مبانی رباتیک

ربات ها ماشین هایی هستند که به تقلید رفتار انسان ها یا حیوانات می پردازند . انسان ها دارای جسم می باشند و از ماهیچه برای حرکت بدن ، حسگر برای دریافت اطلاعات محیط ، قدرت برای فعال کردن ماهیچه ها ، مغز برای پردازش اطلاعات حسگرها و دستور به ماهیچه ها و ویژگی های نامشهود دیگر مانند هوش و روحیه برخوردارند . به طور مشابه ربات ها نیز از ساختار قابل حرکت ، موتورها ، حسگرهایی برای مشاهده محیط ، فعال ساز برای کنترل حرکت ، منبع تغذیه و پردازنده / کامپیوتر برای کنترل رفتار و اجزای خود برخوردار می باشند . ربات های صنعتی بازوها یا ماشین های خودکار مکانیکی هستند که توسط کامپیوتر کنترل شده و از آنها در خطوط مونتاژ کارخانه ها استفاده می شود . وظایف آنها بازه وسیعی را از اتصال اجزای بدنه اتومبیل تا قرار دادن یک قطعه بسیار کوچک در یک دستگاه الکترونیکی در بر می گیرد .
یک ربات صنعتی که از شش مفصل برخوردار است ، شباهت بسیار زیادی به بازوی انسان دارد . این شش اتصال در واقع معادل شانه ، آرنج و مچ هستند . هر کدام از این اتصالات توسط یک موتور DC/AC کنترل می شوند . خود این موتورها توسط سیگنال هایی که توسط کابل منتقل می شود ، کنترل می گردند .
کامپیوتر کنترلی ربات شامل برنامه هایی است که رفتار هر موتور را کنترل می کند و بدین ترتیب ربات عمل مورد نیاز را انجام می دهد . برای حرکت ربات ، این رایانه ، موتورها و دریچه های مرتبط را فعال می کند . ربات ها قابل برنامه ریزی جدید بوده و می توان با برنامه ریزی جدید رفتار متفاوتی را از آنها انتظار داشت .
برنامه یک ربات جوشکاری حاوی دستورات لازم در زمینه میزان جریان برق و اعمال جریان برای المان جوشکاری ربات است تا بدین ترتیب بعنوان قطعات فلزی با قطرهای مختلف را به هم جوش داد . حسگرهای موجود ، اطلاعات محیطی را به صورت پسخورد در اختیار کامپیوتر کنترلی قرار می دهند و آنها را قادر می سازند تا عملیات ربات را مطابق با شرایط محیطی تنظیم کنند . کامپیوترها سیگنال های فرمان را به ابزار رباتیک ارسال می نمایند و بدین ترتیب عملیات کارخانه کنترل می گردد .
می توان ماشین های رباتیک را به گونه ای برنامه ریزی کرد که وظایف مختلفی را انجام دهند و در نتیجه ربات ها می توانند به منظور تولید محصولات مختلف ، مورد استفاده قرار گیرند . ربات های فوق در کارخانه هایی مورد استفاده قرار می گیرند که محصولات متنوعی را در دسته های کوچک تولید می کنند و محصولات هر دسته با دسته دیگر فرق می کند . ربات ها با سخت افزار فرآیند تولید ادغام می شوند . پس از اینکه کار جاری خط تولید به پایان رسید ، می توان از این ربات ها برای کار دیگر دوباره استفاده کرد .
خط تولیدی که در آن از ربات استفاده می شود ، ممکن است فقط شش ماه دوام داشته باشد . پس از آن ، کارخانه به دلیل تغییر محصول تولیدی خود باید خط تولید فوق را جمع آوری کند . از آنجایی که می توان ربات ها را برای انجام کارهای مختلف برنامه ریزی کرد ، می توان آنها را به راحتی از یک خط تولید جدا کرده و در جای دیگر مورد استفاده قرار داد.
کارخانه موتورولا از دو ربات به طور همزمان برای مونتاژ قطعات الکترونیکی در دستگاه های رادیویی خود استفاده می کند . این دو ربات دوازده کار پایه ای مانند قرار دادن قطعات الکترونیکی بر روی بوردهای چاپی را بطور مشترک با هم انجام می دهند . این دو ربات به صورت جفت و دقیقا مانند دو بازوی یک انسان در خط مونتاژ کار می کنند و کامپیوتر کنترل کننده با ارسال سیگنال های مناسب مانع از برخورد آنها باهم می شود .
● حواس انسان برای ربات ها :
تمرکز طراحان بر شبیه سازی حواس انسان برای ربات ها است . ربات ها باید بتوانند حسی از محیط پیرامون خود داشته باشند ( مشابه حواس انسان ) . آنها باید بتوانند ببینند ، احساس کنند ، بشنوند ، بو بکشند و با انسان ها به زبان طبیعی صحبت کنند .رادارها ، دستگاههای کاشف ، میکروفن های جهت دار ، اسکنر های بدن و موارد مشابه قادر ند بهتر از اعضا ی بدن انسان عمل کنند ، ببینند و یا اشیاء را شناسایی کنند . مشکل اصلی ، گردآوری اطلاعات نیست ، بلکه تفسیر و درک آنهاست .
