طراحی و ساخت روبات

هدف

• آشنایی با اصول ساخت و طراحی روبات‌ها
• طراحی یک روبات نمونه‌ی تعقیب خط

سرفصل مطالب

• مقدمه
• چرا روبات؟
• چرا روبات تعقيب خط؟
• روبات تعقيب خط چه مي‌كند؟
• طرح كلي يك روبات تعقيب خط
• روبات تعقيب خط چگونه هدايت مي‌شود؟
• اجزاء روبات تعقيب خط
• 1) حسگرهاي روبات تعقيب خط
• الف) مقاومت متغير با نور (فوتو-رزيستور يا فوتوسل)
• ب) ديود مادون قرمز
• ج) فوتو-ترانزيستور
• فرستنده/گيرنده‌هاي مادون قرمز
• اشباع حسگرها
• تعداد حسگرها
• ساخت مدار حسگر
• تبديل و انتقال خروجي حسگر به مدار پردازشگر
• مدار سوييچ
• مدار ترانزيستوري
• مدار سوييچ با آپ‌امپ
• ولتاژ نقطه آتش چقدر بايد باشد؟
• مدار اشميت‌تريگر؛ مداري با دو سطح سوييچ
• تبديل خروجي آنالوگ حسگر به ولتاژ ديجيتال به كمك ADC
• بخش پردازشگر
• مدار منطقي
• ميكروكنترلر
• 3) موتور و مدارهاي راه‌انداز آن
• آرميچر يا موتور DC
• مدار كنترلي آرميچر با رله
• معكوس كردن جهت چرخش موتور
• تراشه‌هاي راه‌انداز موتور
• كنترل سرعت موتور DC به روش PWM
• موتور پله‌اي
• مدار راه‌انداز موتور پله‌اي
• توليد رشته‌هاي «صفر» و «يك»
• ميكروكنترلر
• شيفت رجيستر
• بافر
• مدار تقويت جريان
• نمايشگرهاي روبات
• تراشه‌هاي آماده راه‌انداز موتور پله‌اي
• 4) مكانيك روبات
• از كجا شروع كنيم؟
• يك مدار كامل روبات تعقيب خط
• قطعات لازم براي ساخت روبات
• نرم‌افزار ميكروكنترلر
• استفاده از روش PWM براي كنترل سرعت موتور
• چرخش معكوس موتور
• چند پرسش و پاسخ در مورد اين روبات
• مدار دوم روبات تعقيب خط
• نرم‌افزار ميكروكنترلر
• كلام آخر
• آشنايي با دنياي روباتها
• روبات لابيرنت
• زمين مسابقه
• روبات مين‌ياب
• 1) روبات مين‌ياب خودكار
• 2) روبات مين‌ياب غير خودكار (دستي)
• 3) رقابت فني
• ليگ شبيه‌سازي فوتبال
• مسابقه شبيه‌سازي دوبعدي فوتبال
• مسابقه شبيه‌سازي مربي فوتبال
• مسابقه شبيه‌سازي سه‌بعدي فوتبال
• روباتهاي فوتباليست
• ليگ روباتهاي فوتباليست اندازه كوچك
• ليگ روباتهاي فوتباليست اندازه متوسط
• ليگ روباتهاي فوتباليست انسان‌نما
• ليگ روباتهاي فوتباليست چهارپا
• مسابقات روباتهاي آتش‌نشان
• مسابقات روباتهاي جنگجو
• مسابقات روباتهاي امدادگر
• رقابت‌هاي جونيور
• سگ-روبات
• روباتهاي پرنده
• روبات انسان‌نما
• آسيمو
• بينايي روبات
• روباتهاي صنعتي
• نانو- روباتها
• آشنايي با رشته مهندسي روباتيك

پاسخ به پرسشهاي شما در مورد روبات تعقيب خط

• عرض خط سياه چقدر است؟ چگونه مي‌توان محيط مسابقه را شبيه‌سازي كرد؟

عرض خط 8/1 سانتي‌متر است. براي امتحان مدارات روبات خود مي‌توانيد تكه‌اي چسب برق مشكي‌رنگ روي يك كاغذ يا فيبر سفيدرنگ بچسبانيد.

• چگونه بعد از بستن مدار سنسور و مدار سوييچينگ، مي‌توان از صحت عملكرد آن مطمئن شد؟

به خروجي مدار سوييچينگ يك LED و مقاومت كوچك متصل كنيد. اتاق را تاريك كنيد و فرستنده / گيرنده نوري را به آرامي از زمينه سفيد به خط مشكي منتقل كنيد. با ورود فرستنده / گيرنده به خط بايد LED تغيير حالت دهد (از روشن به خاموش يا خاموش به روشن). دقت كنيد ممكن است روبات در شرايط مختلف نوري پاسخهاي مختلفي بدهد. سعي كنيد تستهاي نهايي را در شرايطي مشابه با شرايط مسابقات انجام دهيد.

• فرستنده / گيرنده نوري چگونه زير روبات بايد نصب شود؟

فرستنده و گيرنده را چسبيده به هم طوري نصب كنيد كه گيرنده مستقيماً در معرض تابش نور فرستنده و نيز هيچ نوري از محيط نباشد. گيرنده بايد تنها بازتابش نوري كه فرستنده به سطح مي‌تاباند را دريافت كند. اگر نور زياد باشد، سنسور نوري نمي‌تواند نوري كه از سطح سياه باز‌مي‌تابد را از نوري كه از سطح سفيد برمي‌گردد تشخيص دهد. به اين حالت به اصطلاح اشباع سنسور گفته مي‌شود.

