ساختار پروژه های روباتیک و مکاترونیک(محرک ها)

5 (100%) 2 votes

ساختار پروژه های روباتیک و مکاترونیک(محرک ها) به قسمت های مختلفی تقسیم می شوند که در ادامه به آن می پردازیم.

ربات ها و ماشین های مکاترونیک باید دارای امکاناتی برای سر و کار داشتن با اشیا یا انجام برخی کار ها در دنیای خارج باشند.

در ادامه این قسمت بسیاری از انواع محرک هایی که در پروژه های کاربردی یافت می شنود ، ذکر شده اند.

حرکت:

روبات های قادرند با استفاده از پا ، چرخ یا ریل از یک نقطه به نقطه دیگر جا به جا شوند.

پاهای روبوت را می توان با استفاده از موتور ها ، سولنوئید ها یا آلیاژ های حافظه دار “Shape Memory Alloys) “SMA) حرکت داد.

Shape Memory Alloys یا SMA ها  آلیاژ های حافظه دار و مواد شگفت انگیزی هستند که هنگامی که حرارت داده شوند ، طی یک فرآیند به نام تبدیل martensitic به شکل اولیه خود بازمی گردند.

هنگامی که یک آلیاژ حافظه دار سرد باشد (به عبارت دیگر دمای آن کمتر از دمای تبدیل باشد) می توان آن را به سادگی به هر شکل جدیدی در آورد.

زمانی که این ماده تا دمایی بیش از دمای تبدیل حرارت داده شود ، دستخوش تغییرات ساختار کریستالی می شود که باعث برگشتن آلیاژ به شکل اصلی و اولیه خود می گردد.

اگر آلیاژ حافظه دار به هنگام تبدیل با مقاومت روبرو شود ، قادر است نیروی بسیار قدرتمندی ایجاد کند.

متداول ترین آلیاژ حافظه دار Nitinol نام دارد که آلیاژ ۵۰:۵۰ نیکل و تیتانیوم است.

دست افزار ها (Manipulation) :

روبات ها و دستگاه های مکاترونیک دارای دست نمی باشند.

آن ها برای گرفتن اشیا از چنگک ها استفاده می کنند و این ابزار ها توسط مدارات الکترونیک کنترل می شوند.

حرکت این ابزار ها می تواند با استفاده از سولنوئید ها ، موتور ها یا SMA ها صورت گیرد.

شکل زیر برخی از انواع این چنگک ها را نشان می دهد.

نحوه انجام کار ها توسط دست را می توان با استفاده از تجهیزاتی که منحصرا برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده اند ، تغییر داد.

نظیر این حالت در بسیاری از روبات های صنعتی دیده می شود.

در بسیاری از کاربرد ها ، قطعات به هم پیوسته مکانیکی را می توان به گونه ای تنظیم نمود که با اندازه و شکل هر شیء مورد نظر سازگار شوند. مثالی از این حالت در شکل زیر نشان داده شده است.

سنسور ها :

روبات ها و دستگاه های مکاترونیک با استفاده از سنسور ها ، آنچه را که در دنیای واقعی رخ می دهد ، تشخیص می دهند.

سنسور ها دارای اهمیت فراوان می باشند ، چرا که آن ها اطلاعات مربوط به موقعیت یک ربات یا بازوی ربات ، اندازه و شکل یک شیء مورد نظر ، از روی اندازه و شکل آن ، مانند آنچه در روبات های هوشمند یافت می شود ، را ارسال می کنند.

با اتصال یک دوربین تلویزیونی به یک مدار هوشمند ، می توان این امکان را برای یک بازوی اتوماتیک قراهم آورد تا قادر به انتخاب قطعات دارای اندازه و شکل خاص از میان تعداد زیادی از قطعات مختلف باشد.

