازوی مكانیكی می باشد كه توسط اپراتور انسان و به كمك جعبه كنترل  

انجام می گیرد.

  شكل 4 : كنترلر نسل اول و دوم رباتها

 

این رباتها قابلیت نشان دادن عكس العمل در برابر حوادث پیش بینی نشده را ندارند. به عبارت دیگر، بخش كنترلر در نسل اول مكانیكی و در این نسل الكترونیكی می باشد.

برای این رباتها بایستی محیط كارخانه با دقت هر چه تمامتر مناسب آنها وفق داده شود، قطعات با دقت زیاد در موقعیت مناسب خود قرار گیرند و روابط بین ماشینها به دقت معین شوند. بیشتر كاربرد اینگونه رباتها در كاربردهای جوشكاری و رنگ پاشی می باشد. شكل 4-2 در صفحه 19شماتیك كنترل نسل اول و دوم را نشان می دهد.

 

 1-5-2-3- نسل سوم

از اختراع نسل سوم رباتها 15 تا 20 سال می گذرد. سیستم كنترلی این نسل به كنترل حلقه بسته معروف می باشد. در این نسل، كنترلر ربات یا یك كامپیوتر می باشد و یا یك پروسسور ارزان قیمت می باشد كه به آن اضافه شده است. بدین ترتیب رباتهای نسل دوم دارای قابلیتهای زیادتری شده و نسل سوم بوجود آمده است. با اضافه شدن قدرت محاسبات كامپیوتری، محاسبات لازم برای كنترل حركت هر درجه ازادی جهت انجام حركت صاف عامل نهایی در طول مسیر تعیین شده، بصورت بلادرنگ انجام می گیرد. وضعیت محیط اطراف از طریق سنسورهای نیرو و گشتاور اخذ شده و در كنترل بكار گرفته   می شود. با حضور سنسورهای متفاوت، چندین ربات می توانند بی هیچ مشكلی كارهای متفاوتی را انجام دهند. برنامه ریزی اینگونه رباتها به كمك یك سری زبانهای سطح بالا انجام می گیرد.

   شماتیك كل این سیستمها را در شكل 5-2 مشاهده می كنید. كاربردهای این نسل جوشكاری نقطه ای، رنگ پاشی، مونتاژ می باشند.

 

 شكل 5 : كنترلر نسل سوم رباتها

 

 1-5-2-4- نسل چهارم

نسل چهارم رباتها در چند سال اخیر معرفی شده است ولی پتانسیل كامل كاری آنها به زودی محقق نمی شود. در این نسل، رباتها دارای هوش مصنوعی بوده و ادراكاتی بیشتر از نسل سوم مانند قدرت تصمیم گیری و تشخیص طرح و ابعاد قطعه و همچنین تكمیل و تصحیح حركات در عملیات مختلف را دارا می باشند. قدرت بینایی، مشابه سازی از تأثیرات محیطی به صورت دیجیتال و استفاده از سنسورها از ویژگیهای این نسل از رباتها است. در این رباتها، چندین پروسسور وجود دارند كه هر یك بصورت آسنكرون یك سری عملكرد بخصوص را انجام می دهند و یك كامپیوتر ناظر، مسئول هماهنگی و نظارت بر این پروسسورها بوده و عملكردهای سطح بالا را برای آنها مهیا می كند. هر پروسسور سیگنالهای سنسوری داخلی (موقعیت، سرعت و جهت) را دریافت می كند، بخشی از كنترل كننده سرو سیستم می باشد. كامپیوتر ناظر بر پروسسورها، محاسبات هماهنگ كننده بین عملیات پروسسورها را انجام می دهد و با سنسورهای خارجی و تجهیزات و كامپیوترهای دیگر ارتباط دارد و برنامه های متنوع را اجرا می كند. هدف اصلی در این نسل طراحی پردازش سلسله مراتبی توزیعی  می باشد كه قابلیت انعطاف را بالا برده و بسادگی تغییرات را فراهم می كند. در این نسل سنسورها در نهایت باهوشی پیرامون خود را احساس كرده و با استفاده از مفاهیم هوش مصنوعی و با زیركی هر چه تمامتر و با وجود كمترین اطلاعات، كار خود را به نحو احسن انجام می دهند. شكل 6-2 شماتیك كنترل این نسل را نمایش می دهد.

