آموزش ساده رباتیک از ابتدا تا حرکت ربات

[sunyboy]

به طوری که اگر هیچ چیزی در مورد حتی ساده ترین قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور و دیود نمیدانید، در این مجموعه به راحتی و فقط با دانستن قوانین ساده برق، با تک تک مراحل ساخت رباط، تک تک قطعات آن مانند ترانزیستور، دیور، موتورهای DC، میکروکنترلر 8051 و AVR و... به صورتی کاربردی در رباتیک آشنا میشوید.

رباتیک چیست؟

رشد روز افزون دانش بشری انسانها را با دست آوردها و علوم جدیدی آشنا می‌سازد که قبل از آن شاید تنها ریشه در تخیل داشت رباتیک یکی از تخیلات انسانی است که کم کم پا به عرصه واقعیت نهاده و زندگی بشری را دست خوش تغییرات شگرفی خواهد کرد.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1854.jpg
قوانین رباتیک:

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

در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بودن و دارا بودن نقاط ضعف و قوت یک انسان معمولی ، یک انسان دارای قدرت بسیار زیادی بود که در پایان نمایش نامه برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد البته لازم به ذکر است که پیش از آن یونانیان نیز مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه ماشینی بوده که ما امروزه ان را ربات می‌نامیم.

تعریف امروزه ربات از نظر عوام مردم وسیله ای است که اعمالی هوشمند شبیه انسان انجام می‌دهد در حالی که فرهنگ وبستر ربات را این‌گونه تعریف می‌کند:"یک دستگاه یا وسیله خودکاری 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".

در این راستا دانشمندان سعی بر آن دارند ربات‌هایی بسازند که به طرق مختلف نیاز ‌های انسان‌ را براورده سازند و در نهایت به رباتی با قابلیت ‌های کامل یک انسان برسند.

------------------------------------------------------------------
قوانین رباتیک مطرح شده توسط آسیموف چنین است:

• ربات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.

• رباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا کنند.

• رباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت کنند.
---------------------------------------------------------------------

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:

• مغز که معمولاً یک کامپیوتر است

• محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و …

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



بر اساس این سه قانون و سه قسمت ذکر شده به معرفی انواع ربات‌ها ، بررسی عملکرد آنها ، اخبار مسابقات ، تحلیل پیشرفت و آموزش آنها خواهیم پرداخت.

[sunyboy]

از کجا شروع کنیم؟؟

http://pnu-club.com/imported/2009/07/1855.jpg

به نظر بنده ورود به عرصه رباتیک مشکل ترین مرحله می باشد به طور کلی رباتیک رشته ای میان رشته ای است با ترکیبی از رشته های مهندسی برق گرایشات الکترونیک و کنترل ، مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار.

در ایران این رشته در مقطع کارشناسی ارشد، مکاترونیک نام دارد که معمولا مورد توجه دانشجویان رشته برق ، کامپیوتر و مکانیک قرار می گیرد.

رشته رباتیک قبل از رشته مکاترونیک تدرس خود را شروع کرده به طوری که رشته مهندسی رباتیک در سال 1381 در مقطع کارشناسی توسط دانشگاه صنعتی شاهرود وارد ایران شد. اما آموزش رشته مکاترونیک از سال 1383 در ایران شروع شد.

واضح است زمانی که می خواهید به مقوله رباتیک بپردازید باید به بخش هایی از این 3 رشته بپردازیم در حالت کلی رباتیک را به 2 بخش شبیه سازی (Simulation)، و ربات حقیقی (Real) تقسیم بندی می کنند. در شبیه‌سازی در حقیقت رباتی به صورت فیزیکی ساخته نمی‌شود و ساخت ربات در یک محیط مجازی شبیه سازی شده که در آن بعضی از قوانین دنیای واقعی وجود دارد صورت می‌گیرد هدف از برگزاری و کار بر روی این قسمت بیشتر کار بر روی هوش ربات ( یا همان مقوله هوش مصنوعی) می باشد. در این بخش مسابقاتی در رشته های «شبیه سازی امداد و نجات» (Rescue Simulation) و «شبیه سازی فوتبال» (Soccer Simulation) و... هرسال در جهان برگزار می‌شود. در بخش Real مسابقات بسیار متنوعتری نسبت به Simulation وجود دارد زیرا شما با ربات های حقیقی سر و کار دارید که مهم‌ترین آنها عبارتند از: ربات‌های فوتبالیست(در چندین سطح مختلف)، ربات‌های امدادگر، ربات‌های مسیریاب (Path Finder)، ربات‌های آتش نشان (Fire Fighter)، ربات های مین یاب (Deminer)، ربات‌های لابیرنت، ربات‌های انسان نما (Humanoid)، سگها (Four legged Robot)، ربات های خانگی(At home) و... البته واضح است که ساخت ربات واقعی علاوه بر مشکلات متعددی که داراست دارای هزینه های بالاتری نیز می باشد.

ما در اینجا با بخش شبیه سازی و نیازهای اولیه ساخت ربات همچون آموزش برنامه نویسی به زبان #C و آموزش نرم افزار مطلب آغاز کرده و سپس به ساخت ربات های سخت افزاری ساده همچون ربات خط یاب خواهیم پرداخت.

