خلاصه اي از ساختار رباتها

[آبجی]

http://img.tebyan.net/big/1387/02/23420583802017118410038105321672045812755.jpg
ريشه واژه ربات


لغت ربات در اکثر زبان‌هاي دنيا با همين تلفظ داراي معناي واحدي مي‌باشد. اين لغت اولين‌بار در خلال سال‌هاي 1920 تا 1930 در نمايشنامه‌اي با نام "RUR (Rossmuse Universal Robot)" نوشته "کارل کاپک" نويسنده چک‌اسلواکي به‌‌کار برده شد. در اين نمايشنامه بازيگران نقش موجوداتي مصنوعي و کوچک شبيه انسان را بازي مي‌کردند، که به‌طور مطلق تحت فرمان صاحب خود قرار داشته و دستوراتش را مو‌به‌مو اجرا مي‌کردند. اين موجودات ربات ناميده مي‌شدند که ريشه آن از لغت اسلاو (يعني اسلواکي‌يايي!) Robota به معناي "کارگر اجباري" است.

قوانين ربوتيک



در سال 1940،Issac Assimov سه قانون Roobtics را به شرح زير تبيين کرد:
1. يک ربات موجودي است که نبايد به انسان آزار برساند و اجازه ندهد به چيزي ضرر برسد.
2. بايد از انسان اطاعت کند، مگر اين ‌که با قانون اول مغايرت داشته باشد.
3. بايد خودش را در برابر خطر و ضرر محافظت نمايد، مگر اين‌که با قانون اول و دوم مغايرت داشته باشد.

دسته‌بندي ربات‌ها


ربات‌ها در سطوح مختلف داراي دو خاصيت "تنوع در عملکرد" و "قابليت تطبيق خودکار با محيط" (automated adapting)
مي‌باشند. بر اساس اين دو خاصيت دسته‌بندي ربات‌ها انجام مي‌گيرد.
دسته‌بندي اتحاديه ربات‌هاي ژاپني(jira) به شرح زير است:
1. وسيله‌اي که توسط دست کنترل مي‌شود.
2. ربات براي کارهاي متوالي بدون تغيير
3. ربات براي کار‌هاي متوالي متغير
4. ربات مقلد
5. ربات کنترل
6. ربات باهوش
که در دسته‌بندي موسسه رباتيک آمريکا(RIA)، فقط ماشين‌هاي دسته 3 تا 6، ربات محسوب مي‌شوند.

ساختار عمومي يک ربات


يک ربات به‌طور معمول حداقل شامل 5 بخش متفاوت ولي مرتبط مي‌باشد:

سيستم مکانيکي مفصل شده(Articulated Mechanical system):
اين سيستم متشکل از بازوها، مچ‌ها، اتصالات و عوامل نهايي مکانيکي بوده که در يک مجموعه به هم پيوسته و مرتبط جمع شده‌اند.
تحريک‌کننده‌ها(Actuators ):
اين بخش توان لازم را تحت يک سري شرايط کنترل شده و دقيق، براي سيستم مکانيکي مفصل شده(AMS) فراهم مي‌کند.
اين توان از انواع الکتريکي، هيدروليکي و يا نيوماتيکي مي‌باشد.
ابزارها و سيستم‌هاي انتقال(Transmission system ):
اين مجموعه Actuators را به AMS اتصال مي‌دهد. بدين طريق توان فراهم شده توسط تحريک‌کننده‌ها به بخش مکانيکي منتقل شده و به‌گونه‌اي مجزا امکان حرکت را براي هر مفصل فراهم مي‌آورد. تسمه‌هاي دنده‌دار و چرخ‌دنده‌ها از اين نوعند.
حسگر‌ها(sensor):
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.
مغز ربات(CPU):
اين بخش به‌عنوان محلي براي دستور گرفتن و تصميم‌گيري ربات مي‌باشد. به‌عبارت ديگر، وظيفه پردازش اطلاعات دريافتي از سنسور‌ها بر عهده اين بخش است که اين وظيفه توسط برنامه‌هاي موجود در حافظه کامپيوتر به انجام مي‌رسد. بخش نرم‌افزار هم مربوط به اين قسمت است.

