کد خبر: ۴۰۰۴۹
تاریخ انتشار : ۱۲:۵۶ - ۲۱ آذر ۱۳۹۸
طراحی ربات هوشمند از نظر الکترونیکی معمولا به ۶ دسته تقسیم می‌شود: کنترل موتور، مخابرات،خواندن اطلاعات سنسورها،کنترل کننده، مدیریت توان و مدارات منطقی.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، 

پلتفرم ریلی

این نوع پلتفرم از ریل‌هایی مانند آنچه در تانک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، بهره می‌برد. پلتفرم ریلی بیشتر برای کار در محیط‌هایی مانند گل و لای و سطوح نرم و یا شُل مانند فرش یا ماسه مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ زیرا سطوح سفت، نیروی کششی افقی زیادی حین چرخش ربات فراهم می‌کنند و در نتیجه ربات در تعقیب مسیر مورد نظر کاربر ناموفق عمل خواهد کرد. تصویر زیر نمایی از یک ربات با پلتفرم ریلی را نشان می‌دهد.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمونه‌ای از یک ربات ریلی

ربات راه‌رونده (Walkers)

ربات‌های راه‌رونده نوعی از ربات‌ها هستند که به جای استفاده از چرخ یا ریل، به تقلید از انسان‌ها یا حیوانات، بر روی پا‌های خود راه می‌روند. ساخت این نوع ربات‌ها از ساخت ربات‌های چرخ‌دار سخت‌تر است و چالشی واقعی حتی برای کسانی که در ساخت ربات‌ها تجربه کافی نیز دارند نیز محسوب می‌شود.

ربات‌های دو پا (Two-Legged)

این نوع از ربات‌ها به تقلید حرکت انسان‌ها می‌پردازند و پیاده‌سازی آن‌ها نسبت به سایر انواع ربات‌های راه‌رونده بسیار دشوارتر است. در واقع می‌توان گفت چالش اصلی در طراحی ربات هوشمند، برقراری تعادل ربات هنگام اجرای عملیات حرکتی مختلف است. کاربرد اصلی این ربات‌ها در دو مورد است، اولی ربات‌های انسان‌نما و دومی در مواردی که لازم است نیروی بسیار زیادی به صورت عمودی به سطحی وارد شود. ربات‌های راه‌رونده دو پا با قد بلندتر که معمولا برای تقلید انسان به کار می‌روند، برای ساخت با مشکلات بیشتری همراه هستند و به مدارات بیشتری برای حفظ تعادل، حرکات سریع و عملکرد دقیق احتیاج دارند. از طرف دیگر ربات‌های راه‌رونده دو پا با قد کوتاه‌تر می‌توانند برای جابه‌جایی بار‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ساخت این ربات‌ها می‌توان از سیستم‌های پنوماتیکی نیز بهره برد؛ زیرا این سیستم‌ها می‌توانند نیروی بسیار بیشتری نسبت به موتور‌ها فراهم کنند. شکل زیر نمونه‌ای از دو ربات دو پا راه‌رونده را نشان می‌دهد.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمونه‌ای از ربات‌های راه‌رونده دو پا

ربات‌های چهار پا (Four-Legged)

ربات راه‌رونده چهار پا به تقلید از حرکات حیوانات ۴ پا می‌پردازد. اما در اصل بسیاری از طراحی‌ها به گونه‌ای انجام می‌گیرد که برخلاف حیوانات که در هر لحظه دو پای خود را به حرکت در می‌آورند، ربات قادر خواهد بود در هر لحظه فقط یکی از پا‌های خود را تکان دهد. زیرا برای برقراری تعادل استاتیکی نیاز است که در هر لحظه سه پای دیگر بر روی زمین باشند، در حالی که حرکت دارای تعادل دینامیکی (حرکت دو پا در یک لحظه)، راه رفتن بسیار سریع‌تر و روان‌تری را فراهم می‌کند. نمونه‌ای از ربات راه‌رونده چهار پا در شکل زیر دیده می‌شود.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمونه‌ای از ربات راه رونده چهار پا