[sunyboy]

اتوماسیون (Automation)

انجام کارهای دستی همچون ساخت ربات برای بیشتر افراد فرح بخش است مگر زمانی که کارها به صورت یکنواخت و تکراری در آمده باشد.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1856.jpg

در دنیای امروز نیاز به کارهای یکنواخت به علت نیاز بازار به تولید انبوه و مرغوبیت کالا وجود دارد که استفاده از دستگاه های مجهز به وسایل خودکار کامپیوتری یا اتوماسیون کامپیوتری به جای استفاده از نیروی کار انسانی مطرح می گردد به علت تغییرناپذیری و گرانی دستگاه های اتوماسیون که به اتوماسیون سخت (Hard Automation) معروفند، باعث شده که ربات ها در خط تولید محصولات مختلف به کار روند همین امر سبب می گردد که در زمینه های مختلف رباتیک مانند:



• حرکت شناسی یا سینماتیک (Kinematics)

• دینامیک (Dynamics)

• برنامه نویسی (Programming Language)

• برنامه ریزی (Planning System)

• کنترل (ِControl)

• حس تشخیص (Sensing)

• هوشمندی ماشین (Machine Intelligence)

تحقیقات وسیعی اتفاق بیفتد معمولا زمانی که می خواهیم یک ربات را بسنجیم قابلیت های همچون خصوصیات مکانیکی مانند قابلیت تکرار کار یا حداکثر قدرت جابه جایی بار یا سرعت و شتاب ربات را در نظر می گیریم اما علاوه بر این خصوصیات عنوان شده دو خصوصیت حرکت شناسی و دینامیک ربات هم باید به خوبی بررسی شود تا ربات به سادگی قابل کنترل باشد

در حالت کلی اتوماسیون بر 2 نوع است :

1. اتوماسیون سخت (Hard Automation) : به نوعی از اتوماسیون گفته می شود که با استفاده از سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و یا مکانیکی انجام می گیرد

2. اتوماسیون نرم (soft Automation) : به نوعی گفته می شود که در کنترل آن از برنامه نویسی سطح بالا یا سطح پایین استفاده می شود (High or low level programming language)

اگر بخواهید مزایای استفاده از ربات ها را بر شماریم خواهیم دید که:

1. ربات نسبت به اتوماسیون سخت دارای قابلیت تغییر پذیری بالایی است

2. از رباتها می توان در محیط های کاری خطرناک استفاده نمود

3. بالا بودن سطح تولید از مزایای دیگر آن است

4. کیفیت تولید یکنواخت است

5. نیاز به کاربران کمتر و همین طور عدم نیاز به کارگر کم تجربه

در مباحث بعدی به کاربردهای این اتوماسیون ها در صنعت و ربات ها خواهیم پرداخت

[sunyboy]

نحوه کنترل ربات

http://pnu-club.com/imported/2009/07/1857.jpg

یک نوع دیگر از تقسیم بندی ربات جهت کنترل که بسیار متداول تر می باشد:

1. کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control) این نوع از کنترل ساده ترین نوع کنترل است که در حقیقت فیدبکی از خروجی به ورودی برگردانده نمی شود یک مثال خیلی ساده از مدار و یا سیستم بدون فیدبک می توان به ماشین لباسشویی اشاره کرد که تمیز یا کثیف بودن لباس ها چک نمی شود و تنها سیستم یک عمل خاص را در یک زمان خاص انجام می دهد

کنترل غیر قابل فیدبک خود بر دو نوع است

• کنترل ایست مکانیکی(Mechanical stop control): در این روش حرکت ربات توسط مانعی که آن را ایست (stop) می نامند معین می شود

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control): در این روش که در رباتهای هیدرولیک به کار می رود بدین صورت است که با کنترل کردن مقدار روغن داخل پمپ در بازوی ربات به اندازه ای که خواسته شده ربات حرکت می کند و کنترل می شود

2. کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control): در این نوع از کنترل ما می توانیم بدون استفاده از ایست مکانیک ها ربات را متوقف کنیم این مدار یک مدار بسته است اگر بخواهیم مثالی از آنچه در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم داشته باشیم می توان به کنترل کننده های دما اشاره کرد که مثلا شما در تابستان دما را بر روی 35 درجه قرار می دهید زمانی که دما بالای 35 درجه برود کولر روشن شده و دما را کاهش می دهد زمانی که دما زیر 35 درجه رفت خاموش می شود این یک سیستم مدار بسته است که ورودی بازخورد خروجی است که ( خروجی دمای بیرون است) البته این روش دارای ایرادی است که آن خاموش و روشن شدن مرتب فن می باشدچون ممکن است مثلا پس از 3 دقیقه روشن شدن فن دما پایین آید پس هر 3 دقیقه یکبار فن روشن و خاموش می شود برای جلوگیری از این مشکل که سبب استهلاک و خرابی زودرس دستگاه ها می شود یک بازه تعریف میکنند مثلا دما اگر زیر 30 بود فن خاموش شود و زمانی که بالای 37 بود روشن گردد

کنترل با فیدبک نیز به دو صورت اتفاق می افتد

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

که به توضیح مفصل هر بخش خواهیم پرداخت

[sunyboy]

ساختمان ربات

http://pnu-club.com/imported/2009/07/1858.jpg

1. اندام های مکانیکی ربات: که شامل بازوهای پیوسته که به صورت لولا به هم متصلند و این مفصل ها به دو صورت عمل می کنند

• دورانی (Revolute )

• منشوری (Prismatic)

هر مفصل و بازو یک درجه آزادی را تشکیل می دهند (Degree of freedom)

در نتیجه اگر شما مثلا n مفصل و n‌ بازو داشته باشیم n‌ درجه آزادی خواهیم داشت این بازوها به بازویی که ربات به وسیله آن به جایی نصب شده متصلند این بازو به بازوی صفر مشهور است و جزء بازو های ربات محسوب نمی شود و در حرکت ربات تاثیری ندارند و به جایی مثلا زمین متصل هستند و توسط این پایه است که مختصات اولیه ربات را می سنجیم این مختصات اولیه به مختصات جهانی معروف است (World coordinate) نحوه شماره گذاری بازوها از بازوی پایه آغاز می شود تا به بازوی انتهایی ادامه می یابد نکته حائز اهمیت آن است که هیچگاه یک ربات یک مدار بسته را تشکیل نمی دهد

2. نیرو محرکه یا راه انداز(Actuator): تولید کننده قدرت و نیروی ربات است که توسط یک کنترل کننده دقیق به کنترل مفصل ها و بازوهای ربات می پردازد که خود شامل 3 نوع می باشد:

• پنوماتیک یا سیستم بادی ( Pneumatic system):

• هیدرولیک یا سیستم روغنی (Hydraulic System)

• سیستم برقی یا الکترونیک سیستم (Electronic System)

هر یک از این سه قسمت به طور مفطل توضیح داده خواهند شد

3. سیستم انتقال نیرو (Transmission system): واسطه ای بین سیستم اندام های مکانیکی و نیرو محرکه است که از محل تولید آن را به یکی از اندام ها منتقل می کند

