چگونه یک ربات بسازیم؟ درس دوم

به واسطه درس اول شما اطلاعات پایه‌‌‌ای در رابطه با اینکه ربات چیست و کارهای معمول و ابتدایی آن چگونه است، بدست آوردید. حال زمان آن است که تصمیم بگیرید چه نوع رباتی را می‌خواهید بسازید. بطور معمول طراحی ربات با یک تصور از شکل ظاهری ربات و وظایفی که قرار است انجام دهد، شروع می‌شود. ربات‌های ساده انواع بسیای دارند در ادامه با دیجی اسپارک همراه باشید.

 

محبوب‌ترین ربات‌ها عبارتند از:

· زمینی چرخ دار، ردیابی و ربات های پا دار

· هواپیماها، هلکوپترها و نوعی بالون هوایی کوچک

· قایق در آب، زیر دریایی و ربات شناگر

· ربات های مخلوط

· ربات های بازودار ثابت و manipulators

این درس بدین منظور در نظر گرفته شده است که به شما کمک کند بهترین تصمیم را درباره اینکه چه نوع رباتی با توجه اهدافتان بسازید، بگیرید. از آنجایی که شما آشفتگی فکری در رابطه با اینکه چه وظایفی ویا کارکرد هایی از ربات خود می خواهید، دارید(پس از درس ۱)، شما اکنون می توانید نوع ربات خود را بگونه ای انتخاب کنید که نیاز ها و خواسته های شما را به بهترین شکل برآورده کند. در ادامه شما می توانید شرح عمده ای از انواع ربات ها را پیدا کنید.

 

ربات‌های زمینی

ربات های مبتنی بر زمین، به خصوص آن هایی که چرخ دار هستند، از محبوب ترین ربات های متحرک در میان مبتدیان می باشند. چراکه آن ها نیازمند کمترین سرمایه گذاری هستند در حالی که در معرض توجه رباتیک می باشند. از طرف دیگر پیچیده ترین ربات ها، ربات های انسان نما (شبیه به انسان) می باشند و آن ها نیازمند درجات بیشتری از آزادی در سیستم، هماهنگ سازی حرکت موتورها و استفاده از تعدادی سنسور می باشند.

 

ربات‌های چرخ دار

چرخ ها تا حد زیادی محبوب ترین روش برای ایجاد تحرک در ربات می باشند و برای به حرکت درآوردن ربات ها در اندازه های مختلف و سیستم عامل های رباتیک بکار می روند. چرخ ها می توانند از نظر سایز از چند سانتی متر تا ۳۰ سانتی متر و بیشتر باشند. روبات های Tabletop تمایل به داشتن کوچکترین سایز از چرخ ها را دارند، معمولا با قطر کمتر از ۵ سانتی متر. ربات ها می توانند هر تعدادی از چرخ را داشته باشند، اگرچه داشتن ۳ یا ۴ چرخ شایع ترین ها هستند. به طور معمول یک ربات با سه چرخ دارای دو چرخ هم اندازه و یک چرخ کوچکتر در انتها می باشند. بیشتر ربات های دوچرخه برای ایجاد ثبات ژیروسکوپی استفاده می شوند. این نادر است که یک ربات چرخ دار برای هر چیزی استفاده شود مگر فرمان ترمز ماشین (مانند یک مخزن) . چرخ دنده دار و چرخ دنده جناحی فرمان در ماشین ای که نیازمند تعداد زیادی قطعات می باشد و پیچیده و هزینه بر است، استفاده می شوند و این از بیشترین مزایای آنها می باشد.

ربات های دارای چهار و شش چرخ برتری بیشتری در به حرکت در آوردن موتورهای چندگانه (یک اتصال برای هر چرخ) دارند و امکان خطا را کاهش می دهند. همچنین چرخ های چند جهته یا چرخ های mecanum ،می توانند به ربات مزایای تحرکی زیادی بدهند. تصور غلط رایجی که در رابطه با ربات های چرخ دار می باشد این است که هزینه اندک و موتورهای DC، می توانند یک ربات با سایز متوسط را به حرکت در آورند، همانطور که بعدا ما در ادامه خواهیم دید که چیزهای بیشتری از موتور درگیر هستند.

مزایای استفاده

· معمولا در مقایسه با روش های دیگر کم هزینه تر هستند.

· دارای طراحی و مراحل ساخت و ساز ساده می باشند.