http://img.tebyan.net/big/1387/02/1471201688519918499136688321818611694136.jpg
رنامه‌نويسي در ربات


برنامه نويسي در ربات به دو صورت Online و Offline انجام مي‌شود.
برنامه‌نويسي Online که امروزه به عنوان معمول‌ترين روش در به‌کارگيري ربات‌هاي صنعتي استفاده مي شود، اپراتور حرکت‌هاي مورد نظر را به ربات آموزش مي‌دهد، به‌گونه‌اي که ربات بعدا مي‌تواند بدون کمک و به‌طور خودکار همان کار‌ها را تکرار کند. اين نوع از برنامه‌نويسي به دو صورت انجام مي‌شود: 1- آموزش دستي 2- آموزش از طريق هدايت.
در روش دستي با کمک يک جعبه کنترلي، ربات را به نقاط مورد نظر هدايت کرده و مختصات آن‌ها در حافظه کامپيوتري ربات ثبت مي‌شود و به اين ترتيب براي دفعات بسيار قابل تکرار است. در روش هدايت، عامل نهايي را با دست در مسير دلخواه حرکت داده و وضعيت پيوسته هر يک از محورها در حافظ ربات ثبت مي‌شود.
اما در مورد برنامه‌نويسي Offline که به برنامه‌نويسي سطح بالا موسوم است، اين نکته اهميت دارد که وقتي انجام کارهاي پيچيده مورد نظر است و يا سرعت واکنش ربات به وقايع خارجي اهميت دارد، بايد از زبان هاي "کنترل‌کننده" ربات‌ها استفاده کرد. در اين زبان‌ها علاوه بر وجود دستورات معمولي از قبيل کنترل حلقه و يا عبارات شرطي، دستوراتي براي حرکت و جابه‌جايي ربات‌ها هم در نظر گرفته شده است. اين نوع برنامه‌نويسي امکان ارتباط آسان‌تر با ربات را فراهم مي‌آورد.

[آبجی]

خلاصه اي از ساختار رباتها-قسمت دوم

http://img.tebyan.net/big/1387/02/215865393255521623621017696212856638.jpg
تقسيم‌بندي تاريخي ربات‌ها:


a. ربات‌هاي برنامه‌ناپذير يا ربات‌هاي نسل صفر
b. ربات‌هاي برنامه‌پذير يا ربات‌هاي نسل اول: اين نوع ربات‌ها داراي محرک‌هاي قابل کنترل‌اند که توان تکرار يک برنامه را به اين ترتيب دارا هستند. از اين ربات‌ها در کاربردهاي صنعتي مانند خطوط مونتاژ ساده استفاده مي‌شود.
c. ربات‌هاي آداپتيو يا ربات‌هاي نسل دوم: اين ربات‌ها به سيستم بينايي نيز مجهزند و عملا با به‌کارگيري نرم‌افزارهاي خاص که توانايي پردازش داده‌هاي ميکروپروسسوري را دارند، نوعي هوش‌مصنوعي براي ربات فراهم مي‌سازند که قابليت تصميم‌گيري براي آن‌ها امکان‌پذير مي‌شود.

سنسورها در ربات:


در اتوماسيون سخت(Hard Automation) که درآن يک ماشين وظيفه مشخص را همان‌گونه که در صنعت مورد نياز است انجام مي‌دهد، نيازي به هوشمند بودن سيستم نيست. اما براي رسيدن به اتوماسيون هوشمند (Intelligent Automation) به دو جز کليدي نيازمنديم: هوش‌مصنوعي و سيستم سنسوري.
به کمک اين دو مي‌توان به ربات‌هاي صنعتي با کاربردهايي در نقاشي، جوشکاري، حمل‌و‌نقل و مونتاژ رسيد که قدرت انجام کارهاي پيچيده، تشخيص و تفکيک را دارا هستند.
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.

