1
2
پروردگارا
مارا از تاریکی پندارها نجات بخش
و روشنایی فهم و اندیشه به ما ارزانی دار
پروردگارا
درهای بخشایش خود را بر ما بگشای
وگنجینه های دانش خود را بر ما آشکار کن
تقدیم به تمام عزیزانی که چراغ پر فروغشان راهنما وراهگشای من بوده اند:
به پدرومادر وهمسر عزیزم
واستاد ان دانشگاه(استاد راهنما: مهندس تک فلاح)
3
همزمان با پیشرفت سریع علوم مختلف لزوم بهره گیری ازاندیشه ها وتجربه های نو در صنایع گوناگون احساس میشود.یکی از شاخه های نو دراین زمینه مهندسی مکاترونیک می باشدکه بابهره گیری از تلفیق مهندسی الکترونیک ٬مکانیک ٬علوم کامپیوتر(نرم افزار٬ سخت افزار) وهیدرولیک وپنوماتیک ……..با مکانیزاسیون ورباتیزه کردن بخش های خطوط تولیدوبهره برداری درکارخانه ها وشرکتهای هدف نظیر صنایع خودروسازی ٬ هواوفضا ٬ نفت ٬پتروشیمی ٬غذایی ٬سیمان و……بهره وری وتولید محصول با دقت بالا را میسر نموده است .در یکی از زیر شاخه های علم نوپا مکاترونیک بخشی از این هدف را علم روباتیک برعهده گرفته است ٬که همه ساله در گوشه کنا ردنیا مسابقه های گوناگونی در شاخه های خدمات شهری ٬ امداد ونجات ٬ لیگهای شبیه سازی(فوتبال) ٬ مهندسی پزشکی ٬ روباتهای جنگجو و…….درجهت بهره مندی از این روباتها در کمک به ساخت روباتهای صنعتی صورت می گیرد.البته باید یارآورشد که استفاده از این روباتها درسیستم های اتوماسیون برای مکانیزه کردن خطوط به معنی بیکاری نیروی سازمانی نشده وهمزمان با رشدعلم روباتیک شغلها جدید به موازی توسعه آن پدید آمده است امیدآن راداریم که درکشور عزیز مان نیز با توجه به استعدادهای خلاق وجوان درتمام رده های سنی شاهد جهش وانقلابی نو در صنایع مختلف باشیم.در خاتمه یادآور می شودپروژه فوق با استفاده از منابع قابل دسترس ابتدا به تعریف مفاهیم اولیه روبات انواع آن مسابقه هاو….غیره پرداخته ودرانتهابا ساخت یک روبات مسیریاب بامیکروکنترلرpicوزبان اسمبلی درنرم افزارmplabو نرم افزارشبیه سازمیکروکنترلرproteusبه گونه ای هرچند کوچک به ادای وظیفه پرداخته است امید آن راداریم تلاشگران نوجوان وجوان کشور باهمت ساعی خود به تکمیل ونوسازی بیشترآن بپردازند.
مقدمه:سخنی چند با خوانندگان
4
آموزش طراحی وساخت روبات
1-آموزش مقدماتی روبات ومعرفی انواع وکاربردهای آن
5
5/24
ربات چیست؟
ماشین خودکار یا نیمه خودکار ی است که برای انجام کار معینی برنامه ریزی می شود .
6
موسسه بین المللی استاندارد روبات را بصورت زیر تعریف کرده است:
روبات وسیله ای است که
بصورت خودکار کنترل شود،
قابل برنامه ریزی مجدد باشد،
چند منظوره بوده و با داشتن چندین درجه آزادی قدرت جابجائی داشته باشد.
روبات میتواند متحرک و یا ثابت باشد.
روبات چیست؟
7
اهمیت روباتها
امروزه روباتها در انجام بسیاری از کارها به کمک انسان آمده و در برخی کارها نیز جایگزین آدمی گشته اند از جمله:
کار در کارخانه، اکتشافات فضائی، جراحی، بصورت دست آموز خانگی! و….
بطور کلی روباتها در کارهائی استفاده میشوند که خطرناک بوده ( مثل نیروگاههای هسته ای)، مشکل و تکراری باشند (مثل اغلب کار کارخانه ها) و محیط های کثیف (مثل داخل لوله ها).
8
robots have many goals
A train is about
to hit me
I want
to take a nap
I need to inspect
these railroad
spikes
I am about to
fall over
A goal’s priority naturally will change based on context
I just want
to be loved
9
شرط لازم برای روبات بودن!
برای اینکه بتوانیم یک ماشین را روبات بنامیم این ماشین باید:
قادر به حس وادراک بوده و بتواند اطلاعات را از محیط اطراف خود جمع آوری نماید
قادر به انجام اعمال مختلفی باشد: بتواند جابجائی انجام داده و یک کار فیزیکی نظیر حرکت دادن اشیا را انجام دهد.
قابل برنامه ریزی مجدد باشد بعبارت دیگر بتواند کارهای مختلفی را انجام دهد.
بتواند بطور خودکار عمل نموده و/یا با آدمی ارتباط برقرار نماید.
10
روباتیک چیست؟
علم مطالعه روباتها را روباتیک می نامند.
تعریف جامعتر این علم را میتوان بصورت زیر نیز بازگو نمود:
روباتیک عبارت است از ارتباط هوشمندانه بین ادراک و عمل
11
اجزا یک سیستم روباتیک
ساختار مکانیکی شامل:
اتصالات بازو وبدنه، چرخها
محرک ها ئی که باعث حرکت روبوت میشوند نظیر
موتورها
سنسورهای مختلف برای ادراک محیط پیرامون روباتها نظیر:
سنسورهای فاصله، دوربین، لیزر و غیره
یک کنترلر کامپیوتری که سیگنالهای سنسورها را خوانده و با پردازش اطلاعات بتواند فرامین لازمه را برای محرک ها ایجاد نماید.
12
a typical robot
Processor
13
13/24
تاریخچه ROBOT
14
HISTORY OF HUMANOID ROBOTS
15
تاریخچه
لئوناردو داوینچی در سال 1500 طراحی هائی مانند روبات انجام داده بود.
16
تاریخچه
در قرن هفدهم ماشین های خودکاری ساخته شدند که قادر به حرکت بودند. این نمونه در موزه ای در آلمان نگهداری میشود.
17
تاریخچه
این نمونه روبات که در قرن نوزدهم ساخته شده است دارای برنامه ای برای نواختن موسیقی است.
18
تاریخچه
در سال 1920 کلمه روبات در یک نمایشنامه استفاده شد که توسط Karel Capek نمایشنامه نویس چک در پاریس به روی صحنه رفت. در این نمایشنامه موجودات مصنوعی کوچکی از اربابان خود پیروی میکردند.در زبانهای روسی و چک به آنها Robotnicگفته میشود که از کلمه Robota به معنای سخت کوش گرفته شده است.
19
تاریخچه
در سال 1950 اسحاق آسیموف ایده روباتهای خوب (androids) را در کتابهایش مطرح و باعث مشهور شدن کلمه روبات گردید.
روباتهای اولیه بصورت موجودات انسان نمای شیطان صفت تجسم میشدند.
20
سه قانون روباتیک
اسحاق آسیموف قانون مشهور روباتیک خود را به صورت زیر مطرح کرده است:
روبات نباید باعث صدمه رسیدن به آدمی گردد.
روبات باید از دستورات صادره توسط انسان پیروی کند مگر مواردی که موجب نقض قانون اول گردد.
روبات باید از وجود خویش محافظت نماید مگر در مواردی که منجر به نقض قوانین اول و دوم گردد.
21
انواع ربات ها : دسته بندی کلی ربات ها
ربات های خدمات رسان
ربات های صنعتی
22
22/24
انواع ربات های خدمات رسان : خدمات به انسان ها (حفاظت، سرگرمی و…) خدمات ابزارها (نگهداری ، تعمیر، نظافت و …) سایر خدمات (حمل و نقل ، جمع آوری اطلاعات(..
23
روبات خانگی
یکی از مهمترین کاربردهای روبات در آینده مصارف خانگی خواهد بود. یکی از مشکلات برخی کشورهای صنعتی در قرن 21 پیری جمعیت و کاهش نیروی کار است ( در 2020 ، 25% جمعیت ژاپن بالای 65 سال سن خواهند داشت)
این امر باعث شده تا تحقیقات فراوانی تحت عنوان Human friendly Robotics برای ساختن روباتهائی که قادر به زندگی در محیط های انسانی باشند به انجام برسند.