 

 شكل 6 : كنترلر نسل چهارم رباتها

 

1-5-3- طبقه بندی از نقطه نظر محرك مفصلها

هر محور حركت دارای یك كارانداز می باشد كه سیگنالهای الكتریكی كامپیوتر را به حركات مكانیكی تبدیل می كند. در بیشتر رباتهای تحت كنترل كامپیوتر، محورهای حركت تحت سیستم های حلقه بسته كنترل می شوند. سیگنال برگشتی با مقدار واقعی مقایسه شده و تصمیم گیری مناسب برای رفع میزان خطا انجام می گیرد تأمین كننده های محرك مفصلها عبارتند از :نیروی الكتریكی، نیروی هیدرولیكی و نیروی پنوماتیكی1.

 

 1-5-3-1- سیستمهای الكتریكی

سیستمهای انرژی الكتریكی یكی از انواع سیستمهای تأمین نیروی محركه ربات می باشد. یكی از مزیتهای این سیستم ها ایجاد نیرو و افزایش آن به نرمی و با سرعت كم و كاهش آن به نرمی و بدون هیچگونه شوك می باشد. سیستمهای الكتریكی برای جوشكاری با قوس الكتریكی، جوشكاری نقطه ای، حمل مواد و سوراخ كاری در خط تولید مورد استفاده قرار می گیرند.

موتورهای الكتریكی می توانند با جریان مستقیم و جریان متناوب مورد استفاده قرار گیرند.

البته هر كدام از محدودیتها و استفاده های خاص خود را دارا می باشد. قصد نداریم كه كاركرد تك تك آنها را شرح دهیم و توضیح مختصری درباره موتورهایی كه بیشتر در رباتها استفاده می شوند، خواهیم داشت.

 

 1-5-3-2- موتورهایDC 

موتورهایDC بشكلهای سری، شنت (موازی) و تركیبی (كمپوند) وجود دارند. كنترل كردن سرعت موتورهایDC می تواند با تنظیم ولتاژ یا جریان و یا هر دو صورت گیرد. جهت حركت آنها به راحتی با معكوس كردن قطبها و جهت جریان اعمالی، معكوس می شود.

مقاومتهای متغیر نیز می توانند برای كنترل سرعت موتورهایDC مورد استفاده قرار گیرند. مقاومت بصورت سری با سیم پیچها بسته می شود و با تنظیم آن ولتاژ مورد نیاز موتور كاهش یا افزایش می یابد.

برای اینكه بتوان دریافت كه در چه مواقعی از كدام موتور DC باید استفاده نمود. می بایستی مشخصه های آنها را با هم مقایسه كرد. برای مقایسه كافی است كه به مشخصه های گشتاور و سرعت نوع موتورها توجه كنیم، (نمودار 1). اگر موتورهای مختلف DC، با توان اسمی یكسان را با هم مقایسه كنیم. در این صورت تمامی مشخصه ها در یك نقطه تلاقی خواهند داشت و این نقطه مربوط به مقادیر اسمی مشترك می باشد. با توجه به محدوده تغییرات باری كه باید توسط موتور بچرخد، می توان موتور مناسبی را انتخاب نمود.

  نمودار 1 : مقایسه موتورهای DC

 

 1-5-3-3- موتورهای AC

موتورهای AC برای راه اندازی كمپرسورهای1 هوا یا پمپ های هیدرولیكی و دیگر تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

فصل دوم

  

  کاربرد رباتها و اجزاء آنها

 

 

 

 

 

 

 

 

2-1-کاربرد رباتها

2-1-1- ربات آدم نمای اعلام خطر1

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 ،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

 

