توضیحی ساده از نحوه عملکرد ربات‌ها

رباتها را می‌توان دستگاه‌هایی الکترومکانیکی تعریف نمود که به وسیله برخی عوامل ورودی مانند حسگرها یا مبدل‌ها به کار انداخته شده و به وسیله مدار کامپیوتری برای کار هدایت می‌شوند. تعریف ربات به نظر پیچیده می‌آید، اما درک عملکرد این ماشین آنقدرها هم دشوار نیست. بسیار شبیه به ما انسانها که ورودی‌هایی را از اندام‌های حسی خود دریافت کرده، آنها را در مغز خود پردازش می‌کنیم و عمل درخواست شده را انجام می‌دهیم؛ رباتها نیز دارای اجزاء سازنده مشابهی هستند. ورودی‌ها از طریق حسگرها دریافت شده، پردازش توسط واحد پردازش مرکزی یا سی‌پی‌یو (CPU) انجام شده و سپس خروجی دلخواه بدست می‌آید.
 

پیش از اطلاع از نحوه عملکرد انواع مختلف ربات، اجازه دهید نخست به عملکرد ابتدایی یک ربات نگاهی بیاندازیم.
 

هر ربات از سه بخش حسگر (ورودی)، سی‌پی‌یو (پردازشگر) و اعمال یا کنش‌های مکانیکی (خروجی) تشکیل شده است.

ورودی‌های حسی که ربات دریافت می‌کند می‌تواند هر چیزی را شامل شود که از آن جمله می‌توان به بو، لمس یا تماس فیزیکی، تغییرات بینایی و غیره اشاره کرد. واحد پردازش مرکزی، ریز پردازنده یا ریز کنترل کننده‌ای است که این کمیت ورودی را پردازش کرده و به دنبال عملکرد مشابه موجود در دستورالعمل برنامه‌ریزی شده خود گشته و سپس سیگنالی را به درگاه خروجی ارسال می‌کند. ربات پس از دریافت این سیگنال، عمل خواسته شده را انجام خواهد داد. اجازه دهید مثالی از نوعی ربات بیاوریم که به محض برخورد با هر مانع متوقف خواهد شد.

نام ربات: اجتناب کننده از مانع

ورودی: تماس یا لمس

خروجی: خاموش شدن موتورها

هدف: حرکت آزادانه ربات در تمام جهات و توقف در صورت برخورد با جسم

هنگامی که ربات در تماس با هرگونه جسمی قرار گیرد، حسگر ورودی آن (یعنی حسگر لامسه) فعال خواهد شد. این حسگر به محض روشن شدن، سیگنالی را به واحد پردازش ارسال خواهد کرد. سی‌پی‌یو در مجموعه دستورالعمل‌های خود به دنبال عملی مرتبط با پیام دریافت شده جهت به اجرا گذاشتن، خواهد گشت. در اینجا دستور‌العمل، برنامه‌ای است که برای ربات نوشته شده است. از آنجا که عملکرد مورد نظر متوقف ساختن حرکت ربات است، سی‌پی‌یو سیگنال «ایست» را به واحد خروجی (مدار موتور) ارسال می‌کند. در نتیجه ربات از حرکت باز می‌ایستد.
 

ورودی برای ربات از طریق حسگرها و مبدل‌ها خواهد بود. حسگرهای مختلف بکار رفته در رباتیک عبارتنداز:

* حسگرهای تماسی یا لمسی

* حسگرهای حرارتی

* حسگرهای نوری

* حسگر صوتی

* حسگر مجاورتی

* حسگر تشخیص فاصله

* حسگر فشار و غیره

بسته به نوع خروجی حسگر یعنی خروجی دیجیتال یا آنالوگ، مداربندی اضافی تعیین می‌شود.
 

در بخش واحد پردازش می‌توان از یک ریزپردازنده یا ریزکنترل کننده استفاده کرد. یک ریزکنترل کننده ارزان بوده و برنامه‌ریزی آسان‌تری نسبت به یک ریزپردازنده دارد. با این حال، یک ریزکنترل کننده از قدرت خروجی بسیار پایینی برخوردار است.

پیچیدگی عملیات و رفتارهایی که از ربات سر می‌زند به  واحد پردازش بستگی خواهد داشت.
 

* سیستم محرک

* رله‌ یا تقویت کننده‌ها

* اسپیکرها

* صفحه نمایش و غیره

بسته به نوع اپلیکیشن، حامل‌ تغییر می‌کند. در اپلیکیشن‌های سیمی، از کابل و سیم استفاده می‌شود در حالی که در رباتهای بی‌سیم، فناوری‌های فرکانس رادیویی، وای‌فای، DTMF، RFID و غیره بکار برده می‌شود.

اکنون اجازه دهید به عملکرد دو نوع ربات ابتدایی سیمی و بی‌سیم نگاهی بیاندازیم.
 

این رباتها همانطور که از نامشان پیداست، به واسطه دستگاه‌های سیمی یا کابلی به کار انداخته می‌شوند.
هنگامی که بر روی یک کلید بخصوص فشار وارد کنیم، این کلید نوعی سیگنال ولتاژ را به مدار مجاور ارسال می‌کنددر اینجا ورودی یک صفحه کلید، دسته بازی یا جوی استیک و یا سوئیچ است. هنگامی که بر روی یک کلید بخصوص فشار وارد کنیم، این کلید نوعی سیگنال ولتاژ را به مدار مجاور ارسال می‌کند. در صورتی که دستگاه ورودی آنالوگ باشد، خروجی آن سیگنال ولتاژ خواهد بود و چنانچه سیگنال دیجیتال باشد، خروجی آن در فرم دودویی 1 و 0 خواهد بود.