24
کاربرد در محیط های : خانگی معابر اماکن عمومی ادارات
کاربردهای ربات های شهری ربات های نظافت چی
25
روبات جارو برقی
قادر هستند با استفاده از سونار دیوارها و اشیا را تشخیص دهند.
با پیدا کردن دیوارها ابتدا نواحی مجاور دیوارها و بعد بطور تصادفی سایر نقاط را جارو میکنند.
ادعا شده که تا 97% اتاق تمیز میشود.
قادرند محل شارژ خود را پیدا کرده و مجددا شارژ شوند.
با نصب نوارهای مغناطیسی مانع فرار روبات از اطاق و یا افتادن آن از پله ها میشوند.
نوع هوشمند آنها میتواند از گیر افتادن در موانع بپرهیزد.
قیمتی بین 100 تا 500 دلار دارند.
26
ربات های خدماتی
27
ربات های پزشکی
28
ربات در امور آموزش واطلاعات
29
30
روباتهای سرگرمی
در سال 1999 سونی روبات Aibo اولین روباتی که جهت سرگرمی ساخته شده بود را به بازار عرضه کرد. همه 5000 روبات ساخته شده در عرض یک ساعت به فروش رفتند.
31
ربات های سرگرمی
32
روبات انسان نما
هوندا در سال 1996 روبات انسان نمائی را معرفی کرد که قادر به راه رفتن، حمل اشیا و بالا رفتن از پله ها بود.
روباتهای انسان نما با این هدف ساخته میشوند که با ترکیب قابلیت های فیزیکی و ادراکی انسان روباتی ساخته شود که همانند انسان در محیط های عادی به فعالیت و سرویس دهی مشغول شود.
33
توانائی های روبات آدم نما
روباتهائی مثل ASIMO قادرند :
در محیط های واقعی عمل کنند
اشیا را جابجا کنند
در محیطی که برای انسان ساخته شده است راه بروند ، از پله ها بالا رفته و روی صندلی بنشینند
چهره انسان ها را شناخته و به خاطر بسپارند.
با انسان مکالمه کرده و فرامین او را اجرا نمایند
…
34
ربات های انسان نما
35
ربات های امداد و نجات
36
ربات های آتش نشان
37
ربات های هدایت خودکار
38
39
انواع روبات از نظر عملکرد حرکتی
معمولا روباتها به دو دسته تقسیم بندی میشوند:
1 – روباتهای متحرک
2-روباتهای صنعتی یا بازوی روباتیک
40
روباتهای متحرک خودکار
دارای چرخ، پا، شنی و یا مکانیزم های دیگری برای حرکت در محیط هستند
در محیط هائی حرکت میکنند که غالبا ناشناخته هستند
از اینرو آنها را نمیتوان برای انجام کارهای از پیش دانسته برنامه ریزی نمود
این روباتها باید به سنسورهای دقیقی مجهز باشند تا بتوانند محیط را شناسائی و از برخورد با اشیا جلوگیری نمایند
41
1-روباتهای فضائی
در سال 2000 روبات فضائی SSRMS ساخته شده توسط کارخاده MD Robotics of Canada برای مونتاژ ایستگاه فضائی بین المللی بکار گرفته شد.
روباتهای متحرک مانند:
42
2-روبات های نظامی
خنثی کردن بمب
شناسائی دشمن
بازرسی اماکن
دستگیری افراد
جاسوسی
43
روبات صنعتی یا بازوی روباتیک
44
موارد مصرف عمده روباتهای صنعتی
70% درجوشکاری و رنگ کاری
20% برای بلند کردن و جابجائی اشیا
10% برای بقیه مصارف
45
روباتهای صنعتی مشغول بکار
ژاپن
اروپا
امریکا
بقیه
46
مزایای استفاده از روبات برای صنایع
استفاده از روباتها در صنایع منافع زیادی به همراه داشته است از جمله:
افزایش تولید
انعطاف پذیری در تولید
قابلیت اطمینان زیاد
دقت در تولید
بالا بردن کیفیت محصولات
ایمنی محیط کار بواسطه جایگزینی انسان در محیط های خطرناک
….
47
اجزا روبات صنعتی
روباتهای صنعتی معمولا از یک سری اتصالات که توسط محورهای چرخشی و یا لغزنده به هم وصل شده اند ساخته میشوند.
این روباتها دارای درجه های آزادی مختلفی بوده و برای مقاصدی نظیر گرفتن اشیا، جابجائی اجسام، جوشکاری، رنگ کاری ، مونتاژ و غیره بکار میروند.
48
49
روباتهای هوشمند
Happiness
Surprise!
Smile
50
روبات هوشمند
کدامیک هوشمندترند؟
51
51/24
یک تعریف کلی از روبات هوشمند عبارت است از:
یک ماشین قابل برنامه ریزی که بتواند عمل یک موجود هوشمند نظیر انسان را تقلید کند
52
3.3 Both arms are capable of various motions.
Three JOINTS
makes Both Arms capable of
Various Arm motions
3. TIRO can do such motions.
53
3.4 Moving with wheels.
By two Wheels , robot can
Go forward and backward,
Turn left and Right.
3. TIRO can do such motions.
Forward
Backward
Turn Left
Turn Right
54
3.2 Head motions
U/D/L/R
Greeting, Confirm, Denial and more..
Human-like Head motions
UP
DOWN
LEFT
RIGHT
3. TIRO can do such motions.
55
روباتیک و هوش مصنوعی
روباتیک یکی از مهمترین زمینه های استفاده عملی از تکنیک های هوش مصنوعی است.
در واقع یک روبات هوشمند برای انجام هوشمندانه اعمال خود ناگزیر است بسیاری از این روش ها را به خدمت بگیرد:
Learning,
planning,
reasoning,
problem solving,
knowledge representation,
computer vision
56
زمینه های تحقیقاتی
Vision دربافت اطلاعات به روش بینائی
Voiceفهم زبان و صحبت طبیعی با انسان
بوجود آوردن قابلیت های مختلف برای انجام عملیات گوناگون
بوجود آوردن امکان حرکت در محیط های طبیعی
حس محیط
تصمیم گیری
یادگیری
هوش مصنوعی
57
اعمال اصلی یک روبات هوشمند
Sense
Act
Plan
58
58/24
کاربرد روبات هوشمند
59
روبات صنعتی هوشمند
60
سنسورهای روباتهای هوشمند
Visionبرای دریافت محیط پیرامون
Voice برای صحبت با آدمی
Tactile برای حس وحود اشیا در سر راه مسیر
Force برای تشخیص نیرو در کاربردهائی نظیر مونتاژ
Laser برای اندازه گیری فاصله و تشخیص موانع
….
61
تعامل انسان و روبات برای ساختن نقشه محیط
انسان سعی می کند تا با استفاده از مکالمه و اشارات دست محل اشیا و اسامی و سایر مشخصات آنها را به روبات تازه وارد معرفی نماید.
روبات سعی میکند تا با پرسیدن سوالات مورد نیاز تمامی اطلاعات در مورد شئی معرفی شده را کسب و نقشه محیط را بسازد
62
روشهای مختلف تعامل روبات با محیط
SENSE
PLAN
ACT
SENSE
ACT
SENSE
PLAN
ACT
Hierarchical
Reactive
Hybrid
63
سیر تحول در کنترل روبات
Reactive Paradigm (mid-80’s)
بدون مدل
بشدت وابسته به حس دقیق محیط بود
Probabilistic Robotics (since mid-90’s)
ترکیب مدل و حس کردن
مدل غیر دقیق، حس کردن غیردقیق
Classical Robotics (mid-70’s)
مدل دقیق
نیازی به حس کردن نبود
64
روشهای یادگیری
شبکه عصبی
درخت تصمیم
یادگیری تقویتی
الگوریتم ژنتیک
65
اهمیت یادگیری
بی تردید باید گفت که اهمیت یادگیری در رشد آدمی بسی فراتر از چشم انداز اندیشه های اوست. روان شناسان به تازگی به عظمت شکل پذیری نوع آدمی، حتی در سالهای نخستین او پی برده و محقق ساخته اند که عامل اصلی در این شکل پذیری یادگیری است. به اعتقاد آنان هر رفتاری که از ما سر می زند معلول یادگیری است. به این معنا که یک رشته از یادگیریهای ساده تر موجب یادگیریهای پیچیده تر می شوند. به علاوه چون محیط زندگی افراد آدمی همواره در معرض تغییر است. انسان برای غلبه بر این دگرگونیها ناچار از یادگیری است.