2-1-2- ربات ها برای تقلید رفتار حیوانات

ربات ها برای تقلید رفتارحیوانات و حشرات بكار گرفته می شوند. به گزارش بخش خبر شبكه فن آوری اطلاعات ایران، از موج،محققین موفق شده اند به كمك ربات بسیار ریزی سوسك ها را كنترل كنند این موضوع می تواند جهت ارتباط با انواع مختلفی از حیوانات در آینده مورد استفاده قرار گیرد . انجمن تكنولوژی اروپا1 طراح این برنامه است كه رباتی را مجهز به دو موتور،چرخ ،باتری های قابل شارژ،چندین پردازنده كامپیوتری ،یك دوربین سبك برای دریافت احساسات و بازوهائی مجهز به سنسورساخته است. وقتی این ربات در یك جای پر از پیچ و خم و پوشانده شده با دیوارها قرار می گیرد ، به راحتی حركت می كند، می چرخد و می ایستد و می تواند راه خود را بدون برخورد با دیوارها و موانع پیدا كندو وقتی در كنار سوسكی قرارمی گیرد به سرعت رفتارهای آن را تقلید می كند. این ربات حتی قادر است انواع مختلفی از راه های ارتباطی را اجرا كند و سوسك را طوری گول بزند كه آن را به عنوان حشره واقعی بپذیرد.

 

این گروه سوسك را به عنوان نمونه اولیه آزمایشات خود بكار گرفتند چون رفتارهای آن نسبت به سایر گونه های حشرات مانند مورچه هابیشترقابل درك است.

این ربات نه تنها رفتار سوسك ها تقلید می كند بلكه در تغییر رفتار سوسك ها نیز بسیار موفق بوده به طوریكه با حركت این ربات به سمت نور سوسك ها نیز به تبعیت از آن به سمت نور حركت می كنند و در آن مكان تجمع می كنند .این موضوع نشان می دهد كه انسان به زودی قادر خواهد بود رفتارهای حشراتی كه به صورت

گروهی زندگی می كنند راماهرانه تقلید كند.

 

 

 

 

2-1-3- ربات تعقیب خط

نوعی از ربات است كه وظیفه اصلی آن تعقیب كردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یكی از كاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و كالاهای مختلف در كارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، كتابخانه‌ها و ... می‌باشد. ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه كتاب‌داری كتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت كه بعد از دادن كد كتاب، ربات با دنبال كردن مسیری كه كد آن را تعیین می‌كند، به محلی كه كتاب در آن قرار گرفته می رود و كتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر كاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، كف بیمارستان‌های پیشرفته خط كشی‌هایی 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 كه توانایی حركت كردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌كنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه كاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بكار بریم، خیلی كیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی:

الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال كند، به‌طوری كه خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد كه بهترین روش برای یافتن و دنبال كردن 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 كم كردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز كاهش 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 می‌كند.

 

 

2-1-4- ربات های حس کننده تماس

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.

 

 Vivek Maheshwari  و پروفسور Ravi Saraf, از دانشگاه نبراسکا1 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.

 

2-1-5- 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 فرانس تلکام2 برای این کار اجاره شده است, روز سه شنبه برای بازیابی یکی از جعبه ها که سیگنال3 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.

 

 

 

 

 

2-1-6- 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.

 

 

 

 

 

 

 

2-2- اجزاء اصلی یك ربات

مهندسی ربات، مهندسیهای نرم افزار، سخت افزار، برق و مكانیك را در خدمت خود گرفته است. بعضی مواقع این علوم به حد كافی پیچیده می باشند. همچنانكه در شكل 2-2 مشاهده می شود هر ربات دارای 5 مؤلفه به شرح ذیل می باشد :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  شكل 2-2 : مؤلفه های یك ربات

 

2-2-1- بازوی مكانیكی ماهر1

بازوی مكانیكی شامل چندین واصل است كه با مفصلها به هم وصل می شوند. این واصلها در جهات مختلف در فضای كاری قادر به حركت می باشند. حركت یك مفصل بخصوص باعث حركت یك یا چند واصل می شود.

عامل تحریك مفصل می تواند مستقیماً یا از طریق بعضی انتقالات مكانیكی بر واصل بعدی متصل شود.

به واصل نهایی بازوی مكانیكی وسیله كاری ربات وصل شده است كه به آن عامل نهایی می گویند. هر یك از مفصلهای ربات یك محور مفصل دارند كه واصل حول آن می چرخد. هر محور مفصل یك درجه آزادی(D.O.F) تعریف می كند. بیشتر رباتها دارای 6 درجه آزادی می باشند به عبارت دیگر دارای 6 مفصل، بمنظور حركت در 6 جهت. اولین سه مفصل ربات به عنوان محورهای اصلی شناخته می شوند. بطوركلی صرفنظر از جزئیات، محورهایی كه برای محاسبه موقعیت و استقرار مچ استفاده می شونــد، محورهای اصلی ربات هستند. محورهای مفصلهای باقیمانده جهت قرار گرفتن دست ربات را مشخص می كنند، ولذا محورهای فرعی نامیده می شوند.