ربات‌های شش پا (Six-Legged)

این ربات‌ها برای تقلید حرکات حشرات به کار می‌روند. بسیاری از ربات‌های شش پا برای ایجاد تعادل استاتیکی در هر لحظه سه پای خود را حرکت می‌دهند. به دلیل این‌که این ربات در هر لحظه نصفی از پا‌های خود را بدون از دست دادن تعادل حرکت می‌دهد، پیاده‌سازی آن‌ها نسبت به ربات‌های چهار پا ساده‌تر است.

نکته: تعادل استاتیک به این معنی است که سازه در تمام زمان‌ها در تعادل است. به همین دلیل اگر ربات در هر لحظه از توقف باز بایستد، هرگز نمی‌افتد. از طرف دیگر تعادل دینامیک به این معنی است که ربات فقط زمانی که گام خود را کامل کند، در حالت تعادل قرار دارد و اگر در وسط کامل کردن گام خود از حرکت باز ایستد، خواهد افتاد. اگرچه این ویژگی مطلوب به نظر نمی‌رسد، اما تعادل دینامیکی منجر به حرکات سریع‌تر و روان‌تری می‌شود. این نوع تعادل به سنسور‌های بیشتری جهت دریافت فیدبک تعادل نیاز دارند. انسان‌ها و حیوانات از تعادل دینامیکی برخوردار هستند.

شکل زیر نمایی از یک ربات شش پا را نشان می‌دهد.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمونه‌ای از یک ربات شش پا

ربات Whegs

در این نوع از ربات‌ها از ترکیبی از چرخ و پا به منظور حرکت استفاده می‌شود.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
ربات Whegs

ربات‌های چرخی توپی

حرکت در این نوع از ربات‌ها بسیار به حرکت موس در کامپیوتر‌های قدیمی شباهت دارد. یک توپ در محفظه‌ای چنان نصب می‌شود که بتواند در تمام جهات آزادانه بچرخد. همچنین دو عدد چرخ در اطراف این توپ با اختلاف ۹۰ درجه با یکدیگر و موازی با زمین نصب می‌شوند. یکی از این چرخ‌ها برای حرکت چپ و راست و دیگری برای حرکت بالا و پایین است. ربات‌هایی که از سیستمی مشابه با سیستم این موس‌ها استفاده می‌کنند، در این نکته متفاوت هستند که چرخ‌ها به موتور متصل هستند. به این طریق می‌توان توپ را وادار کرد که در هر جهت بچرخد. در این صورت ربات قادر خواهد بود تا در جهات راست و چپ و بالا و پایین حرکت کند، اما نمی‌تواند حول محور عمودی خود بچرخد. برای چرخش ربات حول محور عمودی، باید از سه عدد توپ استفاده کرد. شکل زیر نمایی از این نوع ربات را نشان می‌دهد.
رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمونه‌ای از ربات چرخی توپی

ملزومات الکترونیکی طراحی ربات هوشمند

طراحی ربات هوشمند از نظر الکترونیکی معمولا به ۶ دسته تقسیم می‌شود.

کنترل موتور: عملیات این گروه مربوط به کنترل موتور‌ها و سرو‌ها است. رله‌ها، ایجاد سیگنال PWM و ساخت پل H نیز مربوط به این طبقه می‌شود.
مخابرات: در این دسته به برقراری ارتباط بین کنترل‌کننده ربات، یک کامپیوتر خارجی یا یک ربات دیگر و یا کنترل از راه دور پرداخته می‌شود.
خواندن اطلاعات سنسورها: این دسته به خواندن اطلاعات فراهم شده توسط سنسورها، برای استفاده در میکروکنترلر مربوط است.
کنترل‌کننده: انواع مختلف میکروکنترلر‌ها شامل برد‌های میکروکنترلری، برد‌های میکروپروسسوری و برد‌های منطقی در این گروه جای دارند.
مدیریت توان: این قسمت مسئول تولید ولتاژ ثابت ۵ ولت یا ۱۲ ولت DC و یا هر سطح ولتاژ دیگری است که از باتری خارج می‌شود. همچنین شامل مداری برای پایش وضعیت باتری می‌شود.

