مقاله موضوعاتي که در ساخت يک ربات متحرک مطرح است

[am in 25,041]

1- خودجابه جايي locomotion

- پايداري

-مانورپذيري

-کنترل پذيري

2- تعيين محل localization

3- درک محيط perception

-سنسورها

- پردازش اطلاعات با معني

4- رهيابي planning- navigation

که در مقاله کامل شرح هر یک از موارد بالا آمده است

[am in 25,041]

۱- خودجابه جايي:

يک ربات متحرک نياز به مکانيزيمي دارد که آنرا قادر بسازد حرکت بدون حد و مرزي درمحيطش انجام دهد. ولي راههاي زيادي براي اين کار وجود دارد و انتخاب يک راه درست جنبه قوي طراحي ربات محسوب مي شود

سه عامل مهم در خودجابه جايي ربات وجود دارد:

پايداري شامل : تعداد و هندسه نقاط تماس ، مرکز گرانش ، پايداري استاتيکي و دينايک ، شيب زمين

ويژگي نقاط تماس شامل : نقطه تماس ، اندازه تماس ، سايز و مسير و شکل آن ، زاويه تماس ، اصطحکاک

نوع محيط شامل : ساختار ان ، واسطه محيطي مانند آب و هوا ف نرم و سفتي زمين

مکانيزم هاي مورد استفاده براي جا به جايي معمولا پا ، چرخ ،يا ترکيبي از ان دوست به جدول زير توجه نماييد

در هنگام طراحي نوع مکانيزم قابل استفاده در ربات توجه به سه عامل پايداري ، مانور پذيري و کنترل پذيري ضروري است و بدست آوردن نقطه بهينه بين اين سه هنر طراحي مي باشد چرا که غالبا با دقت روي يکي از اين عوامل، عامل ديگر رو به کاهش مي نهد مثلا در رباتهايي با چرخ تمام جهته با وجود مانور پذيري بالا ، کنترل کردن آنها مشکل مي شود يا در رباتهاي شش پا پايداري مناسب است ولي مانور پذيري کم مي باشد و همچنين کنرل روي تمام پاها بايد صورت گيرد.

[am in 25,041]

2 - تعيين محل localization

تعيين محل دقيقا پاسخ به اين پرسش مي باشدکه : من کجا هستم؟

اينکه شما دقيقا بدانيد که الان در چه موقعيتي نسبت به يک دستگاه مرجع ثابت قرار داريد مي شود تعيين محل شما .اين کار به روشهاي مختلف مي تواند انجام گيرد هم بوسيله سيستم هاي راديويي هم ماهواره اي مانند Gps و هم از روي ستارگان و کوهها و و غيره .مساله تعيين محل ارتباط تنگاتنگي با مسئله رهيابي يا ناوبري دارد .زيرا ربات نخست بايد بداند که در کجا قرار دارد سپس بداند از چه راهي به سمت هدف نزديک شود که مسئله رهيابي مي شود .

در تصوير بعد 5 گام تعيين محل بر اساس نقشه قبلي را مشاهد مي کنيد

که نخست پيش بيني بر اساس تخمين هاي قبلي و مسافت سنجي است

دوم : مشاهده کردن موقعيت بوسيله سنسورهاي نصب شده روي ربات است

سوم: اندازه گيري مطابق نقشه

چهارم: تطبيق دادن نقشه قبلي با مشاهدات برا اينکه بدانيم آيا در موقعيت درست هستيم

پنجم : در صورت مثبت بودن جواب به موقعيت جديد مي رود و دوباره اين موقعيت را تخمين مي زند

[am in 25,041]

3- درک محيط perception

بعد از اينکه ربات متحرک موقعيت خود را نسبت به يک مرجع ثابت دانست نوبت اين مي رسد تا شناختي از محيط اطراف خود داشته باشد تا با يک حرکت صحيح و بدون برخورد با اشيا و موانع به نقطه هدف برسد ، اين درک از محيط توسط سنسورها صورت مي گيرد و پردازش داده هاي سنسورها در مرکز پردازش ربات

گستره وسيعي از سنسورها در رباتهاي متحرک مورد استفاده قرار م يگيرند و براي اندازه گيري مقادير مختلف و متنوع مانند: حرارت داخلي ربات ، سرعت دوراني موتور و مفصل ها ، يا درباره محيط پيرامون ربات

سنسورهاي يا از محيط ربات اطلاعات جمع آوري مي کنند مانند اندازه گيري صدا ، شدت نور ، فاصله ، يا داده هاي محيطي ديگر

نوع ديگر اطلاعاتي از خود ربات مي دهند مانند سرعت دوراني موتور ها و مفصل ها ، زوايا و غيره

تعريف سنسور: سنسور‌ها قطعاتي هستند متشکل از ابزارهاي لامسه‌اي الکتريکي يا نوري که در کنار ساير عناصر الکترونيکي ايفاي نقش مي‌کنند. وظيفه اين المان‌ها کسب اطلاعاتي از موقعيت مفاصل ربات و شرايط محيطي مانند نور و گرما و هدف‌هاي موجود در محيط مي‌باشد

سنسورها اغلب براي درک اطلاعات تماسي، تنشي، مجاورتي، بينايي و صوتي به‌کار مي‌روند. عملکرد سنسورها بدين‌گونه است که با توجه به تغييرات فاکتوري که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژي ناچيزي را در پاسخ ايجاد مي‌کنند، که با پردازش اين سيگنال‌هاي الکتريکي مي‌توان اطلاعات دريافتي را تفسير کرده و براي تصميم‌گيري‌هاي بعدي از آن‌ها استفاده نمود.

به عبارت ديگر حسگر يك وسيله الكتريكي است كه تغييرات فيزيكي يا شيميايي را اندازه‌‌گيري مي‌كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌نمايد.

حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنياي خارج و كسب اطلاعات محيطي و نيز داخلي مي باشند. انتخاب درست حسگرها تأثير بسيار زيادي در ميزان كارايي ربات دارد .

انواع حسگر ها (سنسور ها )

. بسته به نوع اطلاعاتي كه ربات نياز دارد از حسگرهاي مختلفي مي توان استفاده نمود:

– فاصله

– رنگ

– نور

– صدا

– حركت و لرزش

– دما

– دود

[am in 25,041]

مسئله رهيابي دقيقا پاسخ به اين پرسشهاست :

کجا مي خواهم بروم؟ و چگونه بايد به آنجا برسم؟

يعني در اين مرحله ربات موقعيت فعلي خود را تعيين محل کرده و حالا براي رسيدن به هدف مي خواهد گام بردارد.

يعني چه عملي لازم است انجام گيرد تا به هدف برسم؟ و چه مسيري را بايد انتخاب کنم تا به هدف برسم؟مسئله طراحي مسير(trajectory) منظور از مسير هم مکان و هم زمان موقعيت جسم است يعني مساله اي چهار بعدي و با کلمه path که به معني راه و سه بعدي است متفاوت است

و اين سوال پيکربندي فضاي کاري ربات چگونه است؟

رهيابي به صورت اينرسي توسط ژيرسکوپ مي تواند انجام گيرد به اين صورت که محور روتور ژيرسکوپ همواره در يک جهت خاص مثلا شمال مي تواند ثابت بماند و با مقايسه جهت گيري ربات نسبت به محور ژيرسکوب ميزان چرخش آن را مي توان تشخيص داد .

همچنين ژيرسکوپهاي نوري يا ليزري هم وجود دارد که با دو پرتو نور تک رنگ کار مي کنند و انها را درون يک فيبر نوري به گردش در مي آورند طبق قوانين فيزيک نوري که در خلاف جهت چرخش ربات حرکت مي کند مسافت کمتري را طي مي کند در نتيجه نسبت به ديگري دچار اختلاف فاز مي شود و اين اختلاف فاز متناسب با ميزان چرخش وسيله است . اصل کارکرد اينگونه ژيرسکوپ ها هم بر اساس ثابت بودن سرعت نور است .

همچنين بوسيله سيستمهاي صوتي و ايستگاههاي صوتي يا راديويي هم مي توان موقعيت ربات و جايگاه بعدي او را حدس زد .

نتيجتا مساله رهيابي و طراحي مسير يک مساله توامان و همزمان است و همچنان که روي مسير پيش بيني شده ربات حرکت مي کند بوسيله سنسورها موقعيت خود را نسبت به محيط تست مي کند و همچنين بوسيله سيستم هاي ناوبري موقعيت کلي خود را در فضاي کاريش تشخيص مي دهد و تست مي کند که آيا در مسير درست قرار دارد و سپس گام بعد را با اطمينان بر مي دارد .

ناوبري دانش هدايت و راهيابي وسايط نقليه بين دو نقطه است. به طور خاص اين هدايت بيشتر در مورد هواپيما و کشتي بين دو نقطه بر روي کره زمين است هرچند کشتي‌هاي فضايي نيز از سامانه‌هاي مشابهي استفاده مي‌‌کنند