دو نوع مفصل اصلی به صورت گسترده در صنعت رباتها بكار گرفته می شود. مفصل دورانی كه نمایش دهنده حركت چرخشی حول یك محور است و مفصل انتقالی یا لغزشی كه نمایش دهنده حركت خطی در طول یك محور است، (جدول 1).

 

Description NotationType

Rotary motion about an axis RRevolute  

 Linear motion along an axis P Prismatic 

 

 جدول 1 : انواع مفصل ربات

 

 

 

 

 

 

2-2-2- سنسورها

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند.

عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

 2-2-2-1- سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها

1-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2-کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6- کنترل تردد: سنسور نوری

 

7- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz  کار   می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار:  با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری:  سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.

عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم1 ایجاد نمی شود.

 2-2-2-2- سنسورهای القائی

سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان   می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی مانند (PLC) ارسال نمایند.

 

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی

ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود : اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی. قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

   قطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود. استاندارد (IEC947-5-2)  ضخامت قطعه 1 mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود.

به اندازه قطر سنسور

سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور 3Sn

ضرایب تصحیح: فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد. در جدول زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.

ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0

ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر 0.9

ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر 0.5

ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر 0.45

ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر 0.4

بعنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm  عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئیچینگ: حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد. بر حسب (Hz)این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010  با شرایط زیر اندازه گرفته می شود.

فاصله سوئیچینگ  (Switching Distance) S:

فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد. استاندارد EN 50010

فاصله سوئیچینگ نامی  (Nominal Switching Distance) Sn:

فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.

فاصله سوئیچینگ موثر  (Effective Switching Distance) Sr:

فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسیوس می باشد. در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn<SR<1.1SN< FONT>

فاصله سوئیچینگ مفید  (Useful Switching Distance) Su:

فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود. 0.81Sn<SU<1.21SN< FONT>

 

فاصله سوئیچینگ عملیاتی  (Operating Switching Distance) Sa:

فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است. 0<SA<0.81SN< FONT>

هیسترزیس  H :

فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر این مقدار 10% مقدار نامی می باشد. استاندارد EN 60947-5-2

قابلیت تکرار (Repeatability) R:

قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: 23 درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr  می باشد.)

پایداری حرارتی (Temperature Drift):

  تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسیوس زیر صفر تا 60 درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر 10% است.

حرارت محیط  (Ambient Temperature) Ta:

محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.

کلاس حفاظتی:  IP67 (DIN 40050)

نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو یا چند سنسور القائی در مجاورت هم و یا در مقابل هم نصب شوند، شرایط زیر باید رعایت شود :

الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush:

سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است. هرگاه دو یا چند عدد از این سنسورها همسطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب شوند رعایت فواصل نصب مطابق شکل زیر الزامی می باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهای القائی Non-Flush:

 در سنسورهای Non-Flush (Unshielded) قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد. فاصله سوئیچینگ این نوع سنسورها بیشتر از سنسورهای Flush می باشد. اما فرکانس سوئیچینگ آن در مقایسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهای القائی در مقابل هم:

هر گاه دو سنسور القائی در مقابل هم نصب شوند رعایت فاصله حداقل 6 Sn الزامی می باشد.

 

2-2-3- كنترلر

بخشی است كه به بازوی مكانیكی، هوش انجام كار را می دهد. كنترلر معمولاً از بخشهای ذیل تشكیل می شود :

  1- واحدی كه اجازه می دهد ربات از طریق سنسورها با محیط بیرون ارتباط داشته باشد.

  2- حافظه جهت ذخیره داده هایی كه مختصات را تعریف می كنند تا بازو با توجه به این مختصات حركت كند (برنامه).

  3- واحدی كه داده ذخیره شده در حافظه را تغییر می دهد و سپس داده را برای ارتباط دادن با مؤلفه های دیگر كنترل بكار می برد.