ساخت رباتی که بتواند به سطح یک چاه نفت در دریا برود یا رباتی که بتواند به یک راکتور هسته ای وارد شود ، بسیار متفاوت از رباتی است که در آن لوله است . تصویر لوله تنها نشان دهنده جلبک هایی است که به دور اتصالات جمع شده اند . اگر قرار است ربات تشخیص دهد که می تواند مشکل را حل کند یا نه ، باید از هوش لازم برای رفع ابهام از تصویر و ایجاد یک تصویر واضح و روشن برخوردار باشد . ربات ها باید اطلاعات مورد نیاز را برای پاسخگویی به مسائل پیش آمده در جهان واقعی فراهم سازند . ربات ها باید قادر به درک حوادث پیرامون خود باشند تا بتوانند بر آنها کنترل داشته باشند و گرنه ، داشتن حواس صرف برای گردآوری اطلاعات ، ارزشی نخواهد داشت . حواس آنها باید پسخوری از اثرات رفتار انها بر جهان ، به آنها بدهد .
● ربات های بیولوژیکی :
محققان به دنبال هوش هستند ، گرچه این هوش لزوما به پیچیدگی مغز انسان که از میلیارها نورون و تریلیون ها اتصال برخوردار است نخواهد بود . گرچه بسیاری از مناطق مغز انسان از ساختار یکنواختی برخوردارند ، ولی صدها منطقه در مغز وجود دارد که از نظر معماری متمایز هستند . این مساله سبب پیچیدگی شبیه سازی مغز انسان در ربات ها می شود .
در مقایسه ، حشرات و موجودات دریایی از نورون های کمتری برخوردارند . مهندسان با استفاده از داده های رفتاری می دانند که چگونه بخش های مغز این موجودات با هم در ارتباط هستند و همچنین از نحوه تعامل نورون های آنها به منظور انجام یک کار خاص مطلع هستند .
هوش مغز سوسک برای توسعه ربات های بیولوژیکی بکار گرفته شده است . حشرات در زمان حرکت بالا ، زیر با پیرامون موانع شش بازوی خود را کنترل می کنند . ربات های شش بازویی مانند Lemur (مخففLimbed Excursion Mobile Utility Robot ) " ربات با قدرت حرکت عضوی " از خصوصیات سیستم عصبی حشرات برای حرکت در سطوح سخت و ناهموار به منظور گردآوری ، نمونه برداری و تحلیل داده ها استفاده می کنند .
ماهیچه ها مسبب حرکت و دستکاری در مخلوقات هستند . فعال سازی های ربات ها در واقع شبیه ساز ماهیچه ها به شمار می روند . فعال سازی هایی که از پلیمرهای فعال شونده با جریان برق (EAP) استفاده می کنند ، بیشترین شباهت را به ماهیچه های بیولوژیکی دارند . EAP ها در پاسخ به تحریک های الکتریکی تغییر شکل می دهند .در صورتی که به سیال های الکترورئولوژیک (ERF) مبتنی بر EAP تحریک الکتریکی وارد شود ، چسبناک می شوند . از ERF ها برای توسعه فعال سازی های مینیاتوری کنترل شونده توسط جریان برق استفاده می شود . نیروهایی که در محیط های دور اعمال می شوند ، سبب تغییر در ویسکوزیته ERF شده و بدین شکل خود را در اجزای مکانیکی ربات نشان می دهند .
از ربات های مبتنی بر EAP در کاربردهای پزشکی و فضایی استفاده می شود . ربات ماهی اولین محصول تجاری است که در آن از EAP استفاده شده است . این ربات می تواند بدون استفاده از موتور یا باتری و با استفاده القاء گرهای موجود شنا کند .
EAP ها را میتوان به شکل های مختلفی ساخت . از ترکیب آنها با حسگرهای MEMS ( سیستم میکروالکترومکانیکی ) می توان به فعال سازهای هوشمند دست یافت . EAP واسطی است بین انسان و ماشین در واقع جایگزینی است برای حواس انسان . بعنوان مثال ، می توان از EAP بعنوان واسط بین ربات و مغز انسان استفاده کرد . کلاوس پیترزانر از دانشگاه ساوت همپتون در انگلستان رباتی ساخته است که توسط یک نمونه پرورش یافته و خاص از موجودات زنده " کپک مانند" کنترل میشود . این سلول ها از نور دوری می کنند .
یک نمونه ستاره ای شکل از این سلول ها به یک ربات شش بازویی ربات متصل گردیده اند . تابش نور سفید بر بخشی از ارگانیسم سلول سبب مرتعش شدن آن می گردد . این ارتعاشات به رایانه منتقل شده و بر اساس آن سیگنال های کنترلی برای حرکت بازوها ارسال می گردد . با تابش نور برروی بخش های مختلف ستاره ، بازوهای متفاوتی را میتوان حرکت داد . با انجام این کار به صورتی منظم و با قاعده ، میتوان ربات را به راه انداخت .

منبع : میکرو رایانه