· فراوانی در انتخاب

· شش چرخ یا بیشتر رقیب یک سیستم میسر می شود.

· یک انتخاب عالی برای مبتدیان

معایب

· امکان از دست دادن کشش (لغزش)

· سطح تماس کوچک ( فقط یک مستطیل کوچک یا خطی که در زیر هر چرخ است در تماس با زمین می باشد)

ربات‌های ردیاب

ردیابی (یا گام برداری) کاری است که تانک ها استفاده می کنند. اگرچه رد یاب ها تایین کننده “نیرو” (گشتاور) نیستند، اما آن ها خطاها را کاهش داده و بیشتر بطور مساوی وزن ربات را توزیع می کنند. ساخت آن ها برای استفاده سطوح سست مانند شن و ماسه مفید می باشد. همچنین یک سیستم رد یاب با دارا بودن برخی از انعطاف پذیری ها بهتر می تواند با یک سطح ناهموار وفق پیدا کند. در نهایت، بسیاری از افراد تمایل دارند که رد یاب تانک یک مهاجم را هم به نگاه ربات بیفزاید.

مزایای استفاده

· تماس مداوم با زمین مانع از لغزشی می شود که ممکن است با وجود چرخ ها رخ دهد.

· توزیع یکسان وزن به ربات کمک می کند که با انواع سطوح مقابله کند.

· می تواند برای افزایش قدرت یک ربات در گذر از موانع زمینی بدون ترکیب یک چرخ بزرگتر مورد استفاده قرار بگیرد.

معایب

· هنگام روشن بودن، یک نیروی جانبی موجود است که بر روی زمین عمل می کند، این می تواند سبب اسیب تانک و همچنین آسیب رساندن به سطحی از ربات می شود که مورد استفاده است و باعث می شود که ردپا ها پوشانده شوند.

· بسیاری از ردپا ها در دسترس نیستند (این ربات معمولا در اطراف ردپا ها می رود).

· راندن چرخ دنده ها به طور قابل توجهی بهره گیری از موتورهای مختلف که می توانند مورد استفاده باشند را محدود می کند.

· افزایش پیچیدگی مکانیکی و اتصالات

ربات های پادار

تعداد زیادی از ربات‌ها از پا برای حرکت استفاده می کنند. ربات های غیر حرفه ای با شش پا طراحی شده اند که به ربات اجازه می دهند به طور آماری در تعادل باشد (در همه زمان ها یر سه پا متعادل باشد). ربات هایی با پاهای کمتر به گونه سختتری تعادل دارند. در وضعیت بعدی نیاز به ثبات حرکتی است، به این معنی که اگر ربات در حال حرکت در وسط گام خود متوقف شود، ممکن است سقوط کند. محققان تجربه طراحی ربات های تک پایه را داشت اند، هرچند دوپا، چهار پا و شش پا محبوب تر هستند.

مزایای استفاده

· نزدیک به حرکات اصلی و طبیعی هستند.

· می توانند به طور بالقوه بر موانع بزرگ غلبه کرده و بر روی زمین های خشن حرکت کنند.

معایب

· جنبه های مکانیکی ، الکترونیکی و برنامه نویسی را پیچیده کرده( راه ساده ای برای رسیدن به رباتیک وجود ندارد) .

· کاهش اندازه باتری با وجود افزایش خواسته های مرتبط با قدرت

· هزینه بالا برای ساخت

ربات های هواپیما

یکAUAV  (حامل هوایی خودکار بدون سرنشین) بسیار خوش نماست و کاملا در حدود توانایی بیشتر علاقه مندان به ربات می‌باشد. به‌هرحال مزایای ساخت یک هواپیمای خودکار بدون سرنشین، به خصوص اگر شما یک مبتدی هستید، همچنان بیشتر از ضررهایش می باشد. هنگامی که به یک وسیله نقلیه هوایی تفکر کنیم، در میابیم که بیشتر علاقه مندان هنوز هم از ریموت کنترل های تجاری موجود برای هواپیما استفاده می کنند. در شکل حرفه ای، مانند یغماگر نظامی ایالات متحده آمریکا، در ابتدا نیمه خودکار بوده هر چند در چندسال اخیر یغماگر نظامی ماموریت هایی به صورت پرواز کاملا خودکار داشته است.

مزایای استفاده

· هواپیماهای کنترل از راه دور برای چند دهه است که که وجود دارند (پس یک جامعه بزرگ دست کم برای مکانیک ها موجود است) .