  4- حركت مؤلفه هــای بخصوصی در نقاط معینــی مقدار دهی اولیه شده و در نقطه بخصوص

دیگری پایان می یابند.

  5- واحد محاسباتی كه محاسبات لازم برای كنترلـر را انجام می دهد. به عبارت دیگر، برای انجام صحیح اعمال بایست یك سری محاسبات جهت مشخص كردن مسیر، سرعت و موقعیت بازوی مكانیكی انجام شود.

  6- واسطی جهت بدست آوردن داده ها (مختصات هر مفصل، اطلاعاتی از سیستم بینایی و ...) و واسطی جهت اعمال سیگنالهای كنترل به محرك مفصلها.

  7- واسطی جهت انتقال اطلاعات كنترلر به واحد تبدیل توان، به طوری كه محرك های مفصلها باعث بشوند كه مفصلها به صورت مطلوب حركت كنند.

  8- واسط به تجهیزات دیگر، بطوری كه كنترلر ربات با واحدهای خارجی یا ابزارهای كنترل دیگر، ارتباط داشته باشد.

  9- وسایل و تجهیزات لازم جهت آموزش ربات.

كنترلرهای رباتها كلاً به 5 دسته تقسیم بندی می شوند :

Ø كنترل با قدم ساده (Simple Step Sequencer)

Ø سیستم منطقی پنوماتیكی(Pneumatic Logic System)

Ø كنترلر با قدمهای الكترونیكی (Electronic Sequencer)

Ø میكرو كامپیوتر (Micro Computer)

Ø مینی كامپیوتر (Mini Computer)

سه كنترلر اول در رباتهای كم هزینه به كار برده می شوند. بیشتر كنترلرهای امروزی براساس میكروكامپیوترهای معمولی می باشند و سیستم كنترل براساس مینی كامپیوتر زیاد رایج نمی باشد، چرا كه نسبت به میكروكامپیوترها هزینه بالاتری دارند.

 

 

 

2-2-4- واحد تبدیل توان

این واحد سیگنالهای كنترلر را گرفته و به یك سیگنال در سطح توان محرك ها و موتورها، جهت حركت، تبدیل می كند. این واحــد شامل تقویت كننده های توان الكترونیكی برای رباتهای الكتریكی و شیرهای كنترلی و راه اندازهای هیدرولیكی برای رباتهای هیدرولیكی می باشد.

 

2-2-4-1- موتور: 

 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 ولت 

 14- جریان: 50mA-2A  

 

 

2-2-4-2- دسته بندی کلی موتورها 

   موتور DC

   موتور AC

   موتور پله‌ای1

   موتور خطی

•موتورهای DC

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

جهت استفاده : تعویض جهت چرخش موتور DC با معكوس كردن جهت جریان امكان پذیر است. 

سرعت: سرعت موتور به جریان و بار موتور بستگی دارد 

سرعت كمتر=توان بیشتر   

سرعت بیشتر=جریان یا ولتاژ بیشتر

 

•موتورهای AC :

ü موتورهای AC تک فاز 

ü موتورهای AC سه فاز

این موتورها با جریان متناوب برق كار می‌كنند لذا به آنها موتور  AC گفته می‌شود. یخچال، جاروبرقی و آبمیوه ‌گیری موتور  ACدارند. برای كنترل میزان چرخش موتور از وسیله‌ای بنام شفت انكودر استفاده می‌شود.

 

 

•موتور پله ای

كاربرد اصلی این موتورها در كنترل موقعیت است. این موتورها ساختار كنترلی ساده‌ای دارند. لذا در ساخت ربات كاربرد زیادی دارند. مطابق با تعداد پالسهایی كه به یكی 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-2-5- محرك مفاصل

این وسائـل تحت یك ســری شرایط كنتـــرل شده و دقیــق توان لازم را جهت مفصلها فراهم می آورند. این توان می تواند الكتریكی، هیدرولیكی یا پنوماتیكی باشد. پس به طور خلاصه یك ربات دارای مؤلفه های؛ اسكلت ساختاری، سیستم تحریك كننده مفصلها، سیستم سنسوری، كنترلر، سیستم تغییر سیگنال (تغییر سیگنال آنالوگ به دیجیتال و بالعكس، تقویت سیگنال، فیلتر كردن سیگنال و ...) می باشد.

