آموزش ساخت ربات

[ریپورتر]

در این جلسه طبق قرار قبلی به موضوع سیستم شوت در ربات‌های فوتبالیست دانش‌آموزی خواهیم پرداخت. بدون مقدمه وارد بحث می‌شویم.
ربات‌های فوتبالیست هم مثل یک بازیکن فوتبال واقعی باید بتوانند توپ را شوت کنند یا آن را پاس بدهند. ‌برای این کار، ربات نیاز به یک بازوی مکانیکی دارد تا در مواقع لزوم توپ را با قدرت دلخواه به سمت مقصد مورد نظر شوت کند. این بازو فقط کافیست بتواند توپ را از جلوی ربات با سرعت هل بدهد. شدت شوت را می توان با کنترل قدرت این بازوی مکانیکی تعیین کرد.

برای طراحی این بازوی مکانیکی، معمولاً از یکی از دو سیستم زیر استفاده می‌شود:

1- سیستم پنوماتیک یا بادی
2- سیستم سلنویید یا آهنربای الکتریکی

هر کدام از این دو سیستم مزایا و معایبی دارند، به عنوان مثال سیستم ‌پنوماتیک دارای پیچیدگی‌های فنی‌ای است که پیاده سازی این سیستم را بر روی ربات برای ما دشوارتر می‌کند. همچنین این سیستم فضای بیشتری را نسبت به سیستم سلنویید اشغال می‌کند. در این جلسه ما فقط به تشریح سیستم دوم خواهیم پرداخت و در مورد مدارات الکترونیک و راه‌انداز آن توضیح خواهیم داد.




استفاده از سیستم سلنویید یا آهنربای الکتریکی برای سیستم شوت


همان‌طور که گفته شد، اساس کار ما در طراحی این سیستم، یک آهنربای الکتریکی است. آهنرباهای الکتریکی در مدل‌ها و اندازه‌های مختلف در بازار موجود است. در این سیستم ما نیاز به یک آهنربای الکتریکی‌ای داریم که بتواند مانند شکل زیر، یک اهرم را در راستای افقی به سمت جلو هل دهد. این اهرم نیز باید به نوعی با توپ در تماس باشد تا نیروی سلنویید را به توپ منتقل کند.



قسمت متحرک در سلنویید اصطلاحاً پیستون نام دارد، جابه جایی این پیستون در انواع مختلف متفاوت است، اما معمولاً در حدود 3-2 سانتی متر است.

سلنویید ها در حالت کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:
1- ضربه زن یا هل دهنده (Push Type)
2- کشنده (‌Pull Type)


سلنوییدهای "ضربه زن" در هنگام برقرار شدن جریان، پیستون را با شتاب به سمت خارج بدنه‌ی اصلی سلنویید هل می‌دهند. نوع دیگری که در بازار ایران نیز بیشتر در دسترس است، سلنوییدهای کشنده است، این نوع سلنوییدها در هنگام برقرار شدن جریان الکتریکی، پیستون را به سمت داخل می‌کشند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سلنوییدها می‌توانید به لینک زیر مراجعه کنید:

http://www.societyofrobots.com/actuators_solenoids.shtml



مدارات الکترونیکی و راه انداز سلنویید


ولتاژ کاری این سلنوییدها معمولاً در حدود 30 ولت است، اما برای افزایش توان و قدرت شوت، می‌توان با رعایت برخی نکات اختلاف پتانسیل بالاتری را بر روی سلنویید اعمال کرد، کما اینکه برخی تیم‌ها تا 120 ولت نیز بر روی سلنویید اختلاف پتانسیل قرار می‌دهند.
اما سوالی که در اینجا مطرح می‌شود این است که چگونه می‌توان چنین اختلاف پتانسیلی را در ربات تأمین کرد؟
برای این منظور چند عدد خازن 20 ولتی را ابتدا به صورت موازی شارژ می‌کنند، سپس آن‌ها را به صورت سری به سلنویید متصل می‌کنند. در شکل‌های زیر این مراحل به تفکیک نشان داده شده است.
مدار شماره 1، خازن‌ها به صورت موازی در حال شارژ شدن:




و مدار شماره‌ی 2، خازن‌ها به صورت سری در حال تخلیه در سلنویید (در زمان شوت کردن توپ) :


همان‌طور که در شکل بالا می‌بینید، در مدار شماره‌ی 2، برای تأمین ولتاژ مورد نیاز سلنویید، خازن‌ها با یکدیگر به صورت سری بسته شده‌اند، همان‌طور که می‌دانید در این حالت ولتاژ اعمال شده بر روی سلنویید، برابر با جمع ولتاژ این 4 خازن است.
بدیهیست که ربات در طول بازی ممکن است ده‌ها و صدها شوت بزند و در هر بار شوت زدن نیز باید یکبار خازن‌ها دِشارژ و سپس مجدداً شارژ شوند. اما چگونه می‌توان مداری طراحی کرد که بتواند در یک حالت خازن‌ها را به صورت موازی شارژ کند، و در حالت دیگر خازن‌ها را به صورت سری به سلنویید متصل کند؟
برای پاسخ به این سوال ابتدا با نوعی سوییچ الکترومکانیکی به نام "رله" آشنا می‌شویم. رله نوعی کلید الکتریکی است، که به وسیله‌ی آن می‌توان جریان الکتریکی را قطع و وصل نمود، تنها تفاوت آن با کلیدهای فشاری معمولی‌ای که روی بسیاری از دستگاه‌های خانگی وجود دارند این است که، شما برای قطع وصل کردن جریان، نیازی به فشار دادن کلیدی ندارید، بلکه باید آن را به وسیله‌ی جریان الکتریکی کنترل کنید.


رله‌ها بر حسب نوع استفاده در انواع مختلفی ساخته می‌شوند، معروف‌ترین نوع رله، رله‌های 2 حالته (1 کانتَکت) هستند.(شکل بالا سمت چپ)
این رله‌ها 5 پایه دارند که شکل آن به صورت شماتیک در زیر کشیده شده است:



همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، در حالت عادی پایه‌های 1 و 2 به یکدیگر متصل هستند، اما زمانیکه بر روی پایه‌های + و – (شکل بالا) جریان قرار گیرد، اتصال به شکل زیر برقرار می‌شود:



ولتاژی که برای تحریک پایه‌های + و - رله باید استفاده شود معمولاً 5 یا 12 ولت است. ولتاژ فعال سازی رله‌های معمولاً بر روی بدنه‌ی آن‌ها درج می‌شود.
برای کسب اطلاعات جامعتر در مورد رله نیز می توانید به لینک زیر مراجعه کنید:

http://www.rowand.net/Shop/Tech/AllAboutRelays.htm
حال که با رله آشنا شده‌ایم، می‌توان با استفاده از چند عدد رله مداری طراحی نمود که ، در حالت معمولی خازن‌ها با یکدیگر موازی بسته شوند و برای شارژ شدن به باطری متصل شوند، و در حالت دیگر، رله‌ها به صورت سری بر روی سلنویید تخلیه شوند.



منبع:سايت رشد