4. سنسور یا حسگر(Sensor): حکم چشم ربات را دارند که شامل انواع برقی و نوری و .... می باشند

5. دستگاه کنترل یا کامپیوتر ربات (The robot Controller or computer) : در واقع برتری یک ربات از روی سیستم کنترل و میزان هوشمندی آن قابل ارزیابی است



در ادامه به بررسی هر بخش از ربات خواهیم پرداخت

[sunyboy]

کنترل نقطه به نقطه (PTP Control)

PTP control یا کنترل نقطه به نقطه معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت است


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1859.jpg

چنانچه در مقاله نحوه کنترل روبات عنوان شد دو نوع کنترل برای ربات وجود دارد:

کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control)

کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control) که شامل:

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

می شدند توضیح مختصری دادیم

از بین این دو نوع کنترل، کنترل با فیدبک حائز اهمیت زیادی است زیرا با توجه به خروجی می توان میزان عملکرد و کارایی ورودی را محک زد

در این مقاله به بررسی اجمالی از نوع کنترل نقطه به نقطه (point-to- point control) خواهیم پرداخت PTP control معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت باشد مسیری که ربات در این حالت طی می کند به سینماتیک ربات یا نوع حرکت شناسی ربات مرتبط است که در مورد حرکت شناسی ربات به طور کامل بحث خواهیم کرد کنترل PTP دارای دقت و قدرت تکرار زیادی برخوردار است و از کاربرد های آن می توان به

• جوشکاری نقطه ای (Spot Welding)

• انتقال و جابه جایی قطعات (مخصوصا زمانی که لازم است ماشین فاصله های طولانی را در کند مورد استفاده قرار می گیرد)

اشاره کرد

سه نوع کنترل PTP وجود دارد که شامل موارد زیر می باشند:

1. کنترل نقطه به نقطه متوالی (Sequential PTP control) : در این نوع از کنترل هر یک از محور های ربات به طور جداگانه و به نوبت حرکت می کنند و معمولا زمانی از این روش استفاده می گردد که نوع موتور استفاده شده در ربات از نوع Stepper motor یا موتور پله ای باشد در این روش کنترل توسط یک Single-Micro اتفاق می افتد در حقیقت این میکرو در هر لحظه تنها یک محور را حرکت می دهد و این سبب می شود که کنترل در این روش بسیار آسان باشد ولی در عین حال سرعت پایینی دارد


2. کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ (Uncoordinated PTP Control) : این نوع کنترل معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که موتور استفاده شده در ربات موتور DC باشد در این نوع سرعت بالاست زیرا تمامی محورها و مفصل ها با هم می توانند حرکت کنند و هر یک از موتور ها دارا ی کنترل مکانی هستند در این روش هر یک از نیرو محرکه ها محور خود را به مقصد می رسانند ولی زمان قابل پیش بینی نیست چون هر یک به طور جداگانه این کار را انجام می دهند سرعت ربات در این نوع بستگی به سرعت کمترین نیرو محرکه دارد

3. کنترل نقطه به نقطه هماهنگ متوالی ( Terminally Coordinate PTP Control) : سرعت این نوع کنترل شبیه سرعت کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ است با این تفاوت که در این روش به علت آنکه نیرو محرکه ها هماهنگ هستند از میتوان از کنترل سرعت استفاده نمود.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1860.jpg

[sunyboy]

روش های برنامه ریزی ربات

4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود

http://pnu-club.com/imported/2009/07/1861.jpg

ربات شامل بخش های مختلفی مثلا سنسور هاست که این بخش ها ورودی های ربات هستند و قطعا باید در جایی پردازش شوند و مورد بررسی قرار گیرند تا در پروسه کنترل استفاده گردند 4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود که شامل:

• برنامه ریزی دستی (Manual Programming)

• برنامه ریزی هدایت مستقیم(Lead through Programming)

• برنامه ربزی مسیر حرکت ربات (Walk through Programming)

• برنامه ریزی ربات خارج از خط (Off- Line Programming)

می شود

در برنامه ریزی دستی اپراتور با استفاده از کلید (مثلا کلیدهای قطع و وصل و متوقف کننده)برنامه مورد نظر را بر روی ربات انجام می دهد این نحوه برنامه ریزی در کارهای خیلی ساده مورد بررسی قرار می گیرد مانند گذاشتن یا برداشتن قطعات (Pick-and-Place)

در برنامه ریزی هدایت مستقیم اپراتور از Interface یا Teach Pendant استفاده می کند بدین معنی که میزان تغییر مفصل ها و یا بازوهای ربات در حافظه کنترلر ربات ضبط می شود این روش زمانی استفاده می گردد که از نظر ریاضی مشخص کردن مسیر حرکت برای ربات مشکل است ولی به راحتی می توان مسیر حرکت را توسط اپراتور نشان داد این روش می تواند مناسب ترین روش برای برنامه ریزی ربات ها باشد

برنامه ریزی مسیر حرکت ربات متداول ترین روش در رنگرزی، جوشکاری و کارهایی از این قبیل می باشد در این روش اپراتور Grip Handle ربات را در دست می گیرد و مثلا عمل رنگ کردن جسم مورد نظر را انجام می دهد ربات تمامی مراحل کار را در حافظه می سپارد و سپس می تواند آن را مجددا بار ها و بار ها تکرار نماید کارهایی چون روشن و خاموش کردن اسپری و کنترل ورود و خروج ، سرعت و غیره را می توان با استفاده از Teach Pendant نیز برنامه ریزی نمود.

[sunyboy]

حرکت شناسی ربات

موقعیت ساختمانی ربات به دو قسمت تقسیم می شود یکی حرکت شناسی یا سینماتیک (Robot Cinematic) و دیگری دینامیک (Robot Dynamic)


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1862.jpg

منظور از حرکت ربات: تحلیلی است از حرکت هندسی (Geometry) ربات نسبت به یک محور ثابت بدون در نظر گرفتن اثر نیرو که سبب حرکت ربات می شود.

برای حرکت شناسی ربات از دو روش استفاده می شود:

• روش مثلثاتی (Trigonometric)

• روش ماتریسی (Matrix)


هر دوی این روش ها رابطه بین حرکت مفصل ها و بازوها را فرموله می کند

روش ماتریسی بسیار مناسب تر و متداول تر از روش مثلثاتی می باشد

روش مثلثاتی دارای یک تئوری اولیه است که لازم است ابتدا به بررسی این تئوری که به تئوری روش حرکت شناسی مثلثاتی یا Trigonometric Kinematics Theoryمشهور است پردازیم این روش به دو بخش تقسیم می شود

• موقعیت فضایی: در این روش عنوان می گردد که موقعیت هر جسم در یک سطح را می توان به تنهایی نسبت به مکان x , y و نقطه مرجع P و جهت زاویه Q به مختصات x2 , Y2 منتقل کرد که (x , y , Q) را موقعیت جسم و تمامی موقعیت های موجود را موقعیت فضایی نامند پس به راحتی می توان موقعیت یک بازو را در یک مجموعه بازوی مکانیکی سنجید

• حرکت شناسی مستقیم : اگر مختصات داخلی بازویی را که به مرکز یا اولین محور نزدیک است به عنوان مرجع محور مختصات در نظر بگیریم و محور های مختصات بازوی 1 و 2 ر به ترتیب x1 , y1 , x2 , y2 در نظر بگیریم می توان به راحتی رابطه نقاط بیان شده را با یک ضرب ماتریسی به دست آورد

[sunyboy]

معرفی آی سی!!!

سلام. تعجب نکنید همونطور که گفتم که این مجموعه از صفر شروع میکند و هیچ چیز را برای حرفه ای شدن شما از قلم نمی اندازد و در پست های بعدی هم با میکروکنترلر، حسگر (Sensor)، حسگرهای مافوق صوت، تقویت کننده عملیاتی (OpAmp)، آی سی 555، ترانزیستورها، رادار تصویری، 8051، AVR، نرم افزارهای شبیه سازی روبات (مانند: Microsoft Robotics)، موتورهای القایی AC، نرم افزارهای شبیه سازی صنعتی، نرم افزار متلب، استپرموتورها، FPGA، فرستنده ویدیویی، انواع موتورهای القایی، موتورهای القایی فازشکسته و... آشنا میشویم.

-------------------------------------------
IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1863.jpg

مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل شده اند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع مدارهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است حال برای آشنایی بیشتر به بررسی یکی از این IC ها که دارای کاربرد زیادی نیز می باشد خواهیم پرداخت

IC Timer 555 یكی از پركاربردترین آی سی هایی است كه برای مصارف متعددی مورداستفاده قرار می گیرد و دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای كم می باشد بیشترین کاربرد آن در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت است و از دیگر کاربردهای آن کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... هم می توان اشاره کرد مشخصات کامل پایه های آن در شکل آمده است که در دو حالت آستابل و مونو آستابل کار می کند.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1864.jpg

در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس توسط پایه شماره 2 قابل کنترل است و اما در حالت آستابل در صورتی که تغذیه مثبت و منفی آن که مطابق شکل در پایه های 1و4و8 (ولتاژ تغذیه این آی سی چیزی بین 5 تا 15 ولت و حداکثر 18 ولت است) واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 صورت پذیرد به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابتی را ایجاد می کند خروجی ای سی که می توان پالس را از آن دریافت کرد در هر دو صورت پایه شماره 3 می باشد.

[sunyboy]

میکرو کنترلر (Microcontroller)

کلمه میکروکنترلر از دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است که میکرو یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر کنترلر نیز به معنای کنترل کننده است.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1865.jpg

میکرو کنترلر به دو صورت می تواند عمل کند

بر مبنای ورودی هایی که به آن داده می شود خروجی خود را تنظیم می کند.

یا اینکه ورودی تعریف نشود و تنها بر اساس برنامه عمل کند و خروجی فقط بر اساس برنامه باشد.

به آی سی هایی که قابل برنامه ریزی می باشد و عملکرد آنها از قبل تعیین شده میکروکنترلرگویند میکرو کنترلر ها دارای ورودی - خروجی و قدرت پردازش می باشد که از بخش های مختلفی چون

Cpu (واحد پردازش)

Alu (واحد محاسبات)

I /O (ورودی ها و خروجی ها)

Ram حافظه اصلی میکرو

Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد

Timer برای کنترل زمان ها

می باشد. علاوه برآن میکروکنترلرها دارای خانواده های مختلفی چون PIC - AVR – 8051 ها می شوند که به بررسی تک تک آنها خواهیم پرداخت از قابلیت های فوق العاده میکرو کنترلر ها و مزیت آنها قابلیت برنامه ریزی آنها می باشد و دارای کامپایلرهای خاصی می باشند که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل که قابلیت اتصال به یکی از پورت های کامپیوتر را دارد برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا می کند و در Rom (حافظه) آن ذخیره می شود این آی سی ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند و بیشتربرای کنترل استفاده می شود و طبق الگوریتم برنامه آن عمل می شود این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کاربرد دارند. برای شروع کار با یک میکروکنترلر که در رباتیک کاربردهای فراوانی از آن را خواهید دید در ابتدا لازم است یک زبان برنامه نویسی مانند C , Basic را بیاموزید. (ترجیحا C)

[sunyboy]

معرفی میکروکنترلر 8051

همانطور که در مقاله قبلی به توضیح مختصری از میکرو کنترلر ها پرداختیم سه نمونه معروف و پرکاربرد از میکرو کنترلر ها می توان به8051 و PIC و AVR اشاره نمود که در این مقاله به بررسی یکی از آنها که اولین میکرو نیز می باشد می پردازیم.


8051

http://pnu-club.com/imported/2009/07/1866.jpg

اولین میکروکنترلر ساخت دست بشر است که در ابتدا توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد. اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS, SIEMENS , DALLAS و... که از بزرگ ترین شرکت های دنیا هستند به تولید این میکروکنترلر پرداختند یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود که مدل های مختلف میکروکنترلر را ساخت و محصلات آن در سراسر جهان و در ایران یافت می شود. اما زمانی که ما به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر را در نظر می گیریم متوجه می شویم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید می شود پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.001 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس می شود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.

این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی می کند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توان رقابت با AVR و PIC را دارا نیست و رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است.

[sunyboy]

رگولاتور چیست؟

رگولاتور قطعه ای است که در ساخت مدارات الکترونیکی کاربردهای فراوانی دارد در حقیقت رگولاتورهای ولتاژ، نوعی از نیمه رساناها هستند که برای تنظیم ولتاژ طراحی شده اند


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1868.jpg

رگولاتورها در یک دسته بندی کلی به 3 بخش زیر تقسیم می شوند:

1. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت مثبت: که خروجی انها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می باشد که نام گذاری آنها نیز به صورت 78XX یا L78XX یا M78XX می باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور 7805 ، 5 ولت می باشد و همچنین L یا M هم نشان دهنده حداکثر جریان دهی آن است

(L= تا 1 آمپر ،=M تا 1.5 آمپر)

2. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت منفی: که خروجی آنها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر – می باشد که نامگذاری انها به صورت 79XX می باشد.

3. رگولاتورهای ولتاژ خروجی متغیر: به وسیله این رگولاتورها می توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد. معروف ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجی – آنهاLM337 می باشد. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد.

این رگولاتورها 3 پایه دارند. مثبت + ، خروجی، زمین یا - ( قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می گوییم(Gnd))

در رگولاتورهای سری 78XX ولتاژ ورودی باید حداقل دو یا سه ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در زیر به طور مختصر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی----------------------- ولتاژ خروجی -----------------------شماره مدل

7.3---------------------------------------------5------------------------------------7805

11.5-------------------------------------------9------------------------------------7809

14.6-------------------------------------------12-----------------------------------7812

21---------------------------------------------18-----------------------------------7818

27.1------------------------------------------21------------------------------------7824

[sunyboy]

حسگرهای مافوق صوت

یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاد درك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حركت است.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1870.jpg

از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی از فاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می كنند.

فركانسهای این محدوده را می توان بین 40 كیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فركانسها كاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یك مخزن و ....را دارند.

جهت استفاده از این امواج یك سری سنسورهای مخصوص طراحی شده كه می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی كرد.سنسورهای غیر صنعتی در فركانسهایی در حدود 40 كیلو هرتز كار می كنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت كار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یك فاصله یا عمق یك مایع می توان از آنها استفاده كرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی كه در فركانسهای در حد مگا هرتز كار می كنند و به دلیل همین فركانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت

مكانیزم كلی كار این سنسورها ، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه كرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.

اگرچه به صورت یک پک هم یافت می شود که هر دو سنسور را در خود جای دهد

همانند تمامی دستگاه های دیگر این نوع سنسور ها دارای خطا نیز می باشند

یكی از مهمترین خطاهایی كه درآنها مشاهده می شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور كه میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یك بیم لیزر تاباند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممكن است پیش آید.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1871.jpg



در ادامه بحث به ساختار داخلی و بررسی دقیق خطا خواهیم پرداخت

[sunyboy]

معرفی آپ امپ (Op-Amp)

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ندو به صورت مدار مجتمع در دسترس قرار می گیرند.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1875.jpg

این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.

از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد انهاست

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار بالایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آن را به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.

Op-Amp همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی است که این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند.

پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آی سی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. و برعکس اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آی سی 5 ولت باشد و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است.

[sunyboy]

مختصری در مورد آی سی 555

در پست " معرفی آی سی" مختصری در مورد آی سی ها و آی سی 555 صحبت کردیم و عنوان کردیم که با بررسی این آی سی به بیان چند مورد از اصطلاحات الکترونیکی خواهیم پرداخت:


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1879.jpg

آی سی 555 دارای 8 پایه است و همانطور که بیان شد به آی سی تایمر مشهور است در مدار داخلی این آی سی فلیپ فلاپ به کار رفته است که

با توضیح مختصری از فلیپ فلاپ به بررسی آن می پردازیم

در مدارات الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ ( Flip Flop ) یک نوع آی سی یا تراشه ( IC ) یا مدار مجتمع دیجیتال است که می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند. یک فلیپ فلاپ می تواند شامل دو سیگنال ورودی، صفر یا یک در پایه یا پایه های ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی ( clock ) و یک خروجی ( out put ) و دو پایه set و reset می باشد. فلیپ فلاپ ها معمولا دارای یک خروجی معکوس خروجی اصلی هم هستند. یعنی از نظر منطقی خروجی معکوس یا متمم ، برعکس خروجی اصلی است و اگر خروجی اصلی مثلا دارای سطح منطقی یک ( مثلا 5 ولت ) باشد خروجی متمم ( مکمل هم می گویند ) به صورت معکوس خروجی اصلی (در این مثال صفر منطقی ) خواهد بود. آن را آلاکلنگ نامیده اند چون خروجی آن بین صفر و یک تغییر می کند. حال با این توضیح به 2 اصطلاح تریگر و ترشولد می پردازیم

3.تریگر: چنانچه ولتاژ پایه 2 از VCC/3 کمتر شود ،با توجه به ورودی های مقایسه کننده آنالوگ دوم خروجی این مقایسه کننده بالا رفته و باعث ست شدن فلیپ فلاپ Q=1 ( که با لبه بالا رونده کار می کند) می گردد.یعنی خروجی فلیپ فلاپ یا خروجی خود IC در این حالت بالا می رود و حتی اگر ولتاژ پایه 2 باز هم از VCC/3 بیشتر شود و خروجی مقایسه کننده پایین بیاید تغییری در خروجی مشاهده نمی شود.

4.ترشولد: چنانچه ولتاژ پایه 6 از 2/3VCC یا ولتاژ 5 بیشتر شود ، با توجه به ورودی های مقایسه کننده اول ،خروجی مقایسه کننده High شده و فلیپ فلاپ را Reset و خروجی IC را صفر می کند.

