ساختار رباتها به طور خلاصه

[LaDy Ds DeMoNa]

ریشه واژه ربات


لغت ربات در اکثر زبانهای دنیا با همین تلفظ دارای معنای واحدی میباشد. این لغت اولینبار در خلال سالهای 1920 تا 1930 در نمایشنامهای با نام "RUR (Rossmuse Universal Robot)" نوشته "کارل کاپک" نویسنده چکاسلواکی بهکار برده شد. در این نمایشنامه بازیگران نقش موجوداتی مصنوعی و کوچک شبیه انسان را بازی میکردند، که بهطور مطلق تحت فرمان صاحب خود قرار داشته و دستوراتش را موبهمو اجرا میکردند. این موجودات ربات نامیده میشدند که ریشه آن از لغت اسلاو (یعنی اسلواکییایی!) Robota به معنای "کارگر اجباری" است.



قوانین ربوتیک



در سال 1940،Issac Assimov سه قانون Roobtics را به شرح زیر تبیین کرد:


1. یک ربات موجودی است که نباید به انسان آزار برساند و اجازه ندهد به چیزی ضرر برسد.

2. باید از انسان اطاعت کند، مگر این که با قانون اول مغایرت داشته باشد.

3. باید خودش را در برابر خطر و ضرر محافظت نماید، مگر اینکه با قانون اول و دوم مغایرت داشته باشد.

[LaDy Ds DeMoNa]

دستهبندی رباتها


رباتها در سطوح مختلف دارای دو خاصیت "تنوع در عملکرد" و "قابلیت تطبیق خودکار با محیط" (automated adapting) میباشند. بر اساس این دو خاصیت دستهبندی رباتها انجام میگیرد.



دستهبندی اتحادیه رباتهای ژاپنی(jira) به شرح زیر است:



1. وسیلهای که توسط دست کنترل میشود.

2. ربات برای کارهای متوالی بدون تغییر

3. ربات برای کارهای متوالی متغیر

4. ربات مقلد

5. ربات کنترل

6. ربات باهوش

که در دستهبندی موسسه رباتیک آمریکا(RIA)، فقط ماشینهای دسته 3 تا 6، ربات محسوب میشوند.



ساختار عمومی یک ربات


یک ربات بهطور معمول حداقل شامل 5 بخش متفاوت ولی مرتبط میباشد:


1) سیستم مکانیکی مفصل شده (Articulated Mechanical system):


این سیستم متشکل از بازوها، مچها، اتصالات و عوامل نهایی مکانیکی بوده که در یک مجموعه به هم پیوسته و مرتبط جمع شدهاند.



2) تحریککنندهها (Actuators):


این بخش توان لازم را تحت یک سری شرایط کنترل شده و دقیق، برای سیستم مکانیکی مفصل شده(AMS) فراهم میکند. این توان از انواع الکتریکی، هیدرولیکی و یا نیوماتیکی میباشد.



3) ابزارها و سیستمهای انتقال (Transmission system):


این مجموعه Actuators را به AMS اتصال میدهد. بدین طریق توان فراهم شده توسط تحریککنندهها به بخش مکانیکی منتقل شده و بهگونهای مجزا امکان حرکت را برای هر مفصل فراهم میآورد. تسمههای دندهدار و چرخدندهها از این نوعند.



4) حسگرها (sensor):


سنسورها قطعاتی هستند متشکل از ابزارهای لامسهای الکتریکی یا نوری که در کنار سایر عناصر الکترونیکی ایفای نقش میکنند. وظیفه این المانها کسب اطلاعاتی از موقعیت مفاصل ربات و شرایط محیطی مانند نور و گرما و هدفهای موجود در محیط میباشد.



5) مغز ربات (CPU):


این بخش بهعنوان محلی برای دستور گرفتن و تصمیمگیری ربات میباشد. بهعبارت دیگر، وظیفه پردازش اطلاعات دریافتی از سنسورها بر عهده این بخش است که این وظیفه توسط برنامههای موجود در حافظه کامپیوتر به انجام میرسد. بخش نرمافزار هم مربوط به این قسمت است.
__________________

[LaDy Ds DeMoNa]

برنامهنویسی در ربات


برنامه نویسی در ربات به دو صورت Online و Offline انجام میشود.


برنامهنویسی Online که امروزه به عنوان معمولترین روش در بهکارگیری رباتهای صنعتی استفاده می شود، اپراتور حرکتهای مورد نظر را به ربات آموزش میدهد، بهگونهای که ربات بعدا میتواند بدون کمک و بهطور خودکار همان کارها را تکرار کند. این نوع از برنامهنویسی به دو صورت انجام میشود: 1- آموزش دستی 2- آموزش از طریق هدایت.



در روش دستی با کمک یک جعبه کنترلی، ربات را به نقاط مورد نظر هدایت کرده و مختصات آنها در حافظه کامپیوتری ربات ثبت میشود و به این ترتیب برای دفعات بسیار قابل تکرار است. در روش هدایت، عامل نهایی را با دست در مسیر دلخواه حرکت داده و وضعیت پیوسته هر یک از محورها در حافظ ربات ثبت میشود.



اما در مورد برنامهنویسی Offline که به برنامهنویسی سطح بالا موسوم است، این نکته اهمیت دارد که وقتی انجام کارهای پیچیده مورد نظر است و یا سرعت واکنش ربات به وقایع خارجی اهمیت دارد، باید از زبان های "کنترلکننده" رباتها استفاده کرد. در این زبانها علاوه بر وجود دستورات معمولی از قبیل کنترل حلقه و یا عبارات شرطی، دستوراتی برای حرکت و جابهجایی رباتها هم در نظر گرفته شده است. این نوع برنامهنویسی امکان ارتباط آسانتر با ربات را فراهم میآورد

[LaDy Ds DeMoNa]

تقسیمبندی تاریخی رباتها


a. رباتهای برنامهناپذیر یا رباتهای نسل صفر



b. رباتهای برنامهپذیر یا رباتهای نسل اول: این نوع رباتها دارای محرکهای قابل کنترلاند که توان تکرار یک برنامه را به این ترتیب دارا هستند. از این رباتها در کاربردهای صنعتی مانند خطوط مونتاژ ساده استفاده میشود.



c. رباتهای آداپتیو یا رباتهای نسل دوم: این رباتها به سیستم بینایی نیز مجهزند و عملا با بهکارگیری نرمافزارهای خاص که توانایی پردازش دادههای میکروپروسسوری را دارند، نوعی هوشمصنوعی برای ربات فراهم میسازند که قابلیت تصمیمگیری برای آنها امکانپذیر میشود.



سنسورها در ربات


در اتوماسیون سخت(Hard Automation) که درآن یک ماشین وظیفه مشخص را همانگونه که در صنعت مورد نیاز است انجام میدهد، نیازی به هوشمند بودن سیستم نیست. اما برای رسیدن به اتوماسیون هوشمند (Intelligent Automation) به دو جز کلیدی نیازمندیم: هوشمصنوعی و سیستم سنسوری.



به کمک این دو میتوان به رباتهای صنعتی با کاربردهایی در نقاشی، جوشکاری، حملونقل و مونتاژ رسید که قدرت انجام کارهای پیچیده، تشخیص و تفکیک را دارا هستند.



سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی بهکار میروند. عملکرد سنسورها بدینگونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد میکنند، که با پردازش این سیگنالهای الکتریکی میتوان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیمگیریهای بعدی از آنها استفاده نمود.



سنسورها را میتوان از دیدگاههای مختلف به دستههای متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل میآید:


a. سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت مینمایند.



b. سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آنها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت مینمایند.



c. سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آنها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت میشود.



d. سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار میکنند، به همین دلیل ارزانتر، سادهتر و دارای کارایی کمتر هستند.

[LaDy Ds DeMoNa]

انواع ربات های متحرک


لازمه حرکت این ربات ها تماس دایم با زمین و پشتیبانی سطحی مستمر آن است . این نوع ربات ها از ترکیبی از چرخ ها برای حرکت استفاده میکنند.ترکیبات مختلف چرخ ها موجب پیدایش پیکربندی ها ی گوناگونی برای حرکت ربات های چرخ دار شده است . تفاوت اصلی این پیکربندی ها در نوع ، نقش ، تعداد و مکان چرخ ها می باشد.



ربات های گام زن:


ربات های گام زن خودرو هایی هستند که با الهام از شیوه های گوناگون فرایند قدم زدن انسان ها و حیوانات ، توانایی حرکت بدون تماس دایم با سطح زمین را داشته و بنابراین ، گزینه ای برای حرکت در زمین های ناهموار مانند بیشه زار ها و جنگل ها می باشند .



مبنای حرکت این ربات ها گام برداری مناسب آنهاست . عمل گام برداری به دو شیوه قدم زدن و دویدن انجام می گیرد . در قدم زدن حداقل یک پای ربات در هر لحظه با زمین تماس دارد در حالیکه در دویدن ،در لحظاتی خاص ،هیچ کدام از پاهای ربات با زمین تماس ندارد.



ربات های متحرک خزنده:


این ربات ها با الهام از شیوه حرکت مارها و یا سایر خزندگان و با مشاهده قابلیت های منحصر بفرد این موجودات ، در حرکت ئ انجام وظایفی دشوار و پیچیده ابداع گردیده اند . یک ربات خزنده از اجزای متحرک پیوسته ای تشکیل شده است که توسط مفاصلی با درجات آزادی کافی به یکدیگر متصل شده اند.



سطح تماس زیاد این ربات ها با زمین موجب افزایش پایداری حرکت آنان شده ، همچنین ظاهر بلند و باریک آنها باعث انعطاف پذیری انها برای حرکت در محیط های ناهموار ، سست ، نامنظم ، پیچیده ، تنگ و باریک گردیده و نیز مدولار بودن پیکر بندی این ربات ها قابلیت اعتماد و اطمینان حرکت ربات را افزایش داده است .





ربات های متحرک آبی:


این ربات ها از آب پیرامون خود برای حرکت استفاده میکنند. دو طرح معروف برای این ربات ها وجود دارد:


طرح اول ساختار اژدر مانند است که در آن یک یا چند پروانه وظیفه رانش ربات را به جلو یا عقب بر عهده دارند.



در طرح دوم مجموعه ای از موتور ها ی آبی (جت های آبی) ، توزیع شده در ربات ،جهت و موقعیت آن را بطور مستقل کنترل میکنند.چنین ساختاری قابلیت مانوردهی ربات را بسیار افزایش می دهد.





ربات های متحرک هوایی :


این ربات ها از خلبان های خودکار هواپیما ها ی تجاری تا خودرو های هوایی کاملا خودکار را شامل می شوند.



ربات های فضایی:


این ربات ها برای کمک به ساخت ، تعمیر و نگهداری ایستگاه های فضایی و ماهواره ها طراحی می شوند . این ربات ها باید توانایی حرکت در شتاب های جاذبه ای بسیار کم خارج از جو زمین را داشته باشند .
__________________