مدارات منطقی: بخشی که منجر می‌شود تا قسمت‌های مختلف ربات با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. مثالی از این قسمت مبدل‌های سطح TTL یا CMOS است.

توجه کنید که تمام این قسمت‌ها در همه ربات‌ها وجود ندارند و همچنین هر مدار الزاما در یک طبقه خاص نمی‌گنجد. بسیاری از ربات‌ها به یک برد سنسوری مجزا احتیاج ندارند. زیرا اکثر سنسور‌ها خود این امکان را دارند که مستقیما به برد میکروکنترلر یا میکروپروسسور متصل شوند. در طراحی قسمت الکترونیکی یک ربات توجه به نکات زیر مفید خواهد بود.

از LED‌های با توان پایین استفاده کنید؛ زیرا به شدت توان مصرفی مدار را کاهش می‌دهند. به عنوان مثال یک LED عادی جریان ۱۵ میلی آمپر را مصرف می‌کند، در حالی‌که میکروکنترلر مدرن نیز به همین مقدار جریان نیاز دارد. در صورت امکان توصیه می‌شود که LED‌هایی که از آن‌ها استفاده نمی‌شود، غیرفعال شوند.

رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
LED با توان پایین

به جای استفاده از آی‌سی‌های کلاسیک TTL، سعی شود از آی‌سی‌های CMOS استفاده شود. این کار نیز سبب کاهش جریان مصرفی می‌شود و منجر به ایجاد ولتاژ تغذیه بسیار ثابت‌تری می‌شود. در هنگام لحیم‌کاری، به حساسیت آن‌ها نسبت به الکتریسیته ساکن توجه شود.

رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمایی از یک آی‌سی TTL و CMOS

حتما از سوکت آی‌سی‌های با کیفیت استفاده شود. اما در مدارات حساس (مدارات سرعت بالای دیجیتال، سیگنال‌های کلاک و سیگنال‌های آنالوگ) تا حد امکان سعی شود که اصلا از سوکت آی‌سی استفاده نشود؛ زیرا حرکت متداوم ربات در طول زمان می‌تواند منجر به شل شدن آی‌سی‌ها شود. استفاده از میکروکنترلر‌های قابل برنامه‌ریزی نیاز به جدا کردن آی‌سی‌ها را از بین می‌برند.

رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
سوکت آی‌سی ۲۴ پین

استفاده از LED برای روئیت سیگنال‌های دیجیتال با سرعت پایین در عمل رواج دارد و اضافه کردن آن‌ها در بعضی خطوط سیگنال برای عیب‌یابی امری متداول است، اما منجر به افزایش مصرف باتری می‌شوند. به همین دلیل بعد از این‌که از کارکرد درست مدار اطمینان حاصل شد، بهتر است که برای صرفه جویی در انرژی مصرفی آن‌ها را حذف کرد. برای این کار باید LED‌ها را با سیم و مقاومت‌ها را با مقادیر بالاتر جایگزین کرد.

بررسی شود که آیا میکروکنترلر با سرعت کلاک پایین‌تری کار می‌کند یا خیر. زیرا هر اندازه که سرعت کلاک بالاتر باشد، انرژی مورد نیاز نیز بالاتر خواهد رفت.

از توابع Sleep میکروکنترلر در جایی که ممکن است، حتما استفاده شود. همچنین هر قسمت که به آن احتیاجی نبود، غیرغعال شود.