5.دشارژ: از این عمل بیشتر برای تخلیه خازن و رفتن به سیکل بعدی تایمینگ استفاده می شود ولی بسته به نوع مدار و نظر طراح ، می تواند استفاده های دیگری هم داشته باشد .

[sunyboy]

گذشته ربات ها

محققان بر این باورند که ایده ساخت ربات بسیار قدیمی تر از آنچه که ما تصور می کنیم بوده است


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1882.jpg

270قبل از میلاد: زمانی که یونانیان به ساخت مجسمه های متحرک می پرداختند را اولین قدم برای ساخت ربات ها بیان شد

حدود سال 1250 م : 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 خواند.

سال 1640 م : دکارت ماشین خودکاری 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 1738 م : ژاک دواکانسن (Jacques de Vaucanson) یک اردک مکانیکی ساخت که از بیش از 4000 قطعه تشکیل شده بود . ین 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 18 م : یک مدل ساده از ربات کهKarakuri Ningyo نامیده می شد 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 برداشتن فنجان از سینی مجدداً به جای خود بازمی گشت. وقتی دوباره فنجان در جای خود قرار می گیرد وزن فنجان مجداً استوپر 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

تا اینجا گذشته ربات ها از سال 270 قبل از میلاد تا قرن 18 را بیان کردیم ......


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1883.jpg

پس از قرن 18 و ساخت عروسکی جهت برگزاری مراسم چای ژاپنی

سال 1805 میلادی : عروسکی توسط میلاردت (Maillardet) ساخته شد که می توانست به زبان انگلیسی و فرانسوی بنویسد و مناظری را نقاشی کند.

سال 1923 میلادی: 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 1940 میلادی: شرکت وستینگهاوس (Westinghouse Co.) سگی به نام اسپارکو (Sparko) ساخت که هم از قطعات مکانیکی و هم الکتریکی در ساخب آن استفاده شده بود. این اولین باری بود که از قطعات الکتریکی نیز همراه با قطعات مکانیکی استفاده می شد.

سال 1942 میلادی: کلمه رباتیک (robatics) 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 1950 میلادی: تکنولوژی کامپیوتر پیشرفت کرد و صنعت کنترل متحول شد. سؤلاتی مطرح شدند. مثلاً : آیا کامپیوتر یک ربات غیر متحرک است ؟

سال 1954 میلادی: عصر ربات ها با ارائه اولین ربات آدم نما توسط جرج دوول (Georg Devol) شروع شد.

امروزه،90% رباتها، رباتهای صنعتی هستند، یعنی رباتهایی که در کارخانه ها، آزمایشگاهها، انبارها، نیروگاهها، بیمارستانها، و بخشهای مشابه به کارگرفته می شوند.در سالهای قبل، اکثر رباتهای صنعتی در کارخانه های خودروسازی به کارگرفته می شدند، ولی امروزه تنها حدود نیمی از رباتهای موجود در دنیا در کارخانه های خودروسازی به کار گرفته می شوند. مصارف رباتها در همه ابعاد زندگی انسان به سرعت در حال گسترش است تا کارهای سخت و خطرناک را به جای انسان انجام دهند . برای مثال امروزه برای بررسی وضعیت داخلی رآکتورها از ربات استفاده می شود تا تشعشعات رادیواکتیو به انسانها صدمه نزند.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1884.jpg

سال 1956 میلادی: پس از توسعه فعالیت های تکنولوژی که بعد از جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد ، 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 1960 میلادی : 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 1962 میلادی : شرکت خودروسازی جنرال موتورز نخستین ربات Unimate را در خط مونتاژ خود به کار گرفت .

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

سال 1983 میلادی : 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 1985 میلادی : نخستین رباتی که به تنهایی توانایی راه رفتن داشت در دانشگاه ایالتی اهایو (Ohio State Uneversity) ساخته شد .

سال 1996 میلادی : 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 و ساخت ربات با سرعت زیادی رو به رشد است به طوری که در سال 2005 در مسابقات ربوکاپ ژاپن رباتی با قابلیت های فوق العاده یک انسان و نمایی شبیه یک انسان ارائه گردید که در پست های آتی به توضیح آن خواهیم پرداخت.

[sunyboy]

شبیه سازی فوتبال

سالانه مسابقاتی تحت عنوان ربوکاپ در یکی از کشورهای جهان بر اساس درخواست آن کشور و پذیرش فدراسیون روبوکاپ جهان برگزار می گردد که شامل دو بخش ربات های شبیه سازی شده و ربات های واقعی است.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1889.jpg

در بخش شبیه سازی می توان از شبیه سازی نجات، شبیه سازی فوتبال دوبعدی و سه بعدی و شبیه سازی ربات های مجازی (Virtual Robots) نام برد.(عکس رو به رو شبیه سازی فوتبال دوبعدی است)

یکی از سوالاتی که معمولا مطرح می شود آن است که دلیل شبیه سازی (Simule کردن) ربات ها چیست؟ یکی از مهمترین دلایل آن تمرین هوش مصنوعی، شبیه سازی شبکه های عصبی و منطق فازی است که در مورد هر یک توضیح خواهیم داد

هدف بلند مدت این مسابقات برد تیم ربات ها در مقابل تیم فوتبال منتخب دنیا(انسان ها) در سال 2050 است و چون سخت افزار ربات ها زیاد پیشرفت نکرده است در حال حاضر بر روی تصمیم گیری ربات ها به صورت جداگانه کار می شود.

اصولا برنامه های شبیه سازی که در این مسابقات مرسوم هستند از دو بخش تشکیل می شوند.

بخش سرور که قوانین محیط در آن قرار دارد و بخش کلاینت که قادر به تغییر قوانین نیست و تنها قادر است که بر اساس فرمان هایی که صادر می کند و اختیاراتی که داراست دستورات لازم را ارسال نماید.

مثلا در شبیه سازی زلزله سرور محیط بعد از زلزله را شبیه سازی می کند، بعضی مکان ها آتش می گیرد یا یعضی از راه ها بسته می شود و حتی جهت باد یا وضعیت افراد مجروح را تعیین می کند و بخش کلاینت بخشی است که در حقیقت تعیین کننده نحوه عملکرد آتش نشان ها، پلیس ها و آمبولانس ها است رقابت تیم ها در نوشتن برنامه مناسب برای آتش نشان ها ، آمبولانس ها و پلیس هاست که با کمترین خسارت بتوانند محیط را کنترل کنند

شبیه سازی فوتبال هم به همین شکل اتفاق می افتد که سرور ، زمین فوتبال و جهت باد و تغییر موقعیت توپ و قوانین فیزیکی و ... را شبیه سازی کرده و کلاینت دستور می دهد که بازیکن ها و Coach چطور بازی کنند در این بخش نیز نوشتن برنامه بخش کلاینت ، بخش رقابتی مسابقه است

[sunyboy]

انواع ربات ها

رباتهای امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مکانیکی برای جابجایی قطعات و یا کارهای ساده و تکراری که موجب خستگی و عدم تمرکز کارگر و افت بازده می شوند بوجود آمدند.

این گونه رباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند . جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای کاملا کنترل شده در کارخانه نصب می شوند و به غیر از وظیفه ای که به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام کار دیگری نیستند . این وظیفه می تواند 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 باید در کنترلر ربات (مغز ربات) به کار گرفته شود .

رباتهای متحرک به دسته های زیر تقسیم بندی میشوند :

1 : رباتهای چرخ دار

با انواع چرخ عادی

و یا شنی تانک

و با پیکربندی های مختلف یک, دو یا چند قسمتی


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1891.jpg

2 : رباتهای پادار مثل سگ اسباب بازی AIBO ساخت سونی یا ربات ASIMO ساخت شرکت هوندا


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1892.jpg

3 : رباتهای پرنده


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1893.jpg

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


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1894.jpg

و ...

[sunyboy]

یک سوال مهم!!!

یكی از جالب‌ترین و هیجان‌انگیزترین پرسش‌هایی كه تاكنون تاریخ فلسفه به خود دیده...


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1895.jpg

پرسشی است كه آلن تورینگ، فیلسوف و ریاضیدان انگلیسی در سال 1950 طی مقاله‌ای به نام Computing Machinery and Intelligence یا <ماشین محاسباتی و هوشمندی> مطرح كرد. او پرسید: <آیا ماشین می‌تواند فكر كند؟>

این پرسش به گونه ای شروع تفکر در مورد ساخت ربات های هوشمند را ایجاد کرد

وی برای این‌كه ذهن مخاطب را از پریشانی درباره ماهیت این ماشین دربیاورد، توضیح داد كه منظور او از ماشین، یك كامپیوتر است؛ ماشینی كه قادر به انجام محاسبات نرم‌افزاری است. به این ترتیب برای اولین بار این پرسش در ذهن نوع بشر پدید آمد كه: <آیا كامپیوتر می‌تواند فكر كند؟>

خود تورینگ پاسخ قطعی این پرسش را پیدا نکرد، اما برای یافتن پاسخ مناسب در آینده، یك راهبرد خلاقانه پیشنهاد كرد. او آزمونی طراحی كرد كه خود آن را <بازی تقلید> نامید. تورینگ پرسید: <آیا یك ماشین، یعنی یك كامپیوتر، می‌تواند آزمون تقلید را با موفقیت پشت سربگذارد؟> آیا یك كامپیوتر می‌تواند با یك انسان چنان گفت‌وگو كند كه او فریب خورده و تصور كند در حال گفت‌وگو با یك انسان است؟

او آزمون بازی تقلید را چنین شرح داد: یك پرسشگر - یك انسان - همزمان در حال گفت‌وگو با دو نفر است. هر یك از این دو نفر در اتاق‌های جداگانه‌ای قرارگرفته‌اند و پرسشگر نمی‌تواند هیچ‌یك از آن‌ها را ببیند. یكی از این دو نفر یك انسان است و دیگری یك ماشین؛ یعنی یك كامپیوتر. پرسشگر باید با این دو نفر شروع به گفت‌وگو كند و بكوشد بفهمد كدام‌یك از این دو انسان است و كدام‌یك ماشین. اگر كامپیوتر بتواند طوری جواب دهد كه پرسشگر نتواند انسان را از ماشین تمیز دهد، آنگاه می‌توان ادعا كرد كه این ماشین هوشمند است.

تورینگ برای آسان‌تركردن شرایط این آزمون و پرهیز از پیچیدگی‌های اضافی، آن را به محاوره‌ای متنی و روی كاغذ محدود كرد تا مجبور به درگیر شدن با مسائل انحرافی مانند تبدیل متن به گفتار شفاهی و تنظیم تُن صدا و لهجه نباشد. او همچنین براساس یك سری محاسبات، پیش‌بینی كرد كه پنجاه سال بعد، یعنی در سال 2000 انسان قادر خواهد بود كامپیوترهایی بسازد كه در یك گفت‌وگوی پنج دقیقه‌ای، فقط هفتاد درصد پرسشگرها بتوانند كشف كنند كه در حال گفت‌وگو با یك انسان هستند یا یك ماشین. او برخورداری از یك میلیارد بیت حافظه (125 میلیون بایت - حدود 120 مگابایت) را یكی از مشخصه‌های اصلی این كامپیوتر دانست.

کسی تصور نمی کرد که روزی این ماشین قادر باشد با انسان بازی فکری شطرنج را نیز انجام دهد و پیروز گردد

[sunyboy]

معایب و مزایای ربات ها

در این نوشتار در نظر داریم به طور بسیار اجمالی به تعدادی از معایب و مزایای ربات ها اشاره کنیم

مزایای رباتها :

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

رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند. که از تمیز کردن تیر چراغ برق تا استفاده در جنگ ها می توان اشاره کرد

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

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

رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند.

کاهش هزینه در بخش تولید از دیگر مزایای ربات است

حضور ربات ها سبب می گردد که انسان ها مجبور باشند کمتر به کارهای فیزیکی پرداخته و از نیروی کار به ست نیروی کار ذهنی متمایل گردد


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1896.jpg

معایب رباتها :

رباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند که این مطلب می تواند بسیار خطرناک باشد .

رباتها هزینه بر هستند.

قابلیت های محدود دارند یعنی فقط کاری که برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند و قابلیت خلاقیت در کار را ندارند

با در کنا ر هم قرار دادن این معایب و مزایا که قطعا فقط به این موارد ختم نمی شود باز می توان دید که ربات ها تا چه اندازه در زندگی انسان تاثیرگذارند که رشد آنها در تمامی جنبه های زندگی دیده می شود.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1897.jpg

[sunyboy]

اولین ترانزیستورها

در اولیــن ماههــای سـال 1948 نخسـتین نمـونـه از یـک ترانزیـسـتـور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد

این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپهای خلاء الکترونیک شود Type A نام گرفت. Type A که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یکسال بعد به تعداد 3700 عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها برای آزمایش قرار گیرد. تصویر زیر تصویر اولین ترانزیستور است.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1899.jpg

جالب است که بدانید این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شدند. همانطور که در شکل مشاهده می شود این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود. Collector (کلکتور) و Emitter (امیتر) و پایه Base (بیس) به بدنه فلزی آن متصل بود.

تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال 1950 ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد. طبیعی بود که در اینحالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد. اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستور های جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است. تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و ... روی داده است همگی مرهون این اختراع میباشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپهای خلاء - الکترونیک - شد و توانست همان خاصیت لامپها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد. ترانزیستورها عموما" برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند. ساختمان داخلی آنها از پیوندهایی از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم تشکیل شده است.

تصویر زیر، تصویر یک ترانزیستور امروزی است که در بازار یافت می شود:



http://pnu-club.com/imported/2009/07/1900.jpg

[sunyboy]

سنسورها

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند.


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1901.jpg

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

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

سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می‌نمایند.

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

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

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

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

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

سنسورهای تشخیص تماس

سنسورهای نیرو-فشار

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

[sunyboy]

رادار تصویری

رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بكار میرود .


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1902.jpg

با رادار می توان درون محیطی را كه برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریكی ،باران،مه.برف،غبار و غیره . اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد .كاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد .

سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج، از این طیف استفاده گردد .


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1903.jpg

عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند .در اینگونه سیستم ها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساطع می کند نتایج لازم کسب می گردد.

در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد : سنسورهای تصویری وغیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .

از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج و اسکترومتر ها (پراکنش سنج ) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .

معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد . سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انرژی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد . از مزایای شاخص رادار می توان به عملکرد رادار در شب یا روز وهمچنین قابلیت تصویربرداری درشرایط آب و هوایی مختلف اشاره کرد . امواج مایکرویو قادر به نفوذ در ابر مه ,گرد و غبار و باران می باشند.

[sunyboy]

در مورد میکروکنترلرها بیشتر بدانیم

میکروکنترلر ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1906.jpg


http://pnu-club.com/imported/2009/07/1865.jpg

بیشتر این آی سی ها برای کنترل و تصمیم گیری استفاده می شود چون طبق الگوریتم برنامه ی آن عمل می کند این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کار برد دارد

میکرو کنترلر ها دارای کامپایلرهای خاصی می باشد که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل به یکی از در گاه های کامپیوتر وصل می شود برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا میکند و در Rom ذخیره می شود

امکانات میکرو کنترلرها یکسان نیست و هر کدام امکانات خاصی را دارا می باشند و در قیمت های مختلف عرضه می شود.

در صورتی که بخواهیم میکروکنترلر را با میکروپروسسور مقایسه کنیم می توان به مورد زیر اشاره کرد

1. یک میکرو کنترلر را می توان طوری برنامه ریزی کرد که کار چندین گیت منطقی را انجام دهد.

2. تعداد آی سی هایی که در مدار به کار میرود به حداقل می رسد.

3. به راحتی می توان برنامه میکرو کنترلر را تغییر داد و تا هزاران بار میتوان روی میکرو برنامه های جدید نوشت و یا پاک کرد.

4. به راحتی می توان از روی یک مدار منطقی کپی کرد و مشابه آن را ساخت ولی در صورتی که از میکرو کنترلر استفاده شود و برنامه میکرو را قفل کرد به هیچ عنوان نمی توان از آن کپی گرفت .

ممکن است سوال دیگری مطرح گردد و آن تفاوت میکروپروسسور با میکروکنترلر است:

میکروپرسسور نیز یک پردازنده است و برای کار باید به آن چیپ های حافظه و قطعاتی را اضافه کرد این امکان زمانی مناسب است که بر حسب نیاز حافظه مناسب و قطعات دیگر مانند تایمرها و غیره به میزان بیشتری مورد استفاده باشد عین این نوع ودارات آن است که مدار خیلی پیچیده می شود و از لحاظ هزینه هم هزینه بیشتر می گردد به همین دلیل امروزه از میکروپرسسورها کمتر استفاده می شود زیرا میکرو کنترلر های جدید با حافظه های زیاد تعداد تایمر زیاد پورت های زیاد و تنوع بسیار زیاد انها بر حسب این امکانات دست ما را باز گذاشته است تا دیگر میکروپرسسورها را فراموش کنیم.

[mmojtabaa]

شما دوستان میتوانید اطلاعاتی در مورد سنسور ها _ رباتهای عملی تعقیب خط(فعلا)
و پروژه های عملی دیگری را دانلود کنید
دانلود رایگان پروژه های میکرو و الكتروني (http://pnu-club.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.dehnokit.blogf a.com)
برای اینکه ما هم از شما راضی باشیم لطفا برای ما نظر بدهید تا وبلاگمان را بهبود ببخشیم:104::167::55::301::105::168::228::169 ::281::281::281::281::281::281:

[mmojtabaa]

شما دوستان میتوانید اطلاعاتی در مورد سنسور ها _ رباتهای عملی تعقیب خط(فعلا)
و پروژه های عملی دیگری را دانلود کنید
دانلود رایگان پروژه های میکرو و الكتروني (http://pnu-club.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.dehnokit.blogf a.com)
برای اینکه ما هم از شما راضی باشیم لطفا برای ما نظر بدهید تا وبلاگمان را بهبود ببخشیم:104::167::55::301::105::168::228::169 ::281::281::281::281::281::281: