™چکیده

یکی از مسائل مهم در روباتهای متحرک طرح ریزی حرکت است. طرح ریزی حرکت یعنی محاسبه و کنترل حرکت روبات بگونهای که در یک مسیر مطلوب میان مبدا و مقصد بصورت آگاهانه حرکت کند. در برخی از موارد روبات باید بهترین مسیر را بدون برخورد با موانع طی نماید. در سالهای اخیر الگوریتمهای فراوانی برای مسیریابی ارائه شده است. روبات ماز گزینه مناسبی برای پیادهسازی و آزمایش الگوریتمهای مسیریابی است.

طراحی و ساخت روبات حل ماز (MICROMOUSE)

طراحی و ساخت روبات حل ماز (MICROMOUSE)

فهرست مطالب

فصل اول مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 1 

1- 1) تاریخچه روبات…………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

1- 2) تعریف روبات…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3

1- 3) هوش مصنوعی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

1- 4) روباتیک……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 7

1- 5) معماری هدایت روبات ……………………………………………………………………………………………………………………… 9

1- 6) قوانین روباتیک…………………………………………………………………………………………………………………………………. 9

1- 7) روباتهای متحرک ………………………………………………………………………………………………………………………… 10

                 1- 7- 1)  زیر ساختهای مکانیکی …………………………………………………………………………………………………….. 12

1- 7- 2) زیر ساختهای الکتریکی و الکترونیکی ……………………………………………………………………………… 12

1- 7- 3) منابع تغذیه …………………………………………………………………………………………………………………………. 13

1- 7- 4) واحد ارتباطات …………………………………………………………………………………………………………………….. 13

1- 7- 5) حسگرها ………………………………………………………………………………………………………………………………. 14

1- 7- 6) هدایت کننده روبات متحرک ……………………………………………………………………………………………… 14

1- 8) اصول طراحی روباتهای متحرک …………………………………………………………………………………………………. 16

1-                9) خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18

فصل دوم تبدیل انرژی الکترومکانیکی …………………………………………………………………………….. 19 

2- 1) موتورهای الکتریکی ………………………………………………………………………………………………………………………. 19

2-                2) چه چیزی موجب حرکت یک موتور الکتریکی میشود؟ ……………………………………………………………… 20

2- 3) موتورهای DC ……………………………………………………………………………………………………………………………… 21

2- 3- 1) کنترل الکترونیکی موتورDC …………………………………………………………………………………………….. 23

2- 3- 2) کنترل سرعت موتورهای DC ……………………………………………………………………………………………. 29

2- 4) موتورها ی پلهای …………………………………………………………………………………………………………………………… 32

2- 4- 1) انواع موتور پلهای ………………………………………………………………………………………………………………… 34

2- 4- 2) راهاندازی موتور پلهای …………………………………………………………………………………………………………. 35

2- 4- 3) حالتهای کاری موتور پلهای ………………………………. . ……………………………………………………………. 38

2-                5) خلاصه فصل  …………………………………………………………………………………………………………………………………. 40

فصل سوم حسگرها ……………………………………………………………………………………………………………………. 41 

3- 1) انواع حسگرها (سنسورها) ……………………………………………………………………………………………………………… 41 

3-                2) مزایای استفاده از سنسورها …………………………………………………………………………………………………………. 43

3- 3) سنسورها در روبات (1) …………………………………………………………………………………………………………………. 43

3- 3- 1) ساختمان یک QCM (کریستال بر روی فنر) ………………………………………………………………….. 49

3- 4) سنسورها در روبات (2) …………………………………………………………………………………………………………………. 50

3- 5) سنسور نوری (گیرنده/فرستنده) …………………………………………………………………………………………………… 51

3- 5- 1) بستههایمتفاوتسنسور نوری …………………………………………………………………………………………. 52

3- 5- 2) انواع سنسورهای نوری ………………………………………………………………………………………………………… 53

3- 5- 3) کاربرد سنسورهای نوری …………………………………………………………………………………………………….. 59

3- 5- 4) مدارات مرتبط با سنسورهای نوری …………………………………………………………………………………….. 60

امواج (6 -3………………………………………………………………………………………………………………………. Ultrasonic

3- 6-1) کاربرد سنسورهای Ultrasonic در روباتیک …………………………………………………………………… 62

3- 6-2) نمونهای از کاربرد سنسورهای Ultrasonic در روباتیک (روبات دوچرخهسوار) ……………………………. 64