یادگیری ساخت PCB می‌تواند در ساخت ربات‌های حرفه‌ای موثر باشد. اما همچنان برای نمونه‌های آزمایشی اولیه می‌توان از برد بورد (Breadboard) استفاده کرد. در مرحله نهایی می‌توان PCB را بر روی SMD‌ها ساخت؛ زیرا منجر به کاهش اندازه، وزن و قیمت مدار می‌شوند.

در صورت تمایل به ساخت ربات به صورت جدی و حرفه‌ای، بهتر است که یک اسیلوسکوپ دوکاناله تهیه شود. زیرا اسیلوسکوپ‌های تک کانالی بسیار محدود‌کننده هستند. در انتخاب اسیلوسکوپ، بهتر است پهنای باند آن حداقل چهار برابر بیشتر از بزرگترین فرکانس کاری مدارات متداول باشد.

رباتیک و ملزومات طراحی ربات هوشمند - بخش آخر
نمایی از یک اسیلوسکوپ چندکاناله

داشتن یک منبع تغذیه متغیر می‌تواند در ارزیابی این که ربات در ولتاژ‌های پایین (هنگام افت سطح باتری) چگونه کار می‌کند، بسیار مفید باشد.

اگر امکان انتخاب از بین مقاومت‌های پول داون (Pull-Down) و پول آپ (Pull-Up) وجود داشته باشد، باید هر کدام که منجر به مصرف توان کمتری می‌شوند را انتخاب کرد. مثلا اگر مدار اکثر اوقات در ولتاژ ۵ ولت است، مقاومت بالاکش و اگر اکثر اوقات در ولتاژ ۰ ولت است، مقاومت پایین‌کش انتخاب‌های بهتری هستند. توجه شود که چنین خروجی‌هایی زمانی که ترانزیستور فعال باشد، توان مصرف می‌کنند، اما زمانی که ترانزیستور غیرفعال باشد، توان بسیار کوچکی (یک جریان نشتی کوچک گذرا از مقاومت و امپدانس ورودی مدار بعدی) مصرف می‌کنند.

از مقادیر مناسب برای مقاومت‌های بالاکش و پایین‌کش استفاده شود. توجه به این نکته ضروری است که سیگنال‌های فرکانس بالا، جهت کمینه کردن اعوجاج، به مقاومت‌های با مقادیر کوچک نیاز دارند.

بسیاری از ادوات الکترونیکی در ربات از تغذیه ۵ ولت استفاده می‌کنند، درنتیجه به رگولاتور‌های ۵ ولت نیاز است. بهتر است به منظور جلوگیری از قطع یا افت (BrownOut) ولتاژ ۵ ولت، از رگولاتور‌های با افت ولتاژ پایین (Low-Dropout) یا LDO استفاده شود.

نمایشگر در طراحی ربات هوشمند

در طراحی ربات هوشمند بسیار کوچک، فقط به چند عدد LED برای نمایش تمام اتفاقات درون ربات احتیاج دارند. اما برای فرایند خطایابی در ربات‌های پیچیده‌تر، استفاده از رابط متنی مفیدتر است. بعضی از محاسبه‌گر‌ها و PDA‌ها دارای رابط RS۲۳۲ یا انواع ساده‌تر برای ارتباط با ربات هستند. در قسمت بالایی هر ربات می‌تواند چنین PDA یا محاسبه‌گر وجود داشته باشد، تا کاربران انسانی از آن‌چه درون میکروکنترلر در حال رخ دادن است، مطلع شوند. در مورد طراحی ربات هوشمند بزرگ، به منظور نمایش اطلاعات از صفحات لپ‌تاپ استفاده می‌شود.
 
منبع فرادرس
ارسال نظر قوانین ارسال نظر
لطفا از نوشتن با حروف لاتین (فینگلیش) خودداری نمایید.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.
نام:
ایمیل:
* نظر:
وضعیت انتشار و پاسخ به ایمیل شما اطلاع رسانی میشود.
پربازدیدها
برق در شبکه های اجتماعی
اخبار عمومی برق نیوز
عکس و فیلم
پربحث ترین ها
آخرین اخبار