66
یادگیری در روبات
اگرچه روباتهائی مثل ASIMO کارهای شگفت انگیزی می کنند اما قادر نیستند یادگیری بکنند.
یک روبات باید بتواند در تعامل با محیط و در اثر تجربه یادگیری نماید
67
ماهیت یادگیری
یادگیری در واقع هم یک رشته فرایند است و هم فرآورده تجربه ها. بعضی از فرایندهایی که در داد و ستد بین موجود آدمی و محیط انجام می گیرد عبارتند از احساس و ادراک، یادآوری، نمادسازی، اندیشه های مجرد و تخیلی و سرانجام رفتار.
یادگیری در حقیقت دارای مفهوم بسیار گسترده ای است که در قالبهای دگرگونی، عادت شکنی، ایجاد علاقه، نگرشهای نو، درک ارزش، ذوق و سلیقه و پیشداوری یا جب و بغض پدیدار می شود. همچنین، شیوه ترکیب و کاربرد معلومات در استدلال، تفکر، نظریه پردازی، حل مسئله، احساس و عواطف عمیق انسانی، خودشناسی و دگرگونیهایی که در کل شخصیت به وجود می آیند همه از یادگیری مایه می گیرند
68
تعریف یادگیری
تعریفهای گوناگونی که درباره یادگیری انجام گرفته نشان می دهند که هنوز تعریف جامع و یکدستی که برای همه روان شناسان با نظریه های مختلف پذیرفتنی باشد به دست نیامده است. اما بسیاری ازروان شناسان و پرورشکاران معتقدند که « یادگیری تغییری است که بر اثر تجربه یا آموزش در رفتار موجود زنده پدید می آید ». در این تعریف مهمترین واژه ای که نظر را به خود جلب می کند واژه تغییر است. زیرا رفتار فرد در زمانی که چیزی نیاموخته با زمانی که آن چیز را، آموخته است تفاوت دارد. واژه مهم دیگر رفتار است. زیرا تغییر رفتار با ابعاد بدنی مانند طول و عرض و قد و وزن بدنی ارتباط ندارد، بلکه بیشتر معلوم یادگیری است، نه دگرگونیهای بدنی.
69
روان شناسان عصب گرا ویادگیری
با توجه به موارد بالا تا می توان گفت که یادگیری دارای دو تعریف است: یکی به تغییر رفتار نمایان و دیگری به استعداد یا توانمندی در پاسخ دادن اختصاص می یابد. اما روان شناسان عصب گرا یادگیری را تغییر در ساختار فیزیولوژی اعصاب می دانند که از استعداد ابزار پاسخ پدید می آید. دکتر هب یک رشته بررسیهایی درباره کارکرد اعصبا مرکزی در رابطه با یادگیری به مضمون زیر انجام داده که در خور اهمیت است: یادگیری، فرایند ایجاد سیر یا مدار عصبی نسبتاً پایدار از طریق فعالیت خود به خود در مدارهای موجود است. وقتی فعالیتی صورت می گیرد حالت تغییر در ساخت سلولها و مدارهای عصبی ایجاد می شود و پاسخ مربوط به اثر برانگیختگی و تکرار به آسانی دریافت می شود. با ملاحظه تعریفهای سه گانه بالا درباره یادگیری، مورد اول و دوم در بررسیهای روان شناسی امروزی دارای اهمیت بیشتری است، اما مورد سوم از اعتبار علمی خاصی برخوردار است.
70
یادگیری تقویتی
در یک مسئله یادگیری تقویتی با عاملی روبرو هستیم که از طریق سعی و خطا با محیط تعامل کرده و یاد می گیرد تا عملی بهینه را برای رسیدن به هدف انتخاب نماید.
71
یادگیری تقویتی
یادگیری تقویتی از اینرو مورد توجه است که راهی برای آموزش عاملها برای انجام یک عمل از طریق دادن پاداش و تنبیه است بدون اینکه لازم باشد نحوه انجام عمل را برای عامل مشخص نمائیم.
دو استراتژی اصلی برای اینکار وجود دارد:
یکی استفاده از الگوریتم های ژنتیکی
و دیگری استفاده از روشهای آماری و dynamic programming
در RL روش دوم مد نظر است.
72
یادگیری تقویتی
محیط مجموعه ای از S حالت ممکن است.
در هر لحظه t عامل می تواند یکی از A عمل ممکن را انجام دهد.
عامل ممکن است در مقابل عمل و یا مجموعه ای از اعمالی که انجام می دهد پاداش r را دریافت کند. این پاداش ممکن است مثبت و یا منفی )تنبیه(باشد
s9
s5
s4
s2
…
…
…
s3
s1
a9
a5
a4
a2
…
a3
a1
73
یادگیری تقویتی
عامل در محیط حرکت کرده و حالتها و پاداشهای مربوطه را به خاطر می سپارد.
عامل سعی می کند طوری رفتار کند که تابع پاداش را ماکزیمم نماید.
s9
s5
s4
s2
…
…
…
s3
s1
a9
a5
a4
a2
…
a3
a1
74
یادگیری تقویتی
پاداش Rt مجموع پاداشی است که عامل با گذشت زمانt جمع کرده است.
75
ساختن نقشه محیط
تکنولوژی موجود امکان شناسائی خودکار تمام اشیا موجود در محیط را فراهم نمی آورد.
با این وجود روبات میتواند از طریق تعامل با انسان اطلاعات مختلفی را از محیط جمع آوری کرده و از آنها در ساختن نقشه محیط استفاده نماید.
اینکار نیاز به توانائی مکالمه با انسان دارد.
IR
Human Localization Overview
Image
Skin Color
Information
Motion Analysis
Shape Analysis
Depth measurement
Using Auto focus
Active Camera
Control By Fuzzy
Controller
Autofocus Parameter
Model
Camera
Face Position in Image
Face Detection
76
مثال: یادگیری حرکت در یک محیط ناشناخته مثال:روبات خانگی
این پروژه در ژاپن در سال 1999 انجام شده است.
انگیزه:
جامعه ژاپن سالخورده است. بسیاری از آنها تنها زندگی میکنند.
روبات خانگی می تواند کیفیت زندگی سالمندان را افزایش دهد:
فراهم آوردن خدمات، مصاحبت و رفع تنهائی
77
روبات خانگی
اهداف پروژه:
پاسخ به سه سوال اساسی در روباتیک:
مکان یابی روبات
پیدا کردن هدف
ساختن نقشه محیط و حرکت به سمت هدف
HRPS Positioning System
Human Localization
Interactive Map Learning
78
مکان یابی
Home Robot Positioning System
استفاده همزمان از سنسورهای نوری و صوتی
79
مثالی از تشخیص چهره توسط روبات
یافتن هدف
مهمترین هدف: پیدا کردن آدمی در محیط اتاق
استفاده از اطلاعات :
رنگ صورت
حرکت
شکل سر
80
روبات هوشمند دردانشگاهها
Robot learning
Reinforcement learning
Robot navigation
Evolutionary Computation applied to robotics
Cognitive Robotics
Robot Vision
Biologically inspired Robotics
Human Robot Interaction
Robot Preception
1-در زمینه یادگیری
پیرامون محیط اطراف خود
81
روبات هوشمند دردانشگاهها
Mechanism;
How to design mechanical structures with capabilities for performing actions
Driving actuators
Intelligent sensors
2-درمورد مکانیسم یا عملکرد روبات
منطبق با شرایط محیط اطراف خود
82
روبات هوشمند دردانشگاهها
Applications;
Tasks robotics depend on application fields such as:
industries,
Space and planetary flying robots
medical surgery
tele-operation
Biologically inspired
3-کاربرروباتها در تمام علوم
83
روبات هوشمند دردانشگاهها
Robot Control;
Efficient robot control and learning based on computational neuroscience models
Object manipulation tasks in dynamically changing environments
4- نحوه رفتار کنترل روبات
بازار مصرف:
شرکت های بسیار زیادی در پی ساخت روباتهای هوشمند هستند.
پیش بینی شده است که یکی از 10 زمینه پولساز برای صنعت آینده روباهای هوشمند خواهد بود.
84
سوالاتی برای آینده
نقش روبات هوشمند در دنیای فردا چیست؟
مردم چگونه با روباتها ارتباط برقرار خواهند کرد.
حق و حقوق روبات انسان نما در جامعه چیست؟
آیا روباتهای آدم نما دارای احساس انسانی خواهند بود؟
تبعات اخلاقی وجود روبات آدم نما در جامعه چیست؟
و….