• آيا استفاده از مداري مانند اشميت‌تريگر كه دو سطح سوييچ داشته باشد الزامي است يا مي‌توان با مداري با يك سطح سوييچ نيز خروجي سنسور را به بخش كنترلي منتقل كرد؟

اگر مدار سوييچينگ فقط يك سطح سوييچ داشته باشد، وقتي ولتاژ خروجي سنسور از سطح ولتاژ سوييچ بالا مي‌رود، مدار سوييچ كرده و با پايين آمدن خروجي سنسور از آن سطح ولتاژ، مدار مجدداً سوييچ مي‌كند. اين حالت ممكن است باعث شود روبات در اولبن پيچ مرتباً بين خط و زمينه سفيد جابجا شود و گير بيفتد. استفاده از اشميت‌تريگر كه دو سطح سوييچ دارد اين مشكل را حل مي كند؛ وقتي ولتاژ خروجي سنسور از سطح سوييچ بالا بيشتر مي‌شود، اشميت‌تريگر سوييچ مي‌كند. وقتي خروجي سنسور از سطح سوييچ بالا كمتر مي‌شود مدار سوييچ نمي‌كند؛ بلكه صبر مي‌كند تا خروجي سنسور از سطح سوييچ پايين هم كمتر شود (روبات از خط كاملاً خارج شود) و بعد سوييچ مي‌كند. در واقع مدار اشميت‌تريگر در سيستم اينرسي ايجاد مي‌كند. گاهي بدنه مكانيكي روبات اين اينرسي را خود به خود ايجاد مي‌كند (مثلاً وقتي با ورود روبات به خط، مدار سوييچ كند و موتور يك سمت خاموش شود، كمي طول بكشد تا آن سمت روبات متوقف شود يا وقتي موتور روشن شود كمي طول بكشد تا روبات به راه بيفتد). در اين حالت مي‌توان از مدار سوييچ يك‌سطحي استفاده كرد و به كار بردن اشميت‌تريگر لزومي ندارد. پيشنهاد مي‌شود با يك مدار سوييچ يك‌سطحي طراحي روبات را انجام دهيد و در صورتي كه مكانيك روبات اينرسي لازم را براي شما ايجاد نكرد، مدار سوييچ را به مدار دوسطحي اشميت‌تريگر تغيير دهيد.

• استفاده از آرميچر را توصيه مي‌كنيد يا موتور پله‌اي؟

اگر بتوانيد سرعت روبات را كنترل كنيد قطعاً استفاده از آرميچر بهتر است؛ چون روباتي سريعتر و سبكتر و كوچكتر خواهيد داشت. حتي مي‌توانيد مدارات روبات خود را روي وِرا-بورد ببنديد و لحيم كنيد و موتورهاي آرميچر را روي همين بورد بچسبانيد و چرخها را به شافت موتور متصل كنيد. اگر سرعت روبات بالا باشد احتمالاً با دو سنسور نمي‌توان آن را كنترل كرد و بايد از سنسورهاي بيشتري براي گم نكردن خط استفاده نماييد. استفاده از موتور پله‌اي باعث مي‌شود روبات شما حجيم‌تر و كندتر و سنگين‌تر شود؛ اما كنترل سرعت آن ساده‌تر است و مي‌توانيد تقريباً مطمئن باشيد كه با دو سنسور خط را گم نمي‌كنيد. دقت كنيد موتورهاي پله‌اي در اندازه‌ها و توانهاي مختلف وجود دارند و بعضي از آنها آنقدر سنگين و در عين حال كم‌توان هستند كه حتي نمي‌توانند وزن خود را حمل كنند! هنگام خريد موتور پله‌اي به اين نكته توجه كنيد.

• مقاومتهاي استفاده شده در مدارهاي سوييچ يا سنسور چقدر بايد باشد؟

مقدار اين مقاومتها به شرايط مدار و سنسور بستگي دارد. مي‌توانيد از متخصصين الكترونيك (حتي از فروشندگان قطعات الكترونيكي) در مورد آنها سؤال كنيد يا به كتابهاي الكترونيك عملي يا تكنيك پالس مراجعه كنيد. مثلاً مقاومت سري شده با LED چون به هدف محدود كردن جريان به كار مي‌رود بايد در حد چند صد اهم باشد. اما مقاومتهاي مدارات ترانزيستوري در حد چند كيلو اهم هستند. استفاده از پتانسيومتر به جاي مقاومت ثابت به مدار شما انعطاف بيشتري مي‌بخشد.

• مي‌توان يك روبات را به تنهايي ساخت؟!

بله! اما بايد تمام اجزاء روبات از سنسور و مدار سوييچ گرفته تا بدنه مكانيكي را خودتان به تنهايي بسازيد. اگر از دوستانتان كه هركدام در بخشي تخصص و علاقه دارند كمك بگيريد و يك تيم تشكيل دهيد، سريعتر به جواب بهتري مي‌رسيد. به ياد داشته باشيد آنچه مهم است رسيدن به جواب است، نه اينكه چند نفر به جواب مي‌رسند!