صفحه اصلي > پارسی > شاخه‌های آموزشی > رباتیک       
شنبه ٢٧ مهر ١٣٩٨
 

 رباتیک

 

کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روبات‌های جهانی روسیه) در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی (robotnic) به معنی کارگر می‌باشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم. امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد، استفاده می‌شود.
ربات‌های امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مکانیکی برای جابجایی قطعات و یا کارهای ساده و تکراری که موجب خستگی و عدم تمرکز کارگر و افت بازده می‌شوند بوجود آمدند. این گونه رباتها جابجاگرmanipulator) ) نام دارند. جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای کاملا کنترل شده در کارخانه نصب می‌شوند و به غیر از وظیفه‌ای که به خاطر آن طراحی شده‌اند قادر به انجام کار دیگری نیستند. این وظیفه می‌تواند در حد بسته‌بندی تولیدات، کنترل کیفیت و جدا کردن تولیدات بی‌کیفیت، و یا کارهای پیچیده‌تری همچون جوشکاری و رنگزنی با دقت بالا باشد. نوع دیگر ربات‌ها که امروزه مورد توجه بیشتری است رباتهای متحرک هستند که مانند رباتهای جابجا کننده در محیط ثابت و شرایط کنترل شده کار نمی‌کنند. بلکه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی می‌کنند و سیر اتفاقاتی که ربات باید با آن‌ها روبرو شود از قبل مشخص نیست. در این نوع ربات‌هاست که تکنیک‌های هوش مصنوعی باید در کنترلر ربات (مغز ربات) به کار گرفته شود.


ربات آسیمو
ASIMO رباتی از نوع ربات‌های انسان‌نما یا Humanoid Robots می‌باشد که توسط کمپانی هوندا ساخته شده است. این ربات 120 سانتی‌متر قد، 54 کیلوگرم وزن داشته و شبیه فضانوردی است که یک کوله‌پشتی بر دوش خود دارد. این روبات توانایی راه رفتن و دویدن تا سرعت 6 کیلومتر بر ساعت را بر روی دو پای خود دارد. اولین مدل از این ربات در سال 1986 و تحت عنوان E0 ساخته شد. نام ASIMO مخفف عبارت Advanced Step in Innovative Mobility می‌باشد. تا فوریه سال 2009 در مجموع 100 عدد از این ربات ساخته شد که هر کدام قیمتی اندکی کمتر از یک میلیون دلار داشت. برخی از آن‌ها نیز سالی 166 هزار یورو اجاره داده می‌شد.

 

ربات آسیمو.

هوندا در آسیمو مدل 2000 خصیصه‌های زیادی را گنجاند تا بتواند تعامل بهتری با انسان داشته باشد. این خصیصه‌‎ها در 5 گروه زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

  شناسائی اشیا متحرک
آسیمو با استفاده از اطلاعات بصری دریافت شده توسط دوربینی که در سر ربات جای گذاری شده است، می‌تواند حرکات چندین شیء، فاصله و جهت را تشخیص دهد. از جمله کاربردهای مشترک این خصیصه می‌توان دنبال کردن حرکت مردم به منظور رفتن به دنبال یک شخص و یا دست دادن با شخص را نام برد.

 شناسائی حرکات معنی‌دار و اشارات اعضای بدن
آسیمو همچنین با توانایی تفسیر وضعیت و حرکت یک دست می‌تواند معنای حرکات و اشارات معنادار دست را تشخیص دهد. از این رو آسیمو می‌تواند نه فقط با فرامین صوتی بلکه با حرکات معنادار و اشارات معمول انسان راهنمایی و هدایت شود. بدین ترتیب آسیمو قادر خواهد بود که برای مثال به تقاضای دست دادن شخص یا دست و سر تکان دادن اشخاص به طور مناسب پاسخ دهد. آسیمو همچنین می‌تواند جهت حرکات اعضای بدن را مثل اشاره کردن به یک جسم را تشخیص دهد.

 شناسائی محیط
آسیمو همچنین می‌تواند اشیا و محیط اطراف خود را تشخیص داده و نسبت به آن عکس العمل نشان دهد. برای مثال آسیمو می‌تواند خطرات بالقوه پلکان را تشخیص دهد و انسان یا دیگر اشیا متحرک را متوقف کرده و یا از برخورد بدنی انسان جلوگیری به عمل آورد.

 تمایزدادن بین اصوات
قابلیت تمایز منابع صداهای مختلف در آسیمو بهبود یافته است، و آسیمو می‌تواند مکالمات و دیگر صداها را از یکدیگر تشخیص دهد. هنگامی که با وی صحبت می‌شود، می‌تواند صدا را تشخیص داده و رو به شخص سخنگو کرده و به او همراه با نام فرد مذکور پاسخ دهد. آسیمو همچنین می‌تواند صداهای ناگهانی و غیرمعمول همچون افتادن یک شیء یا یک تصادف را تشخیص دهد و روی خود را به جهت صدا برگرداند. آسیمو همچنین می‌تواند به سوالات با تکان سر یا به صورت شفاهی پاسخ دهد.


ربات لگو
نوع دیگری از ربات‌ها که بیشتر جنبه آموزشی دارد ربات لگو می‌باشد. شرکت لگو درسال ٢٠٠٦ رباتی به نامMindstorm NXT 2.0  را وارد بازار کرد که تنها محصول این شرکت بود که با کامپیوتر برنامه‌ریزی می‌شد. این ربات مانند سایر محصولات شرکت لگو از سر هم کردن قطعات و اجزای مختلف به اشکال مختلف و کاربردهای گوناگون بسته می‌شود. در شکل‌های زیر تصاویری از بسته‌بندی، قطعات گوناگون و چندین نمونه ساخته شده نشان داده شده است.

 

نمونه‌هایی از بستن ربات لگو.

 

جعبه و قطعات ربات لگو.

 

بستن و پروگرام کردن ربات لگو
به منظور آشنایی با نحوه‌ی بستن ربات لگو، برای نمونه، نحوه‌ی بستن ربات تعقیب خط در شکل زیر نشان داده شده است. مانند شکل ابتدا قطعات مورد نیاز را جدا کرده و سپس آن‌ها را مطابق دستورالعمل به‌هم متصل می‌کنیم.

 

 

آشنایی با موتور، سنسورها و محیط برنامه‌­نویسی ربات لگو

در ساخت ربات­ها معمولا از یک یا چند سنسور متناسب با نوع و نقش ربات شامل سنسورهای صدا، نور، رنگ، فشار، فاصله­‌سنج، و ... استفاده می­شود. بنابراین پرداختن به این موضوع و تهیه تجهیزات مرتبط ضروری می­باشد. ربات لگو دارای 3 موتور و 5 سنسور صدا، شدت نور، رنگ، فشاری و آلتراسونیک می­باشد. نحوه­ی اتصال موتورها و سنسورها به ربات لگو در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

بعد از ساخت ربات لگوی مورد نظر، می­توان به کمک نرم­‌افزار لگو دستورات مورد نظر (راه­‌اندازی موتورها، صحبت کردن ربات، نمایش تصویر بر روی صفحه نمایش، مدت زمانی که ربات منتظر می­‌ماند، به­کارگیری سنسورهای مورد نظر و ...) را بر روی ربات ذخیره و اجرا کرد. در ادامه به طور مختصر به معرفی این نرم­‌افزار و چگونگی استفاده از موتور و انواع سنسورها، می­‌پردازیم.

 

موتور
از موتور برای به حرکت درآوردن ربات و یا بخش‌های گوناگون ربات استفاده می‌شود. می‌توان موتور را به گونه‌ای برنامه‌ریزی کرد که برای زمان معین، زاویه مشخص و یا تعداد دور معین بچرخد. علاوه بر این از موتور می‌توان به عنوان سنسور اندازه‌گیری میزان چرخش استفاده کرد.

 

 

 

تمرین 1: برنامه‌ای بنویسید که ربات رو به جلو حرکت کند و به محض برخورد با مانع متوقف شده و پس از 4 ثانیه توقف و گفتن کلمه Hello به عقب برگردد.

 

سنسور فاصله‌سنج
به کمک سنسور فاصله‌سنج می‌توانید محدوده‌ی 5 تا 220 سانتی‌متری را اندازه‌گیری نمایید. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، می‌توانید در فواصل مشخصی از این سنسور استفاده نمایید.

 

 

 

تمرین 2: برنامه‌ای بنویسید که ربات رو به جلو حرکت کند و هنگامی که به 10 سانتی‌متری مانع رسید متوقف شده و پس از 4 ثانیه توقف و گفتن کلمه Hello به عقب برگردد.

 

سنسور صدا
گوش انسان به قدری حساس نیست که بتواند شدت تمامی صداهای اطراف را درک کند. اما به کمک سنسور صدا می‌توانید شدت صداهای اطراف خود را اندازه‌گیری کند. در شکل زیر آیکن مشخصه سنسور صدا به همراه توضیحات آن در نرم‌افزار لگو نشان داده شده است.

 

 

 

تمرین 3: برنامه‌ای بنویسید که ربات رو به جلو حرکت کند و به محض شنیدن صدا متوقف شده و پس از 4 ثانیه توقف و گفتن کلمه Hello به عقب برگردد.

 

سنسور شدت نور
به کمک سنسور نور می‌توانید شدت نور محیط اطراف خود را اندازه‌گیری نمایید.

 

 

 

سنسور تشخیص رنگ
از سنسور رنگ برای تشخیص رنگ‌های اصلی مانند سیاه، سفید، قرمز، سبز و آبی استفاده می‌شود. علاوه بر این به کمک این سنسور می‌توانید شدت نور محیط را نیز اندازه‌گیری نمایید.

 

 

تمرین 4: برنامه‌ای بنویسید که پس از قرار دادن مانعی در فاصله 10 سانتی متری، ربات با گفتن Hello شروع به حرکت کند و با حرکت دادن مانع آن را تعقیب کند. در صورتی که مانع بیش از 20 سانتی‌متر فاصله بگیرد، ربات با گفتن Good Bye بایستد.


تمرین 5: برنامه‌ای بنویسید که ربات یک برچسب آبی رنگ را تعقیب کند.


تمرین 6: برنامه‌ای بنویسید که ربات با شنیدن صدای سوت حرکت کند و با قطع شدن صدای سوت بایستد.


تمرین 7: برنامه‌ای بنویسید که ربات پس از حرکت بر روی مربعی به ضلع 20 سانتی‌متر به نقطه شروع برگردد.

 

برنامه‌نویسی ربات لگو
نرم‌افزار لگو یک محیط گرافیکی قدرتمند برای نوشتن برنامه‌های ربات از برنامه‌های بسیار ساده تا پیشرفته را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. بنابراین، کاربران به جای نوشتن برنامه کامپیوتری از بلوک‌هایی مانند فلوچارت استفاده می‌کنند. این بلوک‌ها در برگیرنده تمام بخش‌های برنامه‌نویسی ربات مانند حلقه‌های تکرار، تصمیم‌گیری و شرط هستند.


حلقه تکرار
از حلقه برای تکرار بخشی از برنامه به تعداد مورد نیاز استفاده می‌شود. برای انتخاب حلقه بر روی آیکون کلیک کنید و بلوک حلقه را روی خط اجرای برنامه قرار دهید. بخش‌هایی از برنامه که می‌خواهید تکرار کنید را درون حلقه قرار دهید.

تمرین1:برنامه­‌ای بنویسید که پس از قرار دادن مانعی در فاصله 10 سانتی­متری، ربات با گفتن Hello شروع به حرکت کند و با حرکت دادن مانع آن را تعقیب کند. در صورتی که مانع بیش از 20 سانتی­متر از ربات فاصله بگیرد، با گفتن Good Byeبایستد.

تفاوت این تمرین با تمرین مشابه در درس قبل: در تمرین قبلی عمل تعقیب دست توسط ربات فقط یک بار انجام می‌شد. در صورتی که دست شما پس از فاصله گرفتن، دوباره در نزدیک سنسور فاصله‌سنج قرار می‌گرفت، ربات هیچ واکنشی نشان نمی‌داد. در برنامه جدید، هر بار دست شما به سنسور نزدیک شود، ربات دستتان را تعقیب می‌کند.
تمرین 2: برنامه‌ای بنویسید که هر بار یک برچسب آبی رنگ در مقابل سنسور تشخیص رنگ قرار گیرد، ربات آن را تعقیب کند.


سایر انتخاب حلقه تکرار
در تمرین‌های قبل، از حلقه تکرار که به طور پیش‌فرض به تعداد بی‌نهایت (برای همیشه) تکرار می‌شود، استفاده شد. علامت بی‌نهایت روی آیکون حلقه نشان‌دهنده این موضوع است. جدول زیر انتخاب‌های دیگر حلقه تکرار را نشان می‌دهد.

 

 

 

تمرین 3: با انتخاب گزینه سنسور برای حلقه و سپس انتخاب سنسور فشاری، برنامه‌های قبل را به گونه‌ای تغییر دهید که اجرای برنامه پس از فشردن سنسور فشاری متوقف شود.

 

تصمیم‌گیری و شرط

با استفاده از بلوک سوئیچ ( ) می‌توان بر اساس خروجی سنسورها تصمیم‌گیری کرد که چه بخش‌هایی از برنامه اجرا شود.


تمرین 4: برنامه‌ای بنویسید که ربات یک برچسب آبی رنگ را تعقیب کند و با دیدن برچسب قرمز رنگ به عقب حرکت کند.


تمرین 5: بر اساس سناریوی زیر، برنامه ربات تعقیب خط را بنویسید:
اگر سنسور تشخیص نور روی خط قرار گیرد، ربات به سمت راست بچرخد و در غیر این صورت به سمت چپ بچرخد.

کل بازديدهاي سايت: 71667 | بازدیدهاي امروز سايت: 36 | کل بازدیدهاي این صفحه: 2987 | بازديدکنندگان آنلاين: 12 | زمان بارگذاري صفحه: 0.13
آدرس: بوشهر، خیابان خلیج فارس (ساحلی)، بعد از مجتمع فرهنگی هنری، پارک علمی کودک و نوجوان تلفن: 33333560 (077)
  نمابر: 33330136 (077)
همه حقوق متعلق به پارك علم و فناوری خليج فارس و شرکت پژوه‌ افزار لیان است. Copyright © Persian Gulf Science and Technology Park and Lianware Co. Ltd. All rights reserved.