سنسور های اصلی که در پروژه های روباتیک و مکاترونیک به کار می روند ، عبارتند از:

  • سنسور های نور: مقاومت های متغیر با نور (LDR ها ، به عنوان مثال سلول های CdS یا فوتورزیستور ها) ، فوتو دیود ها ، فوتوسل ها و فوتو ترانزیستور ها.
  • سنسور های فشار: اسفنج هادی (Conductive Foam) ، سنسور های الکترومکانیکی ، سنسور های نیمه هادی.
  • سنسور های دما:  (NTC (Negative Temperature Coefficient) ، PTC (Positive Temperature Coefficient ، دیود ها یا ترانزیستور ها
  • سنسور های تصویری: سنسور های (CCD (Change Coupled Devices ، فوتو دیود ها یا ماتریس های فوتو ترانزیستور.
  • سنسور های موقعیت: پتانسیومتر ها ، سنسور های اولتراسونیک ، رادار ، سنسور های مادون قرمز(IR)
  • سنسور های تماسی (Contact): میکرو سوئیچ ها ، پاندول ها
  • سنسور های مجاورت (Proximity): هر پروژه شامل مدارات الکترونیکی و قطعات متحرک نیازمند یک منبع تغذیه الکتریکی می باشد.

اگر پروژه مورد نظر یک روبات متحرک باشد ، در حالت ایده آل منبع تغذیه در داخل خود روبات جاسازی می شود.

از سلول های باتری می توان برای این منظور استفاده نمود.

اندازه و نوع باتری ها به توان مورد نیاز روبات ، مدت زمان کارکرد ربات بدون شارژ مجدد و وظایفی که روبات باید انجام دهد ، بستگی دارد.

اگر دستگاه مورد نظر ثابت باشد (به عنوان مثال یک بازوی رباتیک) یا تقریبا ثابت باشد (نظیر یک آسانسور) در این صورت توان الکتریکی را می توان از یک خط AC تامین نمود.

از آنجا که مدارات الکترونیکی و دستگاه های الکترومکانیکی مورد استفاده در پروژه های روباتیک معمولا از برق DC استفاده می کنند ، از این رو اگر از یک منبع تغذیه AC استفاده شود ، باید مداراتی که عمل یکسو سازی ، فیلتر کردن و تثبیت ولتاژ را انجام دهند ، نیز در پروژه در نظر گرفته شوند.

منابع تغذیه دیگر شامل سلول های خورشیدی ، ژنراتور های کوپل شده به موتور های احتراق داخلی ، سلول های پیل سوختی و بسیاری دیگر از این قبیل را می توان در برخی پروژه ها به کار گرفت.

هوشمندی:

این قسمت یکی از بلوک های مهم مورد استفاده در بسیاری از پروژه های مکاترونیک و روباتیک می باشد.

در اغلب موارد مدار هوشمند را می توان به عنوان یک بلوک مستقل در نظر گرفت.

بلوک های هوشمند اطلاعت دریافتی از سنسور ها یا دیگر منابع خارجی ( نظیر یک کامپیوتر یا اپراتور انسانی) را پردازش نموده و در مورد وظایفی که در سیستم باید انجام دهد ، تصمیم گیری می کنند.

بلوک های هوشمند ممکن است به سادگی یک مقایسه گر پایه عصبی باشند که به عنوان مثال نور محیط را حس کرده و مسافت روبات را از منبع نوری یا یک نوار تعیین می نماید.

اما گاهی این بلوک ها می توانند شامل ساختار های بسیار پیچیده تر برای تصمیم گیری های سطح بالا باشند.

دو نوع از هوش مصنوعی برای کاربرد در پروژه های روباتیک و مکاترونیک مناسب می باشند:

هوش نرم افزاری :

هوش نرم افزاری به واسطه یک کامپیوتر ، میکروپروسسور یا میکرو کنترلر که یک نرم افزار هوشمند را اجرا می نماید ، تامین می شود.

اتصالات سخت افزاری ، داده هایی را که پردازنده برای تصمیم گیری و ارتباط با بلوک کنترلی نیاز دارد ، فراهم می سازند.

تصمیمات به شکل یک ساختار اساسی برنامه ریزی شده اند که در برخی موارد می توانند مطابق داده های ورودی تغییر یابند.

در چنین حالتی ، برنامه قادر به “یادگیری” از طریق تجربه می باشد که این خاصیت به عنوان مشخصه اصلی سیستم های هوشمند در نظر گرفته می شود.

دانشجویان ، پژوهشگران و طراحان فعال در زمینه هوش مصنوعی بیشتر برنامه هایی را ترجیح میدهند که شبکه های عصبی را شبیه سازی می کنند.

ابزار مهم دیگر برای طراحی سیستم های هوشمند منطق فاری (Fuzzy Logic) می باشد.

با استفاده از میکرو پروسسور ها و میکرو کنترار ها می توان هوش نرم افزاری را در داخل خود روبات یا ماشین مکاترونیکپیاده سازی نمود.

چیپ Basic Stamp یک روش ساده را برای اضافه نمودن درجه ای از هوشمندی به یک ماشین ارائه می دهد.

این چیپ را می توان به گونه ای برنامه ریزی کرد که بر اساس ورودی های دریافتی از سنسور های مدار کنترل خارجی تصمیم گیری نماید.

علاقه مندان می توانند برنامه های بسیاری که شبکه های عصبی و منظق فازی را شبیه سازی می نمایند ، بیابند.

بسیاری از این برنامه ها را می توان برای اضافه نمودن خاصیت هوشمندی به کامپیوتر ها ، روبات های خودکار (Automaton) و دیگر ماشین ها مورد استفاده قرار داد.

هوش سخت افزاری:

روش دیگر برای اضافه نمودن هوشمندی به یک ماشین استفاده از مداراتی است که قادر به یادگیری می باشند.

ایده اصلی این روش تقلید از طریقه ای است که موجودات زنده اطلاعات دریافتی از حواس خود با استفاده از سیستم عصبی پردازش می کنند.

این شبیه سازی در شکل زیر نشان داده شده است.

یک موجود زنده بوسیله اندام حسی خود که به سلول های عصبی متصل است ، اطلاعات مربوط به دنیای خارج را دریافت می کند.

سلول های عصبی این اطلاعات را به مغز ، که از شبکه ای از سلول ها تشکیل شده است ، می فرستند و در مغز این اطلاعات پردازش می شوند.

نتیجه پردازش به وسیله شبکه دیگری از سلول های عصبی به عملگر ها (به عنوان مثال ماهیچه ها) بازگردانده می شود.

یک طراح می تواند با به کار بردن نورون های مصنوعی اجزای مورد نظر را به هم متصل نموده و شبکه های عصبی را به وجود آورد که این شبکه ها عملکرد سیستم پردازش اطلاعات یک موجود زنده را شبیه سازی نموده و درجه ای از هوشمندی را به روبات اضافه می نمایند.

البته یک نورون الکترونیکی منفرد قادر به ابراز چیزی که ما آن را به عنوان رفتار هوشمند تعریف می کنیم ، نمی باشد.

چنین رفتاری شبیه رفتار یک موجود کوچک تک سلولی خواهد بود.

یک شبکه عصبی قادر به یاد گرفتن و تصمیم گیری است که این خواص ماشین مورد نظر را تا حدودی هوشمند می سازد.

شبکه های عصبی به صورت مدارات مجتمع را می توان از فروشندگان قطعات الکترونیکی خریداری نمود.

طراحان با بهره گیری از IC هایی از این نوع قادر به ایجاد شبکه های عصبی پیچیده با قابلیت هایی نظیر یادگیری ، تصمیم گیری و . . . می باشند.

جلوه ها (Effects):

بسته به نوع کاربرد ، یک ربات یا دستگاه مکاترونیکی باید دارای اسباس خاصی برای جلب توجه مردم ، یا حتی شبیه سازی رفتار انسان باشد.

در پروژه های عملی می توان بلوک هایی را در نظر گرفت که صدا تولی کنند ، صحبت کنند یا به سوالات پاسخ دهند ، جلوه های نوری ایجاد کنند یا حتی یک مکانیسم دفاعی فراهم آورند.

اساسا ، جلوه هایی که می توان در پروژه های مربوط به روباتیک و مکاترونیک به کار برد عبارت اند از:

  • صدا ها: سیرن ها (Siren) ، سنتز صوتی ، ضربان قلب ، تنفس و غیره
  • جلوه های نوری: فلاشر ، چشمک زن ها ، تولید سیگنال های استروبوسکوپیک و غیره
فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *