تحقیق درباره روبوتها

هنگاميكه وظايف تغيير مي كند روبوتهاي طراحي جديد را مي توانند تغيير شكل يابند اما وضايف جديد را انجام دهند.

از روباتهاي زيبائي كه از جديدترين توليدات كارخانجات هستند. بيشتر بدانيم. چون آنها توسط برنامه ريزي هندسي بوجود آمده اند، جهان آنها شبيه خط توليد است. ليكن براي راه اندازي روباتهاي بيروني، جداي از نوع شهرها آن هر دو نوع حضوري و طراحي آن غير قابل پيش بني است در ايجا روباتهاي با قابليت تغيير بسيار با ارزش هستند زيرا آنها مي توانند وظايف متغير محيطهاي متفاوت را با خود وفق دهند. اين نوع روباتها از واحدهاي ساده دو تايي و چند تايي و داراي سيستم محيطي شكل گرفته اند و مي توانند تغيير شكل ايجاد نمايند.

تصور كنيد روباتي از زنجيره متصل به هم ساخته شده باشد اين نوع روبات مي تواند ماريپيچي حركت كند و توسط چرخش مانند تانك سيار حركت نمايد و سپس مجددا مدل خود را به نوع morph همانند عنكبوت برگرداند.

اين نوع روبات توسط زير و پالوآلتو در مركز تحقيقات كاليفرنيا ساخته و آزمايش گرديده است. در حقيقت مانند گذشته در 1994 وضعيت توانايي دانشگاه استراتفورد در كاليفرنيا ثابت گرديد. سيستمهاي اين نوع ممكن است براي روبات ها راه اندازي خودكار و بويژه درمحيطهاي الكترونيكي بسيار مفيد باشد. محققين نه تنها در مجموعه parc بلكه در دانشگاه جونيز هاپكينز و نيز در موسسه علوم صنعتي پيشرفته در تسكوباي ژاپن ونيز در برخي محيطهاي معتبر علمي اين خط توليد را امتحان كرده اند. سيستم  هائي كه آنها ساخته اند بطور اتوماتيك قابل تغيير بوده و هيچ كمكي از خارج دريافت نمي كنند.    

سه مزيت

روبوتهاي قياسي از دهها صد و شايد ميليون مدل ريز ساخته شوند. اينها مانند سلولها در بدن انسان در تعداد زياد و در نوع كم هستند. اين روبوتهارا سيستم  هاي n تايي مي نامند.

سيستم  هاي n تايي سه مزيت دارند: آزادي در حركت ، استحكام و ارزاني.

اين نوع روبوتها به راحتي در خيلي جهات گردش دارند و مي توانند همانند كودك انسان جابجا شوند. براي انواع نمونه اي با صدها مدل معمولا ميليونها شكل ممكن وجود دارد كه مي تواند براي وظايف مختلف بكار رود.

ظاهرا چرخش  و تغيير مدلهاي قبلي به نوع متحرك مانند پاي بچه ها نيست. براي داشتن سيستم  مفيد راه حلي را جهت پيچيدگي برنامه ريزي براي خيلي از انواع بايد طرح نمود. ليكن خيلي از برنامه هاي داده شده به سختي قابل اجرا است و اين شامل مدلهاي كنترلي ومشاركتي جهت كار موثرتر با يكديگر نيز مي شود.

استحكام آن بعلت تعداد كوچك نمونه هاي مدلي ديگر است. تشخيص واحدهاي آن و  جانشني آنها به جاي يكديگر فاكتور مهمي محسوب مي شود. اكثر آنها در خيلي جهات شبيه يكديگر هستند. مزيت اصلي كوچك بودن اين است كه هنگاميكه يكي يا بيشتر از يكي از مدلها دچار نقص شود انواع ديگر به تدريج كار آن را انجام خواهند داد.

در نتيجه چنين روبوتهائي استراتژي كنترلي خود را براي بخش آسيب ديده متمركز مي كنند. مزيت قيمت پائين آن ممكن است در وهله اول چندان به چشم نيايد. اين بخث قيمت ممكن است بستگي به اندازه ساخته شده آن داشته باشد. در اندازيه جاري 5 سانتي متر مدل ها شامل خيلي از اجزائي است كه به يكديگر متصل شده اند. چنانچه قيمت هر مدل به 1 دلار آمريكا كاهش يابد يك سيستم  كامل ممكن است نياز به ميليونها مدل داشته باشد.

تا كنون قيمت يك ميليون براي هر وسيله تعيين شده است بويژه اگر يك مدل آن بتواند وظايف متفاوت و مختلفي را اجرا كند.

روبوتهاي تركيبي بايستي بيشترين اثر را روي ميزان تحرك داشته باشند. تحقيقات نقشه هاي اخير اين ثابت كرده است. نياز به تعمير خودكار بايستي دقيقا با وضعيتهاي غير مترقبه مطابق باشد و اين وضعيت ممكن است كمي دشوار به نظر برسد، اگر چه غير ممكن نيست. قيمت حمل و نقل روبوت نيز بالاست. تحقيقات شهري و احتمال خطرات ساختماني مانند زمين لرزه يا بمب نيز به نوبه ها خود قابل توجه است.

تشريح روبوتهاي مركب:

روبوتهاي مركب يعني آنهايي كه از نوع زيراكس parc توسعه يافته اند روبوت زنجيره اي با شكلهاي جديد هستند. در حقيقت آنها به يكي سه شاخه روبوتهاي اشكال جديد تعلق دارند. اين روبوتها كه از هزار مدل ساخته شده اند داراي چندين عملكرد از جمله تغيير شكل، تغيير حركت وتغيير جهت هستند. انواع مختلف آنها به علت تغيير در قدرت رايانه اي قدرت باتريها و توانايي الكتريكي آنها است.

دو تا از رايجترين نوع آنها شامل G2 و G1V4 مي باشد. موتور نوع اول از دو نوع مدل تشكيل يافته است كه داراي شكل اتصال بشقابي است (شكل صفحه 3) اكثر اين عملكردها بستگي به قطعه آويزاني دارد. در نظريه اين گره ها و قطعه ها مكانهايي اصلي روبوت هستند. از لحاظ ساختاري هر قطعه داراي شكل مكعب بوده كه هر ضلع آن 5 سانتيمتر است دو اتصال بشقابي در هر ضلع به موتور وصل است و بطور الكتريكي و فيزيكي از آن تغذيه مي شود.

در هر بخش اتصالي 4 كانكتور الكتريكي وصل است. ؟ اتصالي از پروتكلي CAN استفاده مي كند.

از لحاظ تجزيه ساختاري هر اتصال مانند يك خانه است. در وسط آن سيم حافظه قرا دارد و بين دو شكل جانبي آن دو نوع دماي متفاوت وجود دارد. در اين مورد دريچه باز شده و مدل جزئي درون آن خارج مي شود.

اجزاي دروني هر روبوت تركيبي شامل پروسوسور 555 و 32 بيتي است كه در قسمت RAM بيروني قرار دارد. اين نوع ميكروپروسور تاكنون جمع بندي و سرهم نشده است. ليكن هدف تحقيق رسيدن به اهداف چندي است كه استفاده كامل اين نوع پروسور را توجيه مي كند.

G2 شامل دو  نوع سنسور وضعيتي براي مشخص كردن دو نوع اتصال بشقابي است. اولين ان سنسور موثر hall است كه ولتاژ كاهش يافته توسط مغناطيس جهت اندازه زوايه هاي موتور در چرخش 0.45 درجه را اندازه مي گيرد. اين ها همچنين براي ارتباط درون قطعات 30-w موتور Dc نيز كاربرد دارند كه مي تواند طوق چنبره اي موتور 4.5 را به حركت درآورد. سنسورهاي جانبي بر روي اتصال بشقابي تاثيري مستقيم دارد. آنها اساسا جهت كمك به دو نوع مدل قبلي ساخته شده اند ليكن مي توانند جهت كمك به روبوت در فضاي بسته نيز به كار روند. در شكل بعدي روبوتهاي تركيبي g3 قطعات و گره هاي با سنسورهاي حلقوي و محسوس مجهز شده اند كه در چرخش پائين دوربين Cmos قابل رویت هستند. اين سنسورها و دوربين ها به روبوت جهت اهداف چند گانه كمك كرده و با محيط آنها ارتباط تنگاتنگ دارند.

يك روبوت تركيبي G1V4 جهت نمونه هاي پيشرفته تر و متغير مورد استفاده قرار مي گيرد.

اين نوع روبوت فقط از يك نوع مدل تشكيل يافته است. بخاطر اينكه آنها نمي توانند بطور اتومات متوفق شوند بايستي با يكديگر و توسط دست متوقف شوند.

آنها توسط يك رديف باتري شارژ شده و داراي 8 بيت ميكروكنترل هستند.

