پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
روبوتها
هنگامیکه وظایف تغییر می کند روبوتهای طراحی جدید را می توانند تغییر شکل یابند اما وضایف جدید را انجام دهند.
از روباتهای زیبائی که از جدیدترین تولیدات کارخانجات هستند. بیشتر بدانیم. چون آنها توسط برنامه ریزی هندسی بوجود آمده اند، جهان آنها شبیه خط تولید است. لیکن برای راه اندازی روباتهای بیرونی، جدای از نوع شهرها آن هر دو نوع حضوری و طراحی آن غیر قابل پیش بنی است در ایجا روباتهای با قابلیت تغییر بسیار با ارزش هستند زیرا آنها می توانند وظایف متغیر محیطهای متفاوت را با خود وفق دهند. این نوع روباتها از واحدهای ساده دو تایی و چند تایی و دارای سیستم محیطی شکل گرفته اند و می توانند تغییر شکل ایجاد نمایند.
تصور کنید روباتی از زنجیره متصل به هم ساخته شده باشد این نوع روبات می تواند ماریپیچی حرکت کند و توسط چرخش مانند تانک سیار حرکت نماید و سپس مجددا مدل خود را به نوع morph همانند عنکبوت برگرداند.
این نوع روبات توسط زیر و پالوآلتو در مرکز تحقیقات کالیفرنیا ساخته و آزمایش گردیده است. در حقیقت مانند گذشته در 1994 وضعیت توانایی دانشگاه استراتفورد در کالیفرنیا ثابت گردید. سیستمهای این نوع ممکن است برای روبات ها راه اندازی خودکار و بویژه درمحیطهای الکترونیکی بسیار مفید باشد. محققین نه تنها در مجموعه parc بلکه در دانشگاه جونیز هاپکینز و نیز در موسسه علوم صنعتی پیشرفته در تسکوبای ژاپن ونیز در برخی محیطهای معتبر علمی این خط تولید را امتحان کرده اند. سیستم هائی که آنها ساخته اند بطور اتوماتیک قابل تغییر بوده و هیچ کمکی از خارج دریافت نمی کنند.
سه مزیت
روبوتهای قیاسی از دهها صد و شاید میلیون مدل ریز ساخته شوند. اینها مانند سلولها در بدن انسان در تعداد زیاد و در نوع کم هستند. این روبوتهارا سیستم های n تایی می نامند.
سیستم های n تایی سه مزیت دارند: آزادی در حرکت ، استحکام و ارزانی.
این نوع روبوتها به راحتی در خیلی جهات گردش دارند و می توانند همانند کودک انسان جابجا شوند. برای انواع نمونه ای با صدها مدل معمولا میلیونها شکل ممکن وجود دارد که می تواند برای وظایف مختلف بکار رود.
ظاهرا چرخش و تغییر مدلهای قبلی به نوع متحرک مانند پای بچه ها نیست. برای داشتن سیستم مفید راه حلی را جهت پیچیدگی برنامه ریزی برای خیلی از انواع باید طرح نمود. لیکن خیلی از برنامه های داده شده به سختی قابل اجرا است و این شامل مدلهای کنترلی ومشارکتی جهت کار موثرتر با یکدیگر نیز می شود.
استحکام آن بعلت تعداد کوچک نمونه های مدلی دیگر است. تشخیص واحدهای آن و جانشنی آنها به جای یکدیگر فاکتور مهمی محسوب می شود. اکثر آنها در خیلی جهات شبیه یکدیگر هستند. مزیت اصلی کوچک بودن این است که هنگامیکه یکی یا بیشتر از یکی از مدلها دچار نقص شود انواع دیگر به تدریج کار آن را انجام خواهند داد.
در نتیجه چنین روبوتهائی استراتژی کنترلی خود را برای بخش آسیب دیده متمرکز می کنند. مزیت قیمت پائین آن ممکن است در وهله اول چندان به چشم نیاید. این بخث قیمت ممکن است بستگی به اندازه ساخته شده آن داشته باشد. در اندازیه جاری 5 سانتی متر مدل ها شامل خیلی از اجزائی است که به یکدیگر متصل شده اند. چنانچه قیمت هر مدل به 1 دلار آمریکا کاهش یابد یک سیستم کامل ممکن است نیاز به میلیونها مدل داشته باشد.
تا کنون قیمت یک میلیون برای هر وسیله تعیین شده است بویژه اگر یک مدل آن بتواند وظایف متفاوت و مختلفی را اجرا کند.