در شكل 3 سلسله مراتب ساختاری یك ربات متحرك را مشاهده می كنید. هر ماجول در شكل قابل تجزیه به زیر سیستم هایی می باشد. هم اینك رباتها با مفصلهای متحرك به خاطر سادگی ساخت و سرعت عمل و نزدیكی آن به قابلیت انعطاف بازوی انسان، در صنعت به طور وسیع استفاده می شوند.

 

 شكل 3 : سلسله مراتب زیر سیستم های یك ربات متحرك نمونه

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 فصل سوم

ربات مسیریا 

3-1- ربات مسیریاب

 

 نوعی از ربات است كه وظیفه اصلی آن تعقیب كردن مسیری به رنگ مثلا سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلا سفید است. یكی از كاربرد‌های عمده این ربات، حمل‌و‌نقل وسایل و كالاهای مختلف در كارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، كتابخانه‌ها و ... می‌باشد.

ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه كتاب‌داری كتابخانه‌ها می‌باشد. به این صورت كه بعد از دادن كد كتاب، ربات با دنبال كردن مسیری كه كد آن را تعیین می‌كند، به محلی كه كتاب در آن قرار گرفته می رود و كتاب را برداشته و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر كاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، كف بیمارستان‌های پیشرفته خط كشی‌هایی 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 كه توانایی حركت كردن و جابه‌جا شدن را ندارند و باید از ویلچر استفاده ‌كنند، این ویلچیر نقش ربات تعقیب‌خط را دارد، و بیمار را از روی مسیر مشخص به محل مطلوب می‌برد. و خلاصه كاربردهای فراوانی دارد و اگر روزی بشود در زندگی‌مان بكار بریم، خیلی كیف دارد. الگوریتم مسیر‌یابی: الگوریتم مسیر‌یابی باید طوری نوشته شود تا ربات بتواند هرگونه مسیری را، با هر اندازه پیچ و خم دنبال كند، به‌طوری كه خطای آن مینیمم باشد. تجربه نشان می‌دهد كه بهترین روش برای یافتن و دنبال كردن 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 كم كردن سنسور ضریب اطمینان ربات نیز كاهش 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 می‌كند.

 

3-1-1- ربات مسیریاب 7 سنسور

•قطعات مورد نیاز

1. 7 عدد سنسور مادون قرمز CNY70

2. 1 عدد میکروکنترلر AVR 8051

3. 3 عدد پتانسیومتر 10K

4. 2 عدد خازن 22 پیکو فاراد

5. 2 عدد آیسی LM358

6. 6 عدد مقاومت 220 اهم

7. 5 عدد مقاومت 5 مگا اهم

8. 3 عدد خازن 0.1 الکترولیت

9. 1 عدد کریستال 4 مگا هرتز

10. 1 عدد مقاومت 4.7 کیلو اهم

11. 1 عدد منبع تغذیه 6 لتی

12. 1 عدد رگولاتور 7805

13. 2 موتور 7 تا 9 ولت dc

14. 1 عدد آیسی293

15. 2 عدد دیود 1N5817

16. 1 عدد کلید کشویی سه حالته

3-1-2- شرح عملکرد ربات مسیر یاب

رباتی که در اینجا تصمیم به تو ضیح نحوه ساخت آنرا داریم بروی زمینه سفید بدنبال خط مشکی حرکت میکند. میکروکنترلر مورد استفاده در روبات ATmega  می باشد. و کدهای برنامه ربات با استفاده از نرم افزار BASCOM  ایجاد شده اند.

ربات شامل دو موتور در طرفین خود می باشد، که جهت حرکت به جلو هر دو موتور را روشن می کند، زمان دور زدن به چپ موتور سمت چپ خاموش و موتور سمت راست روشن می شود و برای دور زدن به سمت راست موتور سمت راست خاموش و موتور سمت چپ روشن می شود. البته موتورهای بکار رفته DC موتور بوده و جهت کاهش سرعت و در نتیجه کنترل دقیق تر روبات از موتورهایی با گیربکس سرخود استفاده شده، در صورتی که به این نوع موتور دسترسی ندارید میتوانید از موتورهای اسباب بازی گیربکس دار استفاده کنید، در غیر این صورت بایستی خودتان گیربکس را بسازید دقت داشته باشید که دور نهایی چرخش چرخهای روبات 60 دور بر دقیقه باشد.