روبوتهاي تركيبي به هيچ وسيله روبوت اشكال جديد محسوب نمي شوند. در سيستم  كنرو كه از مركز تحقيقات علمي در دانشگاه كاليفرنيا تغذيه مي شود، هر مدل شبيه ديگري بوده كه موتورهاي جزئي كه داراي زائده راست آويزان هستند توسط ميكروكنترل 8 بيتي كنترل مي شوند. اين مدلها با مدلهاي كناري از طريق برخوردهاي الكتريكي ارتباط برقرار مي كنند. علاوه بر اتصالهاي بشقابي، مدلهاي كونور داراي سه اتصال نرينگي در پايان گره و يك اتصال هادينگي در طرف ديگر گره مي باشند. سيستمي مانند اين مدل را به آساني مي توان شبيه درخت تصور نمود. همانند چرخش ساده ساختاري بوده ليكن بيش از يك چرخش نخواهد داشت.

برنامه ريزي روبوتهاي تركيبي

برنامه ريزي سيستم  هاي حركتي n بسيار مشكل است همانطور كه تعداد مدلهاي افزايش مي يابد پيچيدگي خيلي از وظايف كامپيوتري نمايان مي گردد. در اين زمان بعلت اينكه هر مدل داراي كامپيوتر مخصوص خود است منابع را يانه اي افزايش مي يابد ولي فقط در طول خط. پيچيدگي بيشتر در تعداد هر نوع مدل باعث تجزيه منبع نيرو به آنها خواهد شد. حلقه هاي درون طرقه حركت عقبي روبوت را محدود مي كنند. جهت جلوگيري از آشفتگي در كار سه تكنيك كنترلي مورد آزمايش قرار گرفته اند:

1- ميزكنترلي گيت 2- روش پيام رساني غير معمول 3- ساختار سلسله مراتبي

ميز كنترلي گيت حركت اوليه رايانه را براي برگشت به حالت قبل كنترل مي كند.

ساختار كنترلي طوقه باز با مكانيسم شكل suffic براي خيلي از امكانات طراحي شده است كه شامل حلقوي مارپيچ و عنكبوتي است. غالبا يكي از مدلها شامل مجموعه از از كنترلهاي گيت است كه براي دانلود نياز به بقيه مدلها دارند.

تا كنون علاوه بر نقاط ريز هيچ ميز كنترلي نتوانسته تمام امكانات گيت و اشكال مختلف آنرا كنترل نمايد. يك روبوت تركيبي شامل 10 جز و دو گره شامل صدها فاصله شكل دار است در حاليكه نوع 100جزئي همراه با 10 گره مي تواند داراي بيش ازميليون شكل باشد. بسته به نوع كاربرد يك روبوت شامل يك بخش ثابت وتعدادي بخش متحرك خواهد بود. توالي حركتها در روبوت باعث تغيير شكل آن شده و سپس در بخش ميز كنترلي گيت كنترل مي گردد. هر دو نوع تعمير خودكار و تبطبيق وظيفه توسط دست انجام مي شود. بنابر اين روبوت به خودي خود داراي شكل دلخواه خواهد بود اين چيزي است كه در تحقيقات Parc روي آن كار بسيار شده است.

در اشكال جديد برنامه ريزي چيزي كه بايد در اولويت قرار گيرد اين است كه چگونه مدلها نياز با اتصال دارند و سپس نيز به نقشه حركت براي رفتن به آن مكان دارند.

حداكثر كاري كه انسان مي تواند انجام دهد كشيدن شكل ثابت آن است كه اتصال آن در روي نقشه امكانپذير است. براي خطوط با زنجيره اجزا و جائيكه گره ها بايد باشند نياز به طراحي جديد است. تئوري گراف ابزارهاي لازم براي اين كار راتهيه مي كند.

دو نوع اوليه مدلهاي روبوت تركيبي كه در شكل نيز نشان داده شده بودند براي اين سيستم  ها مناسب هستند. اشكال جديد روبوتهاي تركيبي و ديگر انواع روبوتها در حال ساخت و صدور به بازار هستند. مثلا نسل بعدي روبوتهاي تركيبي G3 است كه توسط اصطكاك در بخش خودكار حركت مي كند و داراي100 مدل است.

انواع جديدتر از نوع G3 براي حركت اتوماتيكي و تغيير درجه حركت در طول مسير ساخته شده اند و در طول مسير شكل آنها تغيير مي كند، همانطور كه عملكرد نشان نيز تغيير مي يابد.

چشم انداز صدور اين نوع جديد روبوت و روبوتهاي پيچيده تر در بخش طراحي مهندسي PARC اميدوار كننده است و داراي سه مزيت خودكار، كنترل پيچيده و با صرفه بودن هستند. در آيند اميدوار به تطبيق راه حلهاي مشابه در روبوتهاي مدل دار خواهيم بود.