روبوتهای ترکیبی بایستی بیشترین اثر را روی میزان تحرک داشته باشند. تحقیقات نقشه های اخیر این ثابت کرده است. نیاز به تعمیر خودکار بایستی دقیقا با وضعیتهای غیر مترقبه مطابق باشد و این وضعیت ممکن است کمی دشوار به نظر برسد، اگر چه غیر ممکن نیست. قیمت حمل و نقل روبوت نیز بالاست. تحقیقات شهری و احتمال خطرات ساختمانی مانند زمین لرزه یا بمب نیز به نوبه ها خود قابل توجه است.
تشریح روبوتهای مرکب:
روبوتهای مرکب یعنی آنهایی که از نوع زیراکس parc توسعه یافته اند روبوت زنجیره ای با شکلهای جدید هستند. در حقیقت آنها به یکی سه شاخه روبوتهای اشکال جدید تعلق دارند. این روبوتها که از هزار مدل ساخته شده اند دارای چندین عملکرد از جمله تغییر شکل، تغییر حرکت وتغییر جهت هستند. انواع مختلف آنها به علت تغییر در قدرت رایانه ای قدرت باتریها و توانایی الکتریکی آنها است.
دو تا از رایجترین نوع آنها شامل G2 و G1V4 می باشد. موتور نوع اول از دو نوع مدل تشکیل یافته است که دارای شکل اتصال بشقابی است (شکل صفحه 3) اکثر این عملکردها بستگی به قطعه آویزانی دارد. در نظریه این گره ها و قطعه ها مکانهایی اصلی روبوت هستند. از لحاظ ساختاری هر قطعه دارای شکل مکعب بوده که هر ضلع آن 5 سانتیمتر است دو اتصال بشقابی در هر ضلع به موتور وصل است و بطور الکتریکی و فیزیکی از آن تغذیه می شود.
در هر بخش اتصالی 4 کانکتور الکتریکی وصل است. ؟ اتصالی از پروتکلی CAN استفاده می کند.
از لحاظ تجزیه ساختاری هر اتصال مانند یک خانه است. در وسط آن سیم حافظه قرا دارد و بین دو شکل جانبی آن دو نوع دمای متفاوت وجود دارد. در این مورد دریچه باز شده و مدل جزئی درون آن خارج می شود.
اجزای درونی هر روبوت ترکیبی شامل پروسوسور 555 و 32 بیتی است که در قسمت RAM بیرونی قرار دارد. این نوع میکروپروسور تاکنون جمع بندی و سرهم نشده است. لیکن هدف تحقیق رسیدن به اهداف چندی است که استفاده کامل این نوع پروسور را توجیه می کند.
G2 شامل دو نوع سنسور وضعیتی برای مشخص کردن دو نوع اتصال بشقابی است. اولین ان سنسور موثر hall است که ولتاژ کاهش یافته توسط مغناطیس جهت اندازه زوایه های موتور در چرخش 0.45 درجه را اندازه می گیرد. این ها همچنین برای ارتباط درون قطعات 30-w موتور Dc نیز کاربرد دارند که می تواند طوق چنبره ای موتور 4.5 را به حرکت درآورد. سنسورهای جانبی بر روی اتصال بشقابی تاثیری مستقیم دارد. آنها اساسا جهت کمک به دو نوع مدل قبلی ساخته شده اند لیکن می توانند جهت کمک به روبوت در فضای بسته نیز به کار روند. در شکل بعدی روبوتهای ترکیبی g3 قطعات و گره های با سنسورهای حلقوی و محسوس مجهز شده اند که در چرخش پائین دوربین Cmos قابل رویت هستند. این سنسورها و دوربین ها به روبوت جهت اهداف چند گانه کمک کرده و با محیط آنها ارتباط تنگاتنگ دارند.
یک روبوت ترکیبی G1V4 جهت نمونه های پیشرفته تر و متغیر مورد استفاده قرار می گیرد.
این نوع روبوت فقط از یک نوع مدل تشکیل یافته است. بخاطر اینکه آنها نمی توانند بطور اتومات متوفق شوند بایستی با یکدیگر و توسط دست متوقف شوند.
آنها توسط یک ردیف باتری شارژ شده و دارای 8 بیت میکروکنترل هستند.
