اختصاصی از
هایدی دانلود مقاله علم رباتیک دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
پیشگفتار:
هدف این مقاله بررسی علم رباتیک و آشنایی با دانش و فناوری وابسته به ابزارهای مکانیکی کنترل شونده به وسیله رایانه میباشد چون بعضی ها بدین باورند که ربات ها حتماً ماشین های سیار انسان نما هستند که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند.
انتظار می رود مطالب این مقاله برای خواننده ای که آشنایی مقدماتی با ربوتیک و یا اصلاً آشنایی ندارد به سادگی قابل فهم باشد.
به منظور آشنایی خوانده به ربوکاپ نیز مطالبی در این مورد در پایان بیان نموده ایم.
چکیده:
رباتیک دانش وابسته به ابزارهای مکانیکی کنتزل شونده به وسیله رایانه میباشد. در اینجا ما شما را با انواع ربات ها از قبیل ساده و پیچیده و ربات هایی که دارای حس‌گر هستند آشنا می کنیم و خواهیم گفت که ربات ها توسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل گرها کنترل می شوند. همچنین ویژگی های یک روبات را مطالعه می کنیم.
حرکت در ربات ها مسئله قابل توجهی است و ربات ها را می توان مکرراً برنامه ریزی کرد و چند کاره می باشند و کارآمد و مناسب برای محیط اند. در آخر شما را با تاریخچه Robocup آشنا خواهیم نمود.
مقدمه:
روباتیک:
روباتیک (یا روبوتیک) دانش و فناوری وابسته به ابزارهای مکانیکی کنترل شونده به وسیله رایانه میباشد. برای نمونه ماشین های خودکار روباتیک عموماً در خطوط مونتاژ خودروها مشاهده می گردند.
بر خلاف تصور افسانه ای عمومی از رباتها به عنوان ماشینهای سیار انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای روباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابلیت انعطاف، ولی محدودی را انجام می دهند چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردها و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، میباشد. علاوه بر این، ممکن است حسگرها و تجهیزات جانبی یا ابزاری را که فرمان داشته باشد بعضی از رباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری یا رنگ افشانی را انجام می دهند، که سایر سیستم های پیچیده تر که به طور همزمان چند کار انجام می دهند، از دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند. حسگرهای یک ربات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد. بعضی از رباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می توانند اجزا بسیار کوچکی را در جای مناسب قرار دهند. ساده ترین شکل رباتهای سیار، برای رساندن نامه در ساختمانهای اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، روباتها همانند کامپیوترها قابلیت برنامه ریزی دارند. بسته به نوع برنامه ای که شما به آنها می‌دهید. کارها و حرکات مختلفی را انجام می دهند. رشته دانشگاهی نیز تحت عنوان روباتیک وجود دارد که به مسایلی از قبیل 1-حسگرها 2-مدارات 3-بازخوردها 4-پردازش اطلاعات 5-بسط و توسعه روباتها می پردازد. روباتها انواع مختلفی دارند از قبیل روباتهای شمشیرباز، دنبال کننده خط، کشتی گیر، فوتبالیست و روباتهای خیلی ریز تحت عنوان ریز روباتها، روباتهای پرنده و غیره نیز وجود دارند. روباتها برای انجام کارهای سخت و دشواری که بعضی مواقع انسانها از انجام آنها عاجز یا انجام آنها برای انسان خطرناک هستند. مثل روباتهایی که در نیروگاه های هسته ای وجود دارند استفاده می شوند.
کاری که روباتها انجام می دهند، توسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل گرها کنترل می‌شود. با تسلط در برنامه نویسی این دو می توانید دقیقاً همان کاری را که انتظار دارید روبات انجام دهد.
روباتهایی انسان نما نیز ساخته شده اند. آنها قادرند اعمالی شبیه انسان را انجام دهند. حتی بعضی از آنها همانند انسان دارای احساسات نیز هستند. بعضی از آنها شکلهای خیلی ساده ای دارند. آنها دارای چرخ یا بازویی هستند که تسط ریزپردازشگرها و ریزکنترل گرها کنترل می شوند. در واقع ریزکنترل گر و ریز پردازنده به مانند مغز انسان در روبات کار می‌کند. برخی از روباتها مانند انسانها و جانوران خون گرم در برخورد و رویارویی با حوادث مختلف به صورت هوشمند از خود واکنش نشان می دهند. یک نمونه از این روباتها روبات مامور است.
برخی روباتها نیز یکسری کارها را به صورت تکراری با سرعت و دقت بالا انجام می‌دهند مثل روبات هایی که در کارخانه های خودروسازی استفاده می شوند. این گونه روبات کارهایی از قبیل جوش دادن بدنه ماشین، رنگ کردن ماشین را با دقتی بالاتر از انسان بدون خستگی و وقفه انجام می دهند.
ویژگیهای یک روبات
یک روبات دارای سه مشخصه زیر است.
1)دارای حرکت و پویایی است.
2)قابلیت برنامه ریزی جهت انجام کارهای مختلف را دارد.
3)بعد از اینکه برنامه ریزی شد قابلیت انجام وظایفش را به صورت خودکار دارد.
ممکن است روزی فرا برسد که روباتها جای انسانها را در انجام کارها بگیرند. حتی بعضی از آنها ممکن است به صورت محافظ شخصی از جان انسانها در مقابل خطرات احتمالی حفاظت کنند.
اندام شناسی روبات های انسان نما
در سال 1950 دانشمندان تصمیم گرفتند شکلی از رباتهای دو پا را درست کنند که از لحاظ فیزیکی شبیه انسان باشند. این گونه روباتها متشکل از دو بازو و دو پا هستند. که دستها و پاها به صورت متقارن و شبیه بدن انسان در سمت راست و چپ ربات قرار گرفته اند. برای انجام چنین کاری آنها می بایست در ابتدا آناتومی بدن خود را می‌شناختند. آنها معتقد بودند که انسانها طی میلیونها سال تکامل یافته اند. تا اینکه امروزه قادرند انواع مختلفی از کارها را انجام دهند. اگر از مردم راجع به روباتهای شبیه انسان سؤال کنید، آنها در اولین وهله به یاد فیلم پلیس آهنی می افتند.
حرکت در ربات:
حشرات به دلیل داشتن پاهای بیشتر می توانند تعادل خود را در حرکت حفظ کنند. بهمین دلیل رباتهای شبیه حشرات بیشتر از روباتهایی شبیه سک و گربه ساخته شده‌اند.
ربات
ربات یا روبوت وسیله ای مکانیکی جهت انجام وظایف مختلف است. یک ماشین که می‌تواند برای عمل به دستورات مختلف برنامه ریزی گردد و یا یک سری اعمال ویژه انجام دهد. مخصوصاً آن دسته از کارها که فراتر از حد توانایی های 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 می شوند.
روبات یک ماشین الکترومکانیکی هوشمند است با خصوصیات زیر:
1-می توان آن را مکرراً برنامه ریزی کرد.
2-چند کاره است.
3-کارآمد و مناسب برای محیط است.
ریشه واژه ربات
لغت ربات در اکثر زبان های دنیا با همین تلفظ دارای معنای واحدی میباشد. این لغت اولین بار در خلال سال های 1920 تا 1930 در نمایشنامه ای با نام
(“RUR (Rossmuse Uiversal Robot نوشته «کارل کاپک» نویسنده چک اسلواکی به کار برده شد. در این نمایشنامه بازیگران نقش موجوداتی مصنوعی و کوچک شبیه انسان را بازی می کردند، که به طور مطلق تحت فرمان صاحب خود قرار داشته و دستوراتش را مو به مو اجرا می کردند. این موجودات ربات نامیده می شدند که ریشه آن از لغت اسلاو به معنای «کارگر اجباری» است.
قوانین ربوتیک
در سال 1940، ssac Assimov سه قانون رباتیک را به شرح زیر تبیین کرد:
1-یک ربات موجودی است که نباید به انسان آزار برساند و اجازه ندهد به چیزی ضرر برسد.
2-باید از انسان اطاعت کند، مگر این که با قانون اول مغایرت داشته باشد.
3-باید خودش را در برابر خطر و ضرر محافظت نماید، مگر این که با قانون اول و دوم مغایرت داشته باشد.
دسته بندی ربات ها
ربات ها در سطوح مختف دارای دو خاصیت «تنوع در عملکرد» و «قابلیت تطبیق خودکار با محیط (automated adaptin) می باشند. بر اساس این دو خاصیت دسته بندی ربات ها انجام می گیرد.
دسته بندی اتحادیه ربات های ژاپنی (Jira) به شرح زیر است:
1-وسیله ای که توسط دست کنترل می شود.
2-ربات برای کارهای متوالی بدون تغییر
3-ربات برای کارهای متوالی متغیر
4-ربات مقلد
5-ربات کنترل
6-ربات باهوش
که در دسته بندی مؤسسه رباتیک آمریکا (RIA)، فقط ماشین های دسته 3 تا 6، ربات محسوب می شوند.
ساختار عمومی یک ربات
یک ربات به طور معمول حداقل شامل 5 بخش متفاوت ولی مرتبط میباشد:
1)(Articulated mechanical system):AMS سیستم مکانیکی مفصل شده:
این سیستم متشکل از بازوها، کچ ها، اتصالات و عوامل نهایی مکانیکی بوده که در یک مجموعه به هم پیوسته و مرتبط جمع شده اند.
2)Actuators تحریک کننده ها:
این بخش توان لازم را تحت یک سری شرایط کنترل شده و دقیق، برای سیستم مکانیکی مفصل شده (AMS) فراهم می‌کند. این توان از انواع
1-الکتریکی 2-هیدرولیکی و یا 3-پنوماتیکی میباشد.
3-Transmission system ابزارها و سیستم های انتقال:
این مجموعه Actuators را به AMS اتصال می‌دهد. بدین طریق توان فراهم شده توسط تحریک کننده ها به بخض مکانیکی منتقل شده و به گونه ای مجزا امکان حرکت را برای هر مفصل فراهم می آورد. تسمه های دنده دار و چرخ دنده ها از این نوعند.
Sensors حسگرها:
سنسورها قطعاتی هستند متشکل از ابزارهای لامسه ای الکتریکی یا نوری که در کنار سایر عناصر الکترونیکی ایفای نقش می کنند. وظیفه این المان ها کسب اطلاعاتی از موقعیت مفاصل ربات و شرایط محیطی مانند نور و گرما و هدف های موجود در محیط میباشد.
CPU مغز ربات:
این بخش به عنوان محلی برای دستور گرفتن و تصمیم گیری ربات بر عهده این بخش است که این وظیفه توسط برنامه های موجود در حافظه کامپیوتر به انجام می رسد. بخش نرم افزار هم مربوط به این قسمت است.
برنامه نویسی در ربات
برنامه نویسی در ربات به دو صورت Online و Offline انجام می شود.
برنامه نویسی Online که امروزه به عنوان معمول ترین روش در به کارگیری ربات های صنعتی استفاده می شود. اپراتور حرکت های مورد نظر را به ربات آموزش می دهد، به گونه ای که ربات بعداً می تواند بدون کمک و به طور خودکار همان کارها را تکرار کند. این نوع از برنامه نویسی به دو صورت انجام می شود:
1-آموزش دستی 2-آموزش از طدیق هدایت.
در روش هدایت، با کمک یک جعبه کنترلی، ربات را به نقاط مورد نظر هدایت کرده و مختصات آن ها در حافظه کامپیوتری ربات ثبت می شود و به این ترتیب برای دفعات بسیار قابل تکرار است. در روش دستی، عامل نهایی را با دست در مسیر دلخواه حرکت داده و وضعیت پیوسته هر یک از محورها در حافظه ربات ثبت می شود.
اما در مورد برنامه نویسی offline که به برنامه نویسی سطح بالا موسوم است، این نکته اهمیت دارد که وقتی انجام کارهای پیچیده مورد نظر است و یا سرعت واکنش ربات به وقایع خارجی اهمیت دارد، باید از زبان های «کنترل کننده» ربات ها استفاده کرد در این زبان ها علاوه بر وجود دستورات معمولی از قبیل کنترل حلقه و یا عبارات شرطی، دستوراتی برای حرکت و جا به جایی ربات ها هم در نظر گرفته شده است. این نوع برنامه نویسی امکان ارتباط آسان تر با ربات را فراهم می آورد.
تقسیم بندی تاریخی ربات ها
a- ربات های برنامه ناپذیر یا ربات های نسل صفر
b- ربات های برنامه پذیر یا ربات های نسل اول: این نوع ربات ها دارای محرک های قابل کنترل اند که توان تکرار یک برنامه را به این ترتیب دارا هستند. از این رباتها در کاربردهای صنعتی مانند خطوط مونتاژ ساده استفاده می شود.
c- ربات های آداپیتور یا ربات های نسل دوم: این ربات ها به سیستم بینایی نیز مجهزند و عملاً با به کارگیری نرم افزارهای خاص که توانایی پردازش دادده های میکروپروسسوری را دارند، نوعی هوش مصنوعی برای ربات فراهم می سازند که قابلیت تصمیم گیری برای آن ها امکان پذیر می شوند.
سنسورها در ربات
در اتوماسیون سخت (Hard Automation) که در آن یک ماشین وظیفه مشخص را همان گونه که در صنع مورد نیاز است انجام می دهد، نیازی به هوشمند بودن سیستم نیست. اما برای رسیدن به اتوماسیون هوشمند (Inteligent Automation) به دو جزء کلیدی نیازمندیم:
هوش مصنوعی و سیستم سنسوری
به کمک این دو می توان به ربات های صنعتی با کاربردهایی در نقاشی، جوشکاری، حمل و نقل و مونتاژ رسید که قدرت انجام کارهای پیچیده، تشخیص و تفکیک را دارا هستند.
سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به کار می روند. عملکرد سنسورهای بدین گونه است که با توجه به تغییرات که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می کنند، که با پردازش این سیگنال های الکتریکی می توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم گیری‌های بعدی از آن ها استفاده نمود.
سنسورها را می توان از دیدگاه های مختلف به دسته های متفاوتی تقسیم که در ذیل می آید:
a-سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می نمایند.
b-سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می نمایند.
C-سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می شود.
d-سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می کنند، به همین دلیل ارزان تر، ساده تر و دارای کارایی کمتر هستند.
سنسورها از لحاظ فاصله ای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به دو قسمت تقسیم می شوند:
1-سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختف محرک ها
مخصوصاً در عوامل نهایی یافت می شوند و به دو بخش قابل تفکیک اند.
I سنسورهای تشخیص تماس
II سنسورهای نیرو- فشار
2)سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتماً باشی در تماس باشد. عموماً این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می دهند.
دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:
I حس کردن استاتیک: در این روش محرک ها ثابت اند و حرکت هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه ای به سنسورها صورت می گیرد. به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شئ تشخیص داده می شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می گیرد.
II حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می شوند. اغلب سنسورها در سیستم های بینا این گونه اند.
حال از لحاظ کاربردی با نمونه هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می شویم:
1)سنسورهای بدنه:(Body Sensors) این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار دارد فراهم می کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت هایی که در سوییچ ها حاصل می شود، به دست می آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات به دست آمده ربات می تواند از شیب حرکت خود و این که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.
2)سنسور جهت یاب مغناطیسی (Direction magnetic field)
Sensor با بهره گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های معناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خودآگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمیم گیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی می باشند که هر کدام مبین یکی از جهت ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.
3)سنسورهای فشار و تماس:(Touch and pressure sensors)
شبیه سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می رسد. اما سنسورهای ساده ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل ها در دست اندازها استفاده می شود. این سنسورها در دست ها و بازوهای ربات هم به منظورهای مختلفی استفاده می شوند. مثلاً برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شئ همچنین این سنسورها به ربات ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند. با توجه به این توضیحات می توان عملکرد آن ها را به سه دسته زیر تقسیم کرد:
1-رسیدن به هدف 2-جلوگیری از برخورد 3-تشخیص یک شئ
4)سنسورهای گرمایی :(Heat Sensors) یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسودها المان های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل ها هستند که آن ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می کنند. در استفاده از این سنسورها معمولاً یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه ای که باید دمایش اندازه گیری شود، قرار می دهند.
5)سنسورهای بویایی: (Smell Sensors) تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یکسری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولاً هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 46 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود با لینک مستقیم
دانلود مقاله علم رباتیک 