85
جواب دهید؟
آیا روبات های آینده باید شبیه انسان باشند؟
86
روبوکاپ چیست؟
مجموعه ای از مسابقات و کنفرانس ها، محیطی پژوهشی و آموزشی
هدف اولیه:
ایجاد تیمی از روبات های فوتبالیست که در سال 2050 بتوانند تیم انسانها را شکست بدهند
فعالیت های فعلی:
کنفرانس های تخصصی
کنفرانس و مسابقات جهانی روبوکاپ
برنامه های تحصیلی
توسعه زیرساخت ها
مجموعه مسابقات روبوکاپ
RoboCup(Robot World Cup)
87
تاریخچه مسابقات روبوکاپ
1992
مطرح شدن ایدهء رباتهای فوتبالیست توسط پروفسورAlan Mackworth استاد دانشگاه British Columbia
محققان ژاپنی به صورت مستقل توسعه فوتبال ربات ها و سیستم شبیه سازی را بررسی کردند.
1993
برگزاری مسابقات Robot J-League در ژاپن توسط Minoru Asada، Yasuo Kuniyoshi و Hiroaki Kitano
اولین فراخوان مسابقات جهانی اعلان و قوانین اولیه مسابقات مشخص شد .
توسعه نگارش صفر سرور فوتبال به زبان لیسپ و توسعه نگارش اول آن به زبان c++ توسط Ituski Noda
1995
اولین نمایش عمومی سرور فوتبال
تصمیم به برگزاری مسابقات پیش روبوکاپ 1996 در کنفرانس IJCAI
اعلان رسمی مسابقات 1997 در حاشیه کنفرانس IJCAI97
88
1996
برگزاری کنفرانس IROS-96 در اساکا ژاپن و برگزاری مسابقات پیش روبوکاپ
8 تیم در لیگ شبیه سازی شرکت کردند.
نمایش ربات سایز متوسط
1997
نقطه ی عطفی در تاریخ هوش مصنوعی و رباتیک
شکست قهرمان شطرنج جهان توسط IBM Deep Blue
ارسال اولین ربات مسیریاب به مریخ به نام Sojourner
برگزاری اولین مسابقات و کنفرانس رسمی روبوکاپ
برگزاری مسابقات با حضور مجموع 40 تیم و 5000 شرکت کننده
تاریخچه مسابقات روبوکاپ
89
اهداف مسابقات روبوکاپ
اهداف
سرعت بخشیدن تحقیقات : وسیله ای برای سرعت بخشیدن تحقیقات در زمینه هوش مصنوعی و روباتیک با ارئه مسائلی جذاب و مشکل
هدف نمادین : مشکل اما دست یافتنی
پروژه برجسته:
نمونه: پروژه آپولو
جان اف کندی در 1961: فرود یک انسان در ماه و بازگشت آن به سلامت به زمین
جنبه اقتصادی و یا نظامی مستقیم در کار نیست.
"قدم کوچکی برای یک انسان و قدم بزرگی برای بشریت"
زیراهداف: تعریف هدف کلی روبوکاپ زیر اهداف دیگری ایجاد می کند.
تعریف یک مساله استاندارد: روبوکاپ مساله ای استاندارد برای آزمایس تئوریها الگوریتم ها و معماریهاست.
90
سازمان روبوکاپ
فدراسیون روبوکاپ
مسئول برگزاری مسابقات رسمی و سالیانه روبوکاپ
سازمانی بین المللی که در سوئیس ثبت شده است.
دارای ریئس، هیت ریئسه و هیئت اجرایی می باشد.
ریس فعلی : Minoru Asada از دانشگاه اساکا ژاپن
هیئت اجرایی شامل هیئت ریئسه و نمایندگان هر لیگ می باشد.
کمیته های ملی
اسکاندیناوی
آمریکا
فرانسه
ایتالیا
آلمان
هلند
سنگاپور
ژاپن
ایران
91
آشنایی با لیگ های مختلف روبوکاپ
لیگ های رباتهای واقعی
لیگ ربات های اندازه کوچک
لیگ ربات های اندازه متوسط
لیگ ربات های سونی
لیگ ربات های انسان نما
لیگ ربات های امداد
لیگ نوجوانان
لیگ های شبیه سازی
شبیه سازی فوتبال
شبیه سازی امداد
92
لیگ ربات های سونی-نمای کلی بازی
93
لیگ ربات های اندازه کوچک
94
لیگ ربات های اندازه متوسط – ربات
ویژگی های ربات
فضای اشغال شده توسط ربات
اندازه ربات
شکل ربات
وزن ربات
ربات های سنگین تر
رنگ ربات
شماره ربات
Top marker
ارتباطات
مکانیزم کنترل توپ
95
لیگ ربات های انسان نما – پنالتی
96
97
98
لیگ روباتهای انسان نما
99
100
لیگ های شبیه سازی
لیگ شبیه سازی امداد
لیگ شبیه سازی فوتبال
لیگ دو بعدی
لیگ سه بعدی
لیگ مربی
لیگ ارائه
101
102
لیگ نوجوانان
مسابقات
فوتبال
امداد
حرکات موزون
103
شبیه سازی روباتهای امداد
مسائل و مشکلات عملیات امداد
مدیریت اطلاعات
جمع آوری اطلاعات دریافتی از مکان حادثه
اعتبارسنجی داده ها
ایجاد مدلی به روز و کامل از وضعیت مکان حادثه
مدیریت منابع، نیروها، و استراتژی امداد
مشخص کردن وظایف موجود
اولویت دهی وظایف
تخصیص نیرو، و منابع به وظایف مهم
تعیین استراتژی انجام وظایف
محدودیت انسان به عنوان نیروی امداد
104
سناریوی شبیه سازی
حالت عادی
آتش سوزی
خرابی ساختمانها
سوختن ساختمانها
صدمه مالی
مصدوم شدن افراد
مرگ شهروندان
عدم دسترسی به نقاط مختلف شهر
مدفون شدن شهروندان
آوار بر جاده
صدمه جانی
گسترش آتش
مسدود شدن جاده
105
عاملهای امداد
عاملهای امداد
نیروهای امداد و مراکز فرماندهی مستقر در محل حادثه
دارای قابلیتهای متفاوت
هدف نهایی
به حداقل رساندن آسیبهای جانی
به حداقل رساندن آسیبهای مالی
از طریق
جلوگیری از گسترش آتش
یافتن مصدومین، نجات آنها از زیر آوار و انتقال آنها به پناهگاه
برقراری جریان نرمال ترافیک شهری
106
مدلسازی حوادث
اثرات زلزله
فرو ریختن ساختمانها
(Brokenness)
مسدود شدن جاده ها
(Block)
اثرات آتش سوزی
سوختن ساختمانها
(Fieryness)
مصدومیت شهروندان و نیروها
(Health Point)
(Damage)
(Buriedness)
107
لیگ ربات های امداد
108
2- طراحی وساخت یک روبات آموزشی
(سومو)نامیده می شود.که به کشتیSUMO-ROBOTروباتی که در مورد آن بحث می شود درژاپن بنام
سنتی ژاپن می گویند.این کشتی مخصوص افراد هیکل مند وقوی می باشد.در اینجا نیز از یک صفحه دایره ای شکل سیاه که دارای حاشیه سفید است استفاده می گردد.روبات برای تشخیص موقعیت وعدم خروج از این صفحه حاشیه سفید را احساس کرده وتغییروضعیت می دهد. در کشتی٬کشتی گیر قوی ٬کشتی گیر ضعیف رااز میدان خارج می نماید.اما می توان این روبات را برای هدایت در یک مسیر خاص وبرای جابجایی استفاده نمود.
روبات
حاشیه
سفید
زمینه
سیاه
109
است که (( RISC TYPEP (( ازنوع PIC16F84 پردازشگر
توسط دانشگاه هاروارد آمریکا طراحی شده است.
خواهدبود3FFFخالی باشد کلیه فضاهای بصورتpicوقتی که این
چون14بیتی است 1111 1111 1111 11))
3
F
F
F
(شکل ضمیمه صفحه176)
110
111
112
(ضمیمه صفحه179)
آن18 پین می باشد. package dip نوع
پین 4: ریسیت
Ground: پین5
پین14 :5+ولت
پین 15 و16 :به پایه های اسیلاتوروصل می گردد(ازکریستال
به عنوان اسیلاتور استفاده می شود)
شامل 5پین از1تا3 و17 تا18A پورت :AوB دارای 2 پورت
شامل 8پین از6تا13 راشامل می شود. B پورت
113
(B و8 تاپین A تاپین 5) I/O پس این میکروکنترلر دارای13پین
می باشد:که هم بعنوان ورودی وخروجی تعریف می شود.می توان
هر کدام رابعنوان ورودی وخروجی باوسایلی نظیر سنسور-کلید-
ووسایل جانبی دیگربرای کنترل وصل نماییم. LED-DISPLAY
(توسط برنامه تعیین می گردد که کدام ورودی وکدام خروجی باشد)
114
)8بیتی دارد یعنی:DATA BUS پردازشگرفوق باس داده (
این آیسی میکروکنترلر8بیتی می باشد یعنی درآن واحد میتوان یک عددباینری مثلا8رقمی رابرروی پورت B که شامل8 پین است می توان نمایش دادکه عددی بین0تا2555راشامل می شود.
ازاین ریزپردازنده در ریموت کنترل-ایرکاندیشین وروبات استفاده
می گردد.(می توان علاوه بر پردازشگر اصلی یک پردازشگردیگر
هم در کنار آن قرار دادوتوسط ریموت کنترل از محیط خارج کنترل
نمود.
115
PIC16F84مدارداخلی میکروکنترلر
وظیفه انجام محاسبات را برعهده دارد.وALUباتوجه به مدارداخلی ضمیمه قسمت
می تواند دوورودی رادریافت وسپس جمع نماید ودر خروجی ظاهر نماید.بعد ازآن یک
رجیست دوآل دیده می شود که بعنوان یک ثبات بکار می رود.W.REGISTER
مولتی پلکسر است که از دو ورودی یکی راانتخاب ودرخروجی ظاهر می نماید.MUXیک
استفاده شده که عمل ذخیره برنامه راانجام می دهد.FLASH MEMORY یک حافظه
برای ذخیره داده استفاده می شود وRAM FILE REGISTERهمچنین از حافظه
همچنین بعنوان یک ثبات بخشی ازوظایف یک رجیستر راانجام می دهد.
استفاده می شود.که درآن از(HARVARD)دراین میکروکنترلراز معماری ساخت هاروار
دوحافظه مجزا برای ذخیره برنامه وداده هااستفاده می شودکه باعث افزایش سرعت کار
میکروکنترلر می شود.در هرجای شکل که علامت رامشاهده کردید به معنای ارتباط
دوطرفه وعلامت به معنای ارتباط یک طرفه است.درداخل حافظه ها هم برنامه وهم
تعیین می نماید که کدامیک را احضار نماییم.CPUداده هاراداریم.فرمان ارسالی از
(ضمیمه صفحه178)
116
تعیین می نماید که کدامیک رااحضارنماییم سپس باCPUسپس باتوجه به فرمان ارسالی از
ارسال وعمل پردازش درآنجا انجام CPUتوجه به فرمان داده یا برنامه موردنظر به
به حافظه برمی گردد.DATA BUSمی شود. نتیجه عملیات هم از طریق همین
وظیفه تبادل اطلاعات رابرعهده دارد.پس دومرحله داریم یکیDATA BUSیعنی همین
فراخوانی برنامه ودیگری فراخوانی داده ها یعنی ما دوبار فرمان صادر می نماییم تا عمل موردنظر صورت گیرد. اما دراین میکروکنترلر حافظه های برنامه وداده از هم
هم دوتاخواهندبود. مزیت این روشDATABUSوADDRESS BUSشده اند بنابراین
می رسد که سرعت را افزایش می دهد چون صدورCPUدومسیر مجزا برنامه وداده ها به
RAM FILE REGISTERفرمان در یک مرحله صورت می گیرد. دراین میکروکنترلر
نقش حافظه برای داده هاراانجام می دهد.البته حافظه دیگری برای داده ها بنام
وجوددارد.ضمنا تشخیص نوع فرمان وانجام کار EEPROM DATA MEMORY
وINSTRUCTION REISTERموردانتظار توسط
انجام می گیرد.INSTRUCTION DATA&CONTROL
117
تشکیل شده که در شکل بصورت نشان داده شدهI/Oاین ریزپردازنده از 13واحد است.RAQ/TOCKاست. تایمر
دراین نوع پردازش که بصورت پیوسته: PIPE LINE PROCESS معماری
عمل خواندن وپردازش اطلاعات بصورت تناوبی وپشت سرهم انجام می شود.یعنی در فرمان پردازش اطلاعات همزمان اطلاعات جدید فراخوانده می شوند که از ویژگیهای میکروکنترلر با تکنولوژی
می باشد.RISC(REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER)
واسمبلی در مورد این میکروکنترلر با35 فرمان استفاده می شود.Cکه زبان
READ/PROCESS
READ/PROCESS
READ/PROCESS
T
118
بلوک دیاگرام حافظه
(000h~1fffhدرشکل ضمیمه در سمت راست آدرس های حافظه دیده می شود(
در این حافظه امکان ایجادوقفه درصورت لزوم قرار داده شده است بنابراین هنگام اجرای
Peripheral interrupt vectorآغاز شده ووقفه مورد نیازتوسط000hبرنامه از
کلمه ای است که فضای خالی حافظه(0~1023)صورت می گیرد.مکانهای حافظه1024
که1024دستورالعمل راانتقال 1wordرااشغال می کندیعنی حافظه برنامه ریزی شامل
که درحقیقتPc<12:0>می دهد.و14بیت همان طول کلمه دستورالعمل است.از طریق
کانتر(شمارنده)برنامه است حافظه برنامه ریزی می شود.توجه داشته باشید که در
(حافظه موقت)اطلاعات بصورت ردیف ذخیره می شود یعنی اطلاعات که اول داده stack
می شوند درپایین ترین قسمت ذخیره می شوند واطلاعاتی که بعدا داده شده اند بترتیب
در قسمتهای بالاتر ذخیره می شوند.
همیشه بهآخرین مکان حافظهStack pointer
(آخرین داده های حافظه)اشاره می کند.
789
456
123
Stack
pointer
(صفحه های180الی184)
119
ای که دراین حافظه بکار رفته اند STACKواسمبلی باید این هشتCدربرنامه نویسی
مورد استفاده قرار گیرد.
نشان داده شده است که درداخل اینDATA MEMORY در شکل ضمیمه بلوک دیاگرام
کنیمSETکه اگر یکی را(BANK1وBANK0)وجودداردDATAحافظه دوبانک
دسترسی به بانک دیگر وجود نخواه داشت.آدرس هردوبانک درسمت چپ وراست نشان
داده شده اند ولی ما عمدتا آدرسهابی سمت چپ را برای هر دو بانک بکار می بریم. داریم 0Ch~4fhیعنی اگر چه دوبانک داریم ولی آدرس مکانهای آنها یکی است.درمحلهای
برنامه نوشته شده ما ذخیره می گردد. در برنامه نویسی باید دقت شود که کدام آدرس
Aامکان استفاده ازپورت05hهستیم آدرسBANK0مورد نظر است برای مثال اگر در
DATA MEMORYرا می دهد.در شکلهای ضمیمه مشخصات کاملتری ازآدرسهای
(پرچم)رابرعهده دارندflagنقشc,Dc,,z,(status)03hرامشاهده می نمایید.درآدرس
جهت پورتهایTRISBوTRISAکه می توان نتایج وداده ها را ذخیره کرد.درآدرسهای
نشان داده می شوند.BوA
120
انواع حافظه ها
حافظه قابل برنامه ریزی است که قابلیت نوشتن وپاک: FLASH
شدن رادارد یعنی آیسی رابرنامه ریزی می نماییم واستفاده می کنیم
اگر برنامه موردپسند نبودپاک می شود.فایل هگز(برنامه) راروی می نماییم. LOAD) آن ( بارگذاری
است یعنی مانند (flash)اصطلاحا می گوییم این ریزپردازنده فلش
فلاش دوربین عکاسی بطور لحظه ای می توان به کمک سیگنال
الکتریکی آن رابرنامه ریزی کرد.
121
حافظه ای است که فقط(READ ONLY MEMORY (: ROM
)پاک شدنERASE یکبار می توان برروی آن نوشت وقابل(
نمی باشد(باقطع برق)وتوسط کار خانه سازنده برنامه ریزی صورت می گیرد.
122
)قسمتی از RANDOM ACCESS MEMORY):RAM
VARIABLE حافظه ای است که دائما پروخالی می شود وهمان
راX هایی است که ما در آن تعریف می نماییم مثلا دریک برنامه
تعریف می نماییم وبرروی آن عملیات VARIABLE به عنوان
ذخیرهRAM جمع وضرب صورت می گردد تغییرات آن دائمادر
RESET می شود اما اعمال تغییرات بعدازآن باخاموش شدن یا
ذخیره شده پاک می شود.RAM آیسی این عدد که در
123
وبا ویژگیهای زیرساخته می شود:NMOS, CMOS در دونوع
(استاتیکی)درسیستم ها باحافظه کوچک که احتیاج به: SRAM
توان بیشتری دارداستفاده می گردد اما ارتباط دهی آن به ریزپردازنده سریعتر صورت می گیرد.
(دینامیکی)درسیستم ها باحافظه بزرگ استفاده می شود : DRAM
به توان کمتری نیاز دارد ومتراکم تراست امابرای کار باریزپردازنده
به مدارهای اضافی نیاز مند است.
124
:EEPROM
(Erasable programble read only memory)
(حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی وپاک شدنی)که برای
که برای RAM نگهداری برنامه استفاده می شود (برعکس
نگهداری اطلاعات استفاده می شود)توسط دستگاهی بنام
در محل کاربرنامه ریزی(سوزانده)می شودEPROMبرنامه ریز
در صورت اشتباه در برنامه می توان در مقابل نور بسیار شدیداشعه ماورای بنفش آن رادر طول چند دقیقه پاک نمود.
125
EEPROM
Electrically erasable programble raed only :memory
همان هارد آیسی می باشد می توان بر روی آن نوشت وحتی با خاموش شدن برق حافظه فوق پاک نمی شود.
126
)نسبت به20MHZبا (فرکانس کاری PIC16F84 میکروچیپ
حدود5بارسریعتر می باشد.Z80(4MHZ) ریزپردازنده
یک فرمان حدود250کاراکتر می باشد در حالیکه درz80در مورد
این ریزپردازنده حداکثر یک فرمان از35 کاراکتر تشکیل شده است
200nsبه آن داده می شود ودر زمان20mhzهر فرمان با سرعت
(نانو ثانیه)خوانده واجرا می شود.
127
آن است که بصورتcpu بزرگترین مشخصه این ریزپردازنده
این است که باRisc cpuاست.منظور از کلمهRisc cpu
دستورهای محدودتری برنامه ریزی می شود.
از نظر نحوه عملکرد حافظه وپردازش تفاوتی باسایر
ریزپردازنده ها ندارد.
از دیگر امکانات آن است که اگر کسی برنامه را به آن داد می تواند
آن را بصورت کد درآورد تا دیگران قادر به اجرا ویادستکاری
برنامه وی نشوند.
128
وکنترل وجودداردوdataدراین ریزپردازنده حافظه مجزایی برای
سپس در یک حافظه مجزا فرا خوانده می شود.در حالیکه در ریزپردازنده های دیگر ممکن است یک حافظه یکسان برای
وبرنامه وجود داشته باشد واین سبب صرفه جویی در زمانdata
می شود.
129
بلوک دیاگرام الکترونیک ربات مسیریاب
SYSTEM
MICRO
COMPUTER
SENSOR
MOTOR
DRIVE
ROBOT
…etc
Students
idea
130
موتور الکتریکی
میدان مغناطیسی چرخنده به عنوان مجموعی از بردارهای مغناطیسی کوئل های سه فازه.
یک موتور الکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است، توسط ژنراتور انجام می شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند.
131
اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می کنند، هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می شود. در یک موتور استوانه ای، چرخانه (روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می شود، می گردد.
N
S
132
اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه و بخش ثابت ایستانه (استاتور) خوانده می شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می شود.
133
ماشین جریان مستقیم یک وسیله تبدیل انرژی با کاربرد بسیار در صنعت است که توانایی تولید گشتاور و راه اندازی بالا و متغیر برای بارهای مورد استفاده را دارد. ماشین های جریان مستقیم به دلیل استفاده از نیروی الکتریکی DC در خودروها، درصد زیادی از تولید ماشین های الکتریکی را به خود تخصیص می دهند. همچنین این نوع ماشین در کاربردهای صنعتی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز است، استفاده های فراوان دارد.
134
در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش های چرخانه یا ایستانه می توانند به عنوان آرمیچر باشند. برای ساختن موتورهایی بسیار ساده کیت هایی را در مدارس استفاده می کنند.
135
کنترل دور موتور DC
یکی از اولین موتورهای دوار، اگر نگوییم اولین، توسط مایکل فارادی در سال 1821م ساخته شده بود و شامل یک سیم آویخته شده آزاد که در یک ظرف جیوه غوطه ور بود، می شد. یک آهنربای دائم در وسط ظرف قرار داده شده بود. وقتی که جریانی از سیم عبور می کرد، سیم حول آهنربا به گردش در می آمد و نشان می داد که جریان منجر به افزایش یک میدان مغناطیسی دایره ای اطراف سیم می شود. این موتور اغلب در کلاسهای فیزیک مدارس نشان داده می شود، اما گاهاً بجای ماده سمی جیوه، از آب نمک استفاده می شود.
136
موتور کلاسیک DC دارای آرمیچری از آهنربای الکتریکی است. یک سوییچ گردشی به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در هر سیکل دو بار برعکس می کند تا در آرمیچر جریان یابد و آهنرباهای الکتریکی، آهنربای دائمی را در بیرون موتور جذب و دفع کنند. سرعت موتور DC به مجموعه ای از ولتاژ و جریان عبوری از سیم پیچهای موتور و بار موتور یا گشتاور ترمزی، بستگی دارد.
N
S
stator
rotor
V
+
–
brush
permanent magnets
commutator attached to shaft
137
DC motor basics
N
S
stator
rotor
permanent magnets
N
S
N
S
V
+
–
V
+
–
V
+
–
138
سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است. معمولاً سرعت توسط ولتاژ متغیر یا عبور جریان و با استفاده از تپها (نوعی کلید تغییر دهنده وضعیت سیم پیچ) در سیم پیچی موتور یا با داشتن یک منبع ولتاژ متغیر، کنترل می شود. بدلیل اینکه این نوع از موتور می تواند در سرعتهای پایین گشتاوری زیاد ایجاد کند، معمولاً از آن در کاربردهای کششی نظیر لوکوموتیوها استفاده می کنند. اما به هرحال در طراحی کلاسیک محدودیتهای متعددی وجود دارد که بسیاری از این محدودیتها ناشی از نیاز به جاروبکهایی برای اتصال به کموتاتور است. سایش جاروبک ها و کموتاتور، ایجاد اصطکاک می کند و هر چه که سرعت موتور بالاتر باشد، جاروبکها می بایست محکمتر فشار داده شوند تا اتصال خوبی را برقرار کنند.
N
S
w
V
For DC motors:
speed
139
نه تنها این اصطکاک منجر به سر و صدای موتور می شود بلکه این امر یک محدودیت بالاتری را روی سرعت ایجاد می کند و به این معنی است که جاروبکها نهایتاً از بین رفته نیاز به تعویض پیدا می کنند. اتصال ناقص الکتریکی نیز تولید نوفه (نویز) الکتریکی در مدار متصل می کند. این مشکلات با جابجا کردن درون موتور با بیرون آن از بین می روند، با قرار دادن آهنرباهای دائم در داخل و سیم پیچها در بیرون به یک طراحی بدون جاروبک می رسیم.
voltage
V
e
R
windings’ resistance
e = ke w
t = kt I
گشتاور
نیروی ضد محرکه
V = IR + e
ولتاژ
140
موتورهای میدان سیم پیچی شده
آهنرباهای دائم در (ایستانه) بیرونی یک موتور DC را می توان با آهنرباهای الکتریکی تعویض کرد. با تغییر جریان میدان (سیم پیچی روی آهنربای الکتریکی) می توانیم نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر دهیم. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت. می توانیم برای بدست آوردن حتی سرعت بیشتر اما با گشتاور به همان میزان کمتر، جریان میدان را کمتر هم کنیم. این تکنیک برای کشش الکتریکی و بسیاری از کاربردهای مشابه آن ایده آل است و کاربرد این تکنیک می تواند منجر به حذف تجهیزات یک جعبه دنده متغیر مکانیکی شود.
torque t
speed w
ke
V
ktV
power output
speed vs. torque
stall torque
141
– موتورهای DC متداولترین موتور مورد استفاده در روباتها موتور DC است چراکه دارای انواع مختلفی از نظر توان، اندازه، شکل و سرعت می باشد. جهت استفاده : تعویض جهت چرخش موتور DC با معکوس کردن جهت جریان امکان پذیر است. سرعت: سرعت موتور به جریان و بار موتور بستگی دارد سرعت کمتر=توان بیشتر سرعت بیشتر=جریان یا ولتاژ بیشتر
142
مفهوم سنسور
143
هنگامیکه نور به ماده ای تابیده شده و آن جسم از نظر الکتریکی تغییر ماهیت پیدا می کند , پدیده فتوالکتریک اتفاق می افتد و بر سه نوع است:
فتو امیشن : اثر خروج الکترون از فلز در اثر تابش نور
( Photo Emission )
فتو کانداکتیو : اثر هادی شدن جسم در اثر تابش نور
( Photo Conductive )
فتو ولتیک : اثر تولید ولتاژ در اثر تابش نور
( Photo Voltic )
سنسورنوری
144
فتو امیشن , اثر فتو الکتریک خارجی و فتو کانداکتیو و فتو ولتیک اثر فتوالکتریک داخلی نامیده می شوند.لامپ های فتوالکتریک در گروه اول , سلول های مقاومت نوری در گروه دوم و فتو دیودها و فتو ترانزیستورها در گروه سوم جای میگیرند.
145
سنسور EE-SF5(OMRON) این سنسور به صورت یک بسته حاوی دو عدد سنسور مادون قرمزاست. یک سنسور فرستنده و سنسور دیگر گیرنده می باشد.برای اینکه مدار شما بهتر کار کند بهتر است بجای استفاده از دو سنسور مادون قرمز به صورت مجزا از این packeg سنسور استفاده کنید.در این سنسور پایه های بلندتر در هر سمت سمت آند و پایه های کوتاهتر سمت کاتد است.
146
هر یک از سنسورهادارای یک فرستنده ویک گیرنده نورمی باشند
که نور را فرستاده ودریافت می نمایند تا سیاهی وسفیدی را
احساس نمایند.اطلاعات حاصل از سنسورها به ریزپردازنده می رود
تابر اساس آن عمل خاصی صورت گیرد.
سطح سفید= صفر ولت
سطح سیاه= پنج ولت
: خروجی حسگر نوری
147
حسگر نوری (گیرنده-فرستنده)
از یک دیود نورانی (فرستنده) و یک ترانزیستور نوری
(گیرنده) تشکیل شده است
148
مدار راه انداز حسگر نوری
براساس نور انعکاسی ٬برنامه داخل ریزپردازنده جهت چرخش موتور ودرنتیجه جهت حرکت روبات رامشخص می سازد.
می توان روبات راطوری برنامه ریزی کرد که روی یک مسیر
دایره ای شکل بچرخد.
149
(TA7257)Hپل
معمولاتوسط ترانزیستورهابامداری مشهوربه مدارDCموتورهای
کنترل می شوند.این روش شامل حداقل4کلید(H-bridge)Hپل
مکانیکی یا الکترونیکی(ساخته شده از نیمه هادیها)می باشد.از این
مدار برای کنترل سرعت وچپگرد وراستگردموتوراستفاده می شود.
Vin
M
s1
s2
s3
s4
موتور
150
باتری
ساده ترین مولد برق مستقیم باتری یا پیل شیمیایی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده در بعضی مواد را به صورت یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو قطب باتری آزاد می کند. به عنوان یک پیل بسیار ساده می توانید یک ورقه از جنس مس و یک ورقه از جنس روی را درون یک سیب زمینی فرو کنید و در این صورت بین این دو ورقه اختلاف پتانسیلی مشاهده می نمایید. رایج ترین نوع باتری به صورت تجاری، باتری های خشک یا پیل لکلانشه است که در یک قطب آن عنصر روی و در قطب دیگر کربن به صورت گرافیت قرار گرفته است و ماده نشادر نقش محیط واسط را در آن بازی می کند.
151
علت خشک نامیده شدن این باتری ها نیز استفاده نکردن از آب به عنوان محیط واسط است. از آنجا که این پیل ها توان تولید انرژی زیادی ندارند کاربرد صنعتی پیدا نکرده و کاربرد آنها محدود به وسایل الکترونیکی کم مصرف مانند اسباب بازی های الکترونیکی، دوربین های عکاسی و … است. اخیرا تحقیقات بسیار وسیعی بر روی پیل های سوختی و هیدروژنی صورت گرفته که در این نوع پیل ها مواد سوختی با پایه هیدروکربنی و نیز هیدروژن بدون واسطه و با راندمان بسیار بالا به اختلاف پتانسیل الکتریکی تبدیل می شود. نکته بسیار مهم این است که در بعضی موارد مفهوم باتری با مفهوم انباره اشتباه گرفته می شود. بسیاری از وسایلی که به عنوان باتری های قابل شارژ مجدد شناخته می شوند در حقیقت از نظر فنی انباره یا آکومولاتور است. مثلاً باتری اتوموبیل یک انباره است که توانایی ذخیره کردن جریان الکتریسیته و پس دادن آن در هنگام لزوم دارد.
152
کاربرد برق مستقیم در موتورهای الکتریکی به منظور تبدیل به انرژی مکانیکی بسیار محدودتر از موتورهای متناوب است. موتورهای مستقیم راندمان کمتری دارند و در توان های بالا کاربرد ندارند. اما از آنجا که کنترل آنها راحت تر و دقت آنها بیشتر از موتورهای متناوب است به عنوان سروموتورها در کاربردهای کنترلی که اغلب توان نیز کم است کاربرد زیادی دارند
153
نحوه چیدمان قطعات برروی برد بورد
وبا جریان7/2V در طراحی این روبات از دو باطری موازی باولتاژ
بعنوان منبع تغذیه استفاده شده است که در داخل 1700ma
محفظه اصلی روبات قرار می گیرد.
REGULATOR
SENSOR
CIRCUIT
MICRO COMPUTER
MOTOR DRIVER
SWITCH
BAtt
Red
+
Black
–
154
طریقه بستن رگولاتور
BAtt
7805
5volt
0.1uf
sw
155
SENSOR(PHOTO)
DCموتور
باگیربکس
DCموتور
باگیربکس
نماازبالا:
این روبات فقط عقب وجلو ندارد
ودر تمام جهات قادر به حرکت است
156
تحلیل برنامه: .
که به معرفی نوع .نام داردHeader fileسرتیتر یا عنوان برنامه خط اول ودوم برنامه
می پردازد.وخط سوم برنامه:16F84میکروکنترلر
شروع می شود.در0x0000دستور فوق نشان می دهد که برنامه باORG 0x0000
میکروکنترلررا(FLASH)EEPROMحقیقت آدرس شروع قرار گرفتن برنامه در حافظه
تعیین می نماید.
BSF STATUS,RP0 خط چهارم
رابرابریک انتخاب می نماییم.RP0مکان03hفایل رجیسترمی باشدکه درمکانSTATUS
BSF:BIT SET FILE
تنظیم بانک1
مشخصات
شماره بیت
صفر خروجی
یک ورودی
BSF(F,5)
نام فایل موردنظر
تعدادبیت
(دستورهای اصلی برنامه ضمیمه صفحه185)
157
(STATUS,5,RP0)
برای کپی کردن یک خانه ازحافظه یاداده هاMOVخط پنجم وششم:دستور
دربایتهای حافظه استفاده می شوداین دستوربه تنهایی یک بایتی است مثلا
دستورزیرمقدار عددی55درمبنای16رادربایتی ازحافظه بنامp1می ریزد.
دارای5 بیت است Aپورت خروجی
استRP05همان
Lowded data
w
xxx1 0000
RA0
RA3
…..
Aپورت خروجی
خروجی استAبرای تعیین خروجی هاکه کدام یک از پین ها خروجی باشد دراینجا4پین پورت
10
0X10=w
0x10
MOV LW
MOV P1#55H
158
MOV WF TRISA
MOV LW 0xFF :خط هفتم وهشتم
یعنی دستور قبلی رابه این دستور نسبت می دهدAبرای تعیین پورت
تعیین خروجی ها
W
TRISA
رجیستر به فایل رجیسترWبیان از
FF 1111 1111
ورودیBپورت
برای تعیین ورودیها است که کدام پین
ورودی وکدامیک خروجی است
RB0
RB3
……
MOV WF TRIS B
یعنی دستور قبلی خط7را به این دستور نسبت می دهدBبرای تعیین پورت
تغییر بانک
:خط نهم
BCF STATUS,RP0
bit
clear
159
RA0
MOV LW 0X08
خط دهم:
0000 1000
0000 0100
موتور سمت چپ می چرخد
عکس جهت قبلی
می چرخدLموتور سمت چپ
:خط یاز د هم
MOV WF PORTA
نسبت می دهدAفرمان قبلی رابه پورت
خروجی)A(پورت
:خط دوازدهم
L1 GO to L1
L1پرش به برچسب
برچسب
END
پایان
خط سیزدهم:
160
خط چهاردهم:Btfss SE,1 Bit test,skip if set
Btfsc,Btfsc
راتست کنSEیک بودن
قرار می گیردCیاsبجای این علامت
شدن آن باعث یک clearیاsetدستورات شرطی هستند ومشخص می نمایند که
یا صفر شدن پایه دیگر می شود
:خط پانزدهم
GO to R_turn
حرکت به سمت راست
:خط شانزدهم
Btfss se,0
دربالا توضیح داده شده است
خط هفدهم:
Go to L_turn
حرکت به سمت چپ
خط هیجدهم:
FORWARD
حرکت در مسیر مستقیم
161
LISt P=PIC 16F84خط نوزدهم وبیستم:معرفی میکروکنترلر مورد استفاده
INCLUDE”P16F84.INC”
جهت نامگذاری بایت یابیت حافظهEQUدستورSE EQ 0x4F خط بیست ویکم:
SEازحافظه رابه0x4Fداخلی میکروکنترلر استفاده می شود.یعنی خانهRAM
نامگذاری می نماید.
خط بیست ودوم:
ORG 0x000
شروع زیر برنامه بعدی
خط بیست وسوم:
BSF STATUS,RP0
تغییر بانک1:بیت5
162
خط های بیست وچهارم-بیست وپنجم-بیست وششم-بیست وهففتم
MOV LW 0x10
MOV WF TRISA
MOV LW 0xFF
MOV WF TRISB
XXX1 0000برای تعیین خروجی ها که کدام یک ازپین ها خروجی باشد
خروجی باشدAمنظور کدام یک از شماره ها در پورت
یعنی دستور قبلی رابه این دستور نسبت بدهAبرای تعیین پورت
TRISAانتقال بده درآدرسFLAG REGISTERرابهWReg
برای تعیین ورودیها1111 1111
دستورقبلی رابه این دستور نسبت بده
خط بیست وهشتم:
BCF STATUS,RP0
تغییر بانک
خط بیست ونهم:
L1 MOV F PORTB,W
بریزW REGISTERرادرPORTBاطلاعات
خط سی ام وسی ویکم:
AND LW 0x03
MOV WF SE
استفاده شده استMASKINGدراینجا ازعمل
بیتهای مورداستفاده یک وANDیعنی توسط دستور
بدون استفاده صفر در نظر گرفته شده است
163
BTFSS SE,1 خط سی ودوم:
تفاوت احساس خط سیاه یاسفیدد رسطح زمین
خط های سی وسوم-سی وچهارم وسی وپنجم:
GO TO R_TURN
BTFSS SE,0
GO TO L_TURN
تعیین موقعیت چپ وراست
خط سی وششم:
MOV LW 1A
1A=1010موتور به حرکت در می آید
باشد موتورها در جهت عکس حرکت می نمایند0101اگر
خط سی وهفتم:
MOV WF PORTA
درمسیر مستقیم
خط سی وهشتم:
GO TO L1
پرش به برچسب وتکرار مسیر
164
R_TURN MOV LW 1E 1E=1110خط های سی ونهم-چهلم وچهل ویکم:
ترمز
یک موتور می چرخد
MOV WF PORT A
GO TO L1
خط های چهل ودوم-چهل وسوم وچهل وچهارم:
L_TURN MOV LW 1B
1B=1011
موتوردیگرمی چرخد
ترمز
MOV WF PORT A
GO TO L1
END
165
MPLABمراحل اجرای کار بانرم افزار
وارد محیط می شویم وابتدا عملSTARTاز منویMPLABپس از اجرای برنامه
گزینهOPTIONSراانجام می دهیم برای اینکار ازگزینهCHIP SELECT
TOOLSراانتخاب می نماییم.درپنجره باز شده گزینهDEVELOPMENT MODE
راانتخاب می نماییم.درهمان پنجرهPIC16F84میکروکنترلرPROCESSORودرمحل
راعلامت دار می نماییم.درپنجرهMPLAB-SIM SIMULATORگزینهTOOLS
کلیک می نماییم ودرمحلCLOCKروی گزینهDEVELOPMENT MODE
بامقدار20مگاهرتز را انتخاب می نماییم(HIGH SPEED)HSگزینهOSCILATOR
بایدWATCH DOGTIMEفیوزبیتCONFIGURATIONدراین صفحه گزینه
می نماییم وبه محیط اصلی برمی گردیم وروی گزینهOKباشد.NONEبرروی
کلیک نموده وباز شدن پنجره جدیدنامیNEW PROJECTبعد گزینهPROJECT
می نماییم درپنجره جدیدباز شدهOKراانتخاب می نماییم وSAMPLLE.PJTمثلا
قسمتPROJECT FILESنام دارد درقسمتEDIT PROJECTکه
که درپایین صفحه است راانتخاب می نماییم ودرانتها رویSAMPLE(.HEX)
166
کلیک می نماییم ودرپنجره جدید باز شده قسمتNODE PROPERTIES
راOKراتیک می زنیم و1NHX8Mودر ردیف مقابل آن قسمتHEX FORMAT
رافشار می دهیمOK برمی گردیم ودر آنجاEDITPROJECTفشار داده وبه صفحه
راانتخاب می نماییم وبرنامه موردنظرراتایپ می نماییمNEWوگزینهFILEحال درمنوی
SAMPLE.ASMرازده وفایل مورد نظررا بااسمSAVE ASگزینه FILEوازمنوی
راانتخاب نمودهEDIT PROJECTگزینهPROJECTذخیره نموده وباردیگر از منوی
ADD NODE…..وبرنامه نوشته شده را در این محیط احضار نموده وباانتخاب نماییم.سپس در محیطSAMPLE.ASMصفحه ای باز می شود که درآنجا مانام
OKودرپایین صفحه نام فایل را مشاهده می نماییم وباز هم کلیدEDIT PROJECT
PROJECTرافشار می دهیم اگر مراحل کار به درستی اجرا شده باشد از منوی
راانتخاب نموده در صورت موفقیت آمیز بودن(F10)MAKE PROJECTگزینه
است درغیراینصورت باکلیک بروی خطا وپرش به خط موردنظرERRORبرنامه بدون
167
نوار سیاه رنگی روی F7خطا مورنظر رابرطرف می نماییم.همچنین بافشردن کلید
SFRWدستورات ظاهر می شود که مراحل اجرا کار را نشان می دهدضمنا با فشردن
می توان سیمولاتور(شبیه ساز داخلی)برنامه رافعال نمود تاتغییرات رجیسترهارادید.
BSبصورت کوچک تایپ گردد.Xنکته:تمام دستورات باحروف بزرگ تایپ شود ولی حرف
BSF STATUS,5 :زد.مثلاSPACEدربین هر جزء باید یک
CURRENT EDITOR MODESوانتخاب گزینهOPTIONضمنااز مسیرمنوی
می توان به برنامه شماره داد.SHOW LINE NUMBERSوزدن تیک
فضای خالی زده شودSPACE
168
169
170
مونتاژ قسمت سنسور
171
مونتاژ قسمت ریزپردازنده
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
با تشکر از توجه شما
183
یاrobotمنابع:سایتهای مرتبط باروباتیک به روش جستجو با کلمه کلیدی روبات یا
googleوآموزش روبات درجستجوگرrobatic
راهنما:استفاده از منابع تدریس مرکز تربیت مربی وپژوهشهای فنی وحرفه ای کشور در
کرج(حسن آباد)و اجرای دوره فشرده آموزش روبات توسط مهندس احمد باران چشمه
honam_h@yahoo.comشرکت فنی ومهندسی هونام(هشتگرد)
فهرست:شامل دوبخش1-آموزش مقدماتی روبات ومعرفی انواع وکاربردهای آن صفحه های(1 الی 111)
2- طراحی وساخت یک روبات آموزشی صفحه های(112 الی175)
3-ضمیمه صفحه های(176 الی185)