· برای نظارت و مراقبت بسیار عالی هستند.

معایب

· کل سرمایه گذاری می تواند در یک تصادف از بین برود.

· برای کمک کردن به کنترل خودکار محدود به جامعه رباتیک می باشد.

ربات های آبی

تعداد فزاینده ای از علاقه مندان، موسسات و شرکت ها، در حال توسعه وسایل نقلیه بدون سرنشین در زیر آب می باشند. موانع زیادی هنوز بر سر راه ساخت ربات های زیرآب خوش نما برای گسترش دادن جامعه رباتیکی وجود دارد. هرچند در سال های اخیر چندین شرکت تجارت “ربات های تمیز کننده استخر” را دارا هستد. وسایل نقلیه زیرآب می توانند از بالاست (هوای فشرده و محفظه آب گرفتکی)، پیشرانه، دم و باله و یا حتی از پره برای فرو رفتن زیرآب استفاده کنند. سایر ربات های آبی از جمله ربات های پاک کننده استخر از محصولات تجاری سودمند هستند.

مزایای استفاده

· بیشتر سیاره ما از آب است پس چیزهای بسیار زیادی برای کشف و کاوش وجود دارند.

· طراحی آن ها تقریبا به صورت تضمین شده منحصر به فرد است.

· می توانند برای آزمایش در یک استخر استفاده شوند.

معایب

· ربات می تواند از بسیاری جهات از دست برود (غرق شدن، نشت کردن، گرفتار شدن، …)

· اکثر قطعات الکترونیکی با آب سازگار نیستند ( با در نظر گرفتن اینکه پس ار فرو رفتن ربات در آب، آب قطعات الکترونیکی آن را در بر می گیرد)

· برای رفتن به اعماق ۱۰ متر و یا بیشتر نیاز به سرمایه گذاری و تحقیق قابل توجهی دارد.

· برای ارائه کمک بسیار محدود به جامعه رباتیک می باشد.

· گزینه های محدود ارتباطی بی سیم

ربات های ترکیبی و پیوندی

ایده ای که شما برای ربات در نظر دارید ممکن است هیچ یک از گروه های فوق را در بر نگیرد و یا ممکن است از چند بخش عملکردی تشکیل شده باشد. باز هم توجه داشته باشید که این برای ربات های متحرک و مخالف طراحی های ساکن و یا به طور دائمی ثابت (به جز بازوهای رباتیک و تسمه)، در نظر گرفته شده است. عاقلانه است که در نظر بگیرید هنگام طراحی برای ساخت یک ربات ترکیبی، از یک طراحی ماژولار استفاده کنید (هر بخش عملکردی می تواند جدا شده و به صورت مستقل مورد آزمایش قرار گیرد). طرح های دیگر می توانند شامل هواناو، طرح های مار مانند، برج ها و … باشند.

مزایای استفاده

· طراحی و ساخت آن برای مواجه شدن با نیاز های خاص می باشد.

· شامل چند مرحله آماده سازی می باشد و می تواند چندین واحد (ماژول) را در برگیرد.

· می تواند به افزایش عملکرد و تطبیق پذیری منجر شود.

معایب

· ممکن است باعث افزایش پیچیدگی و هزینه ها شود.

· اکثر اوقات قطعات باید سفارشی طراحی و ساخته شوند.

ربات های دارای بازو و تسمه

اگرچه کار این دسته شامل ربات های متحرک نمی شود، اما زمینه رباتیک آن در اصل با بازو ها و یک راس متحرک آغاز می شود (دستگاه هایی که به انتهای آن ها یک بازو مانند تسمه، آهنرباهای الکتریکی و … متصل باشد). بازوها و تسمه بهترین راه برای یک ربات هستند که با محیطی که در حال بررسی آن است به تعامل برسد. بازوی یک ربات ساده می تواند فقط یک حرکت داشته باشد در حالی که بازوهای پیچیده تر می توانند دوجین یا بیشتر به طور منحصربه فردی درجه از آزادی داشته باشند.

مزایای استفاده

· امکان طراحی آن از بسیار ساده تا بسیار پیچیده وجود دارد.

· اضافه کردن ۳ یا ۴ درجه از آزادی به ربات بسیار ساده می باشد (دو مفصل و تغییر پایه)

معایب

· ثابت می باشد مگر اینکه بر روی پلت فرم متحرک نصب شود.

· هزینه های ساخت متناسب با توانایی آن برای بلند کردن اجسام می باشد.