سنسورها را مي‌توان از ديدگاه‌هاي مختلف به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم که در ذيل مي‌آيد:


a. سنسور محيطي: اين سنسورها اطلاعات را از محيط خارج و وضعيت اشياي اطراف ربات، دريافت مي‌نمايند.
b. سنسور بازخورد: اين سنسور اطلاعات وضعيت ربات، از جمله موقعيت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نيروي وارد بر درايورها را دريافت مي‌نمايند.
c. سنسور فعال: اين سنسورها هم گيرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدين ترتيب است که سيگنالي توسط سنسور ارسال و سپس دريافت مي‌شود.
d. سنسور غيرفعال: اين سنسورها فقط گيرنده دارند و سيگنال ارسال شده از سوي منبعي خارجي را آشکار مي‌کنند، به‌ ‌همين دليل ارزان‌تر، ساده‌تر و داراي کارايي کمتر هستند.
انواع ربات هاي متحرک:


لازمه حرکت اين ربات ها تماس دايم با زمين و پشتيباني سطحي مستمر آن است . اين نوع ربات ها از ترکيبي از چرخ ها براي حرکت استفاده ميکنند.ترکيبات مختلف چرخ ها موجب پيدايش پيکربندي ها ي گوناگوني براي حرکت ربات هاي چرخ دار شده است . تفاوت اصلي اين پيکربندي ها در نوع ، نقش ، تعداد و مکان چرخ ها مي باشد.
ربات هاي گام زن:
ربات هاي گام زن خودرو هايي هستند که با الهام از شيوه هاي گوناگون فرايند قدم زدن انسان ها و حيوانات ، توانايي حرکت بدون تماس دايم با سطح زمين را داشته و بنابراين ، گزينه اي براي حرکت در زمين هاي ناهموار مانند بيشه زار ها و جنگل ها مي باشند .
مبناي حرکت اين ربات ها گام برداري مناسب آنهاست . عمل گام برداري به دو شيوه قدم زدن و دويدن انجام مي گيرد . در قدم زدن حداقل يک پاي ربات در هر لحظه با زمين تماس دارد در حاليکه در دويدن ،در لحظاتي خاص ،هيچ کدام از پاهاي ربات با زمين تماس ندارد.
ربات هاي متحرک خزنده:
اين ربات ها با الهام از شيوه حرکت مارها و يا ساير خزندگان و با مشاهده قابليت هاي منحصر بفرد اين موجودات ، در حرکت ئ انجام وظايفي دشوار و پيچيده ابداع گرديده اند . يک ربات خزنده از اجزاي متحرک پيوسته اي تشکيل شده است که توسط مفاصلي با درجات آزادي کافي به يکديگر متصل شده اند.
سطح تماس زياد اين ربات ها با زمين موجب افزايش پايداري حرکت آنان شده ، همچنين ظاهر بلند و باريک آنها باعث انعطاف پذيري انها براي حرکت در محيط هاي ناهموار ، سست ، نامنظم ، پيچيده ، تنگ و باريک گرديده و نيز مدولار بودن پيکر بندي اين ربات ها قابليت اعتماد و اطمينان حرکت ربات را افزايش داده است .
ربات هاي متحرک آبي:
اين ربات ها از آب پيرامون خود براي حرکت استفاده ميکنند.دو طرح معروف براي اين ربات ها وجود دارد:
طرح اول ساختار اژدر مانند است که در آن يک يا چند پروانه وظيفه رانش ربات را به جلو يا عقب بر عهده دارند.
در طرح دوم مجموعه اي از موتور ها ي آبي (جت هاي آبي) ، توزيع شده در ربات ،جهت و موقعيت آن را بطور مستقل کنترل ميکنند.چنين ساختاري قابليت مانوردهي ربات را بسيار افزايش مي دهد.
ربات هاي متحرک هوايي :
اين ربات ها از خلبان هاي خودکار هواپيما ها ي تجاري تا خودرو هاي هوايي کاملا خودکار را شامل مي شوند.
ربات هاي فضايي:
اين ربات ها براي کمک به ساخت ، تعمير و نگهداري ايستگاه هاي فضايي و ماهواره ها طراحي مي شوند . اين ربات ها بايد توانايي حرکت در شتاب هاي جاذبه اي بسيار کم خارج از جو زمين را داشته باشند .