 این سیگنال توسط مدار رمزگذار خوانده شده بطوریکه سیگنال را به فرمتی رمزگذاری می‌کند که به وسیله مدیوم یا رابط انتقال قابل تشخیص باشد. مدار رمزگذار خروجی متوالی یا سری را فراهم می‌سازد که به رابط انتقال یعنی سیم یا کابل رسانده می‌شود. این سیگنال به رمز درآمده در مدار رمزگشا دریافت شده بطوریکه سیگنال را به فرمتی رمزگشایی می‌کند که به وسیله دستگاه خروجی قابل درک باشد.

اجازه دهید با یک مثال نحوه کارکرد ربات سیمی را نشان دهیم

نام ربات: خودرو رباتیک

ورودی: سوئیچ

خروجی: چرخش موتور در جهت عقربه‌های ساعت

هدف: حرکت دادن خودرو رباتیک رو به جلو

در خودرو رباتیکی با قابلیت حرکت در جهات مختلف، دستگاه ورودی یک صفحه کلید خواهد بود که دارای چهار سوئیچ است که هرکدام برای یک جهت تعبیه شده‌اند. در صورتی که بخواهید ربات را رو به جلو حرکت دهید، سوئیچ مربوط به آن را بایستی فشار دهید.

فشار وارده بر کلید فشرده شده سیگنال ولتاژ خروجی را برای مدار رمزگذار فراهم ساخته در حالی که کلیدهای دیگر سیگنال ولتاژ خروجی صفر را فراهم خواهند ساخت. بنابراین در حالت ایده‌آل خروجی موازی از صفحه کلید 0 0 0 1 (جلو، عقب، راست، چپ) خواهد بود. این خروجی موازی به عنوان ورودی موازی به مدار رمزگذار تحت عنوان HT12E تغذیه خواهد شد.

این آی سی (IC) رمزگذار رایج‌ترین مدار بکار رفته در رباتیک است. این ورودی موازی به وسیله رمزگذار به خروجی سری تبدیل شده و به سیم متصل کننده تغذیه می‌شود. سیم یا کابل این سیگنالها را به مدار رمزگشا انتقال می‌دهد.

در اینجا HT12D رمزگشا این خروجی سری را به خروجی موازی تبدیل می‌سازد. این خروجی موازی از طریق درایور IC L293D  به موتورهای DC تغذیه می‌شود. منطق ریاضی 01 موتور را در جهت عقربه‌های ساعت چرخانده و آن نیز خودرو رباتیک را رو به جلو حرکت خواهد داد.
 

فناوری بی‌سیم امروزه در اکثر رباتها از رباتهای خودکار و مستقل گرفته تا رباتهای شبیه انسان بکار برده می‌شود. عملکرد ربات بی‌سیم مشابه با نوع سیمی به جز تغییر در مدار حامل است. فناوری بی‌سیم در جفت فرستنده ـ گیرنده بکار برده می‌شود.
بسته به فرکانس انتقال، آنتن‌های فرستنده و گیرنده انتخاب می‌شوندجهت انتقال یا فرستادن سیگنالهای خروجی بر روی مدیوم بی‌سیم، یک فرکانس مناسب انتخاب می‌شود. بسته به فرکانس انتقال، آنتن‌های فرستنده و گیرنده انتخاب می‌شوند. کیفیت سیگنال فرستاده شده به کارایی این آنتن‌ها بستگی دارد. اجازه دهید عملکرد دقیق ربات بی‌سیم را با یک مثال از یک خودرو رباتیک نشان دهیم.

نام ربات: خودرو رباتیک کنترل شونده توسط فرکانس رادیویی

ورودی: سوئیچ

خروجی: چرخش موتورها در جهت عقربه‌های ساعت و روشن شدن ال‌ای‌دی

هدف: به حرکت در آوردن رو به جلو خودرو رباتیک

رباتهای بی‌سیم همانند انواع سیمی دارای یک واحد ورودی هستند که سیگنال خروجی موازی را بسته به کلید فشرده شده مربوطه فراهم خواهد ساخت. این خروجی موازی بوسیله مدار رمزگذار به فرم سری تبدیل می‌شود.

این اطلاعات سری به مدار فرستنده فرکانس رادیویی وارد شده به طوریکه مدولاسیون را در دامنه موج ورودی اجرا می‌کند. این تغییر دامنه تحت عنوان کلید زنی تغییر دامنه (ASK) نامیده می‌شود. فرستنده فرکانس رادیویی این سیگنال ASK را از طریق آنتن خود ارسال می‌کند.

این اطلاعات به طور کلی بر روی فرکانس 433 مگاهرتز (باند فرکانس آزاد) با نرخ 1 تا 10 کیلوبایت در ثانیه ارسال می‌شود. این اطلاعات بوسیله آنتن گیرنده دریافت شده و به مدار گیرنده فرکانس رادیویی ارسال می‌شود. این اطلاعات به وسیله گیرنده به خروجی سری تبدیل شده و به واحد سی‌پی‌یو وارد می‌شود. واحد سی‌پی‌یو می‌تواند یک ریز کنترل کننده و یا یک ریزپردازنده باشد.

عملیات رمزگشایی سیگنالهای ورودی سری توسط واحد پردازش انجام می‌شود و در نهایت سیگنالهای خروجی موازی به مدار محرک موتور ارسال می‌شوند. درایور یا موتور محرک، به منظور حرکت دادن چرخهای خودرو رباتیک، موتور  را در جهت مربوطه می‌چرخاند.

رباتهای پیچیده‌ای بر اساس این اصل ساده رباتهای سیمی و بی‌سیم ساخته می‌شوند.

 
منبع: techspirited