روبوتهای ترکیبی به هیچ وسیله روبوت اشکال جدید محسوب نمی شوند. در سیستم کنرو که از مرکز تحقیقات علمی در دانشگاه کالیفرنیا تغذیه می شود، هر مدل شبیه دیگری بوده که موتورهای جزئی که دارای زائده راست آویزان هستند توسط میکروکنترل 8 بیتی کنترل می شوند. این مدلها با مدلهای کناری از طریق برخوردهای الکتریکی ارتباط برقرار می کنند. علاوه بر اتصالهای بشقابی، مدلهای کونور دارای سه اتصال نرینگی در پایان گره و یک اتصال هادینگی در طرف دیگر گره می باشند. سیستمی مانند این مدل را به آسانی می توان شبیه درخت تصور نمود. همانند چرخش ساده ساختاری بوده لیکن بیش از یک چرخش نخواهد داشت.
برنامه ریزی روبوتهای ترکیبی
برنامه ریزی سیستم های حرکتی n بسیار مشکل است همانطور که تعداد مدلهای افزایش می یابد پیچیدگی خیلی از وظایف کامپیوتری نمایان می گردد. در این زمان بعلت اینکه هر مدل دارای کامپیوتر مخصوص خود است منابع را یانه ای افزایش می یابد ولی فقط در طول خط. پیچیدگی بیشتر در تعداد هر نوع مدل باعث تجزیه منبع نیرو به آنها خواهد شد. حلقه های درون طرقه حرکت عقبی روبوت را محدود می کنند. جهت جلوگیری از آشفتگی در کار سه تکنیک کنترلی مورد آزمایش قرار گرفته اند:
1- میزکنترلی گیت 2- روش پیام رسانی غیر معمول 3- ساختار سلسله مراتبی
میز کنترلی گیت حرکت اولیه رایانه را برای برگشت به حالت قبل کنترل می کند.
ساختار کنترلی طوقه باز با مکانیسم شکل suffic برای خیلی از امکانات طراحی شده است که شامل حلقوی مارپیچ و عنکبوتی است. غالبا یکی از مدلها شامل مجموعه از از کنترلهای گیت است که برای دانلود نیاز به بقیه مدلها دارند.
تا کنون علاوه بر نقاط ریز هیچ میز کنترلی نتوانسته تمام امکانات گیت و اشکال مختلف آنرا کنترل نماید. یک روبوت ترکیبی شامل 10 جز و دو گره شامل صدها فاصله شکل دار است در حالیکه نوع 100جزئی همراه با 10 گره می تواند دارای بیش ازمیلیون شکل باشد. بسته به نوع کاربرد یک روبوت شامل یک بخش ثابت وتعدادی بخش متحرک خواهد بود. توالی حرکتها در روبوت باعث تغییر شکل آن شده و سپس در بخش میز کنترلی گیت کنترل می گردد. هر دو نوع تعمیر خودکار و تبطبیق وظیفه توسط دست انجام می شود. بنابر این روبوت به خودی خود دارای شکل دلخواه خواهد بود این چیزی است که در تحقیقات Parc روی آن کار بسیار شده است.
در اشکال جدید برنامه ریزی چیزی که باید در اولویت قرار گیرد این است که چگونه مدلها نیاز با اتصال دارند و سپس نیز به نقشه حرکت برای رفتن به آن مکان دارند.
حداکثر کاری که انسان می تواند انجام دهد کشیدن شکل ثابت آن است که اتصال آن در روی نقشه امکانپذیر است. برای خطوط با زنجیره اجزا و جائیکه گره ها باید باشند نیاز به طراحی جدید است. تئوری گراف ابزارهای لازم برای این کار راتهیه می کند.
دو نوع اولیه مدلهای روبوت ترکیبی که در شکل نیز نشان داده شده بودند برای این سیستم ها مناسب هستند. اشکال جدید روبوتهای ترکیبی و دیگر انواع روبوتها در حال ساخت و صدور به بازار هستند. مثلا نسل بعدی روبوتهای ترکیبی G3 است که توسط اصطکاک در بخش خودکار حرکت می کند و دارای100 مدل است.
انواع جدیدتر از نوع G3 برای حرکت اتوماتیکی و تغییر درجه حرکت در طول مسیر ساخته شده اند و در طول مسیر شکل آنها تغییر می کند، همانطور که عملکرد نشان نیز تغییر می یابد.
چشم انداز صدور این نوع جدید روبوت و روبوتهای پیچیده تر در بخش طراحی مهندسی PARC امیدوار کننده است و دارای سه مزیت خودکار، کنترل پیچیده و با صرفه بودن هستند. در آیند امیدوار به تطبیق راه حلهای مشابه در روبوتهای مدل دار خواهیم بود.