برای تشخیص مسیر از دو LED پر نور استفاده شده که سطح مسیر حرکت را روشن می کنند و انعکاس نور به فتو رزیستورهای قرار گرفته در زیر روبات برخورد می کند. اگر روبات روی خط باشد مقدار نور منعکس شده حداقل بوده و در نتیجه مقدار مقاومت آن افزایش میابد و ولتاژ دو سر آن افزایش می یابد و میکروکنترلر از روی این تغییر ولتاژ متوجه وجود خط می گردد.(در غیر این صورت نور منعکس شده زیاد بوده، مقدار مقاومت فتورزییستور کاهش میابد و ولتاژ دوسر آن کاهش میابد.) پس همانطور که ذکر شد میکرو کنترلر تغییرات ولتاژ فتورزیستور را احساس میکند. من برای این کار از مبدل های درونی آنالوگ به دیجیتال میکرو استفاده کردم. البته دو عدد فتورزیستور به همراه دو LED جهت تشخیص طرفین مسیر استفاده شده.

 

3-1-3- ساختن ربات مسیر یاب

برای ساختن یک ربات باید آشنایی مقدماتی با 3 رشته مکانیک ، برنامه نویسی و الکترونیک آشنایی داشته باشیم . البته نیازی نیست در تمامی این رشته ها خود تسلط داشته باشیم چنانچه شما عضو یک تیم هستید هریک از اعضای تیم باید در مهارت خود تسلط داشته باشند تا شما به نتیجه دلخواه و ایده آل خود برسید . در اینجا روش ساخت یک ربات همچنین تجربیاتی را که در این زمینه کسب کرده ام در اختیار شما قرار خوا هم داد. همانطور که گفته شد بحث ما شامل سه بخش است :

1.مکانیک

2. الکترونیک

3. برنامه نویسی

مکانیک

در مکانیک یک ربات مسیر یاب چند بخش وجود دارد مکانیک ربات مسیر یاب جزء ساده ترین مکانیک ها محسوب می شود این مکانیک شامل بخش های زیر است.

که تمام اجزاء روی آن قرار خواهند گرفت.

1.شاسی (یا بدنه )

2.موتور ها

3.چرخ ها

4. برد سنسور

 

 

الکترونیک

الکترونیک مدار ربات مسیر یاب از بخش های زیر تشکیل شده است

1. مدار تغذیه

2. مدار درایور موتور

3. بخش خروجی ها

4. میکروکنترلر

5. مقایسه گر های آنالوگ

6. مدار برد سنسور

برنامه نویسی

برنامه یک ربات مسیریاب می تواند شامل چند بخش باشد که آنها را توضیح می دهیم

1. خواندن وضعیت از سنسور ها

2. تصمیم گیری ( پردازش اطلاعات )

3. فرمان دادن به موتور ها

3-1-4- مدار ربات مسیر یاب

شکل : مدار مسیریاب

3-1-5- برنامه ربات مسیریاب

می تواند شامل چند بخش باشد که آنها را توضیح می دهیم :

 1. خواندن وضعیت از سنسور ها

 2. تصمیم گیری ( پردازش اطلاعات )

 3. فرمان دادن به موتور ها

 

Void main()

{

While (1)

{

SR1 = PORTA.4;

SR2 = PORTA.3;

SL1 = PORTA.2;

SL2 = PORTA.1;

SC = PORTA.0;

if  (SC==1) center();

if  (SL1==1) moveleft();

if  (SR1==1) moveright();

if  (SL2==1) moveleftfast ();

if  (SR2==1) moverightfast ();

}

}

function center()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return 0;

}

function moveright()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=0;

PORTD.7=0;

Return 0;

}

function moveleft()

{

PORTD.4=0;

PORTD.5=0;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return ;

}

function moverightfast()

{

PORTD.4=1;

PORTD.5=0;

PORTD.6=0;

PORTD.7=1;

Return 0;

}  

function moveleftfast()

{

PORTD.4=0;

PORTD.5=1;

PORTD.6=1;

PORTD.7=0;

Return;

}