3- 7) سنسور سونار …………………………………………………………………………………………………………………………………. 65

3- 7- 1) عملکرد سنسور سونار …………………………………………………………………………………………………………. 67

3- 8) سنسور رنگ …………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

3- 8- 1) ساختار فیزیکی …………………………………………………………………………………………………………………… 70

3-      9) خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 71

فصل چهارم آشنایی با میکروکنترلرها ……………………………………………………………………………… 72 

4-      1) میکروکنترلر چیست؟ ……………………………………………………………………………………………………………………. 72

4- 1- 1) واحد پردازشگر مرکزی (CPU) ………………………………………….ا…………………………………………. 73

4- 1- 2) حافظه ……………………………………………………………………………………………………………………………… 74

4- 1- 3) واحد ورودی/خروجی ………………………………………………………………………………………………………. 75

4- 1- 5) اسیلاتور ……………………………………………………………………………………………………………………………. 75

4- 1- 6) تایمر یا شمارنده ………………………………………………………………………………………………………………. 76

4- 2) میکروکنترلرهای ATMEGA ……………………………………………ا……………………………………………………… 76

4- 3) محیط برنامهنویسی Codevision AVR ……………………………ا…………………………………………………… 79

4- 3- 1) ایجاد یک پروژه جدید و پیکربندی آن ………………………………………………………………………………. 81

4- 3- 2) کامپایل برنامه و ایجاد فایل HEX …………………………………………………….ا…………………………….. 82

4- 3- 3) بارگذاری برنامه در میکروکنترلر ………………………………………………………………………………………… 83

4-                4)       خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 84

فصل پنجم روبات ماز و پیادهسازی آن ……………………………………………………………………………… 85 

5-                1) ماز چیست؟ …………………………………………………………………………………………………………………………………… 86

5- 2) طبقه بندی ماز ……………………………………………………………………………………………………………………………… 86

5- 3) الگوریتمهای حل ماز …………………………………………………………………………………………………………………….. 88

5- 4) پیاده سازی …………………………………………………………………………………………………………………………………… 89

5- 4- 1) راه اندازی موتورهای پلهای ………………………………………………………………………………………………… 90

5- 4- 2) مدار میکروکنترلر و راه انداز موتورها …………………………………………………………………………………. 93

5- 4- 3) مدار فرستنده/گیرنده IR ………………………………………………………………ا…………………………………… 94

5- 4- 4) چیدمان حسگرها ………………………………………………………………………………………………………………… 95

5- 4- 5) تصاویری از مراحل ساخت روبات ……………………………………………………………………………………….. 97

5- 4- 6) برنامه روبات ………………………………………………………………………………………………………………………… 99

5- 5) خلاصه فصل ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 107

فصل ششم – نتیجه گیری و محورهای مطالعه بیشتر ………………………………………………….. 108 

منابع و مراجع ………………………………………………………………………………………………………………………………… 110 

پیوستها ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 112 

واژگان فارسی ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 112

واژگان لاتین …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 114

برگههای اطلاعاتی ………………………………………………………………………………………………………………………………… 116

آیسی L297 ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 116

  126 ………………………………………………………………………………………………………………………………………. L2

98آیسی

  138 …………………………………………………………………………………………………….. CNZ2179 (ON2179)حسگر

فهرست شکلها و جدولها

شکل 1-1: نمای جعبهای یک روبات هوشمند. ………………………………………………………………………………………… 5

شکل1- 2: نمودار جعبه ای یک روبات متحرک. …………………………………………………………………………………….. 15

شکل 1-3: نمودار جعبهای فرآیند آفرینش نوین. ………………………………………………………………………………….. 16

شکل 2-1: ساختار کلی یک موتور DC ساده. ……………………………………………………………………………………… 21

شکل 2-2: کموتاتور با تغییر جهت جریان باعث تداوم حرکت موتور میشود. …………………………………….. 22

شکل 2-3: حرکت یکنواخت و روان موتور. ……………………………………………………………………………………………. 23

شکل 2-4: جایگزین کردن کلید با یک تراتزیستور. ………………………………………………………………………………. 24

شکل 2-5 : مدار پل H. …………………………………………………………………………………………………………………………. 25

شکل 2-6: راه اندازی یک موتور DC توسط پل H. ………………………………ا…………………………………………….. 26

شکل 2-7: پیاده سازی یک ترمز الکتریکی توسط پل H. …………………………..ا………………………………………… 27

شکل 2-8: دامنه ولتاژ بازگشتی میتواند به صدها ولت برسد. ……………………………………………………………… 28

شکل2- 9: ولتاژ بازگشتی را میتوان توسط دیود مهار کرد. ………………………………………………………………….. 29

شکل 2-10: یک سیگنال PWM با چرخه کاری 50%. ………………………………………………………………………. 30

شکل211: چند سیگنال PWM و ولتاژ معادل با آنها. …………………………………………………………………….. 31

شکل2- 12: موتور پلهای. ………………………………………………………………………………………………………………………… 32

شکل 2-13: گامهای دوران موتور پلهای. ………………………………………………………………………………………………. 33

شکل 2- 14: ساختار درونی یک موتور پلهای. ………………………………………………………………………………………. 33

شکل 2- 15: ساختار موتور پلهای دوفاز و تکفاز. ………………………………………………………………………………….. 34

شکل 2- 16: زاویه پله و چگونگی دستیابی به آن. ……………………………………………………………………………….. 35

شکل 2-17: افزایش دقت موتور پلهای. …………………………………………………………………………………………………. 36

شکل2- 18: ساختار درونی یک موتور پلهای واقعی. ………………………………………………………………………………. 37

شکل2- 19: حالت تمام پله. ……………………………………………………………………………………………………………………. 38

شکل2- 20 : حالت نیم پله. …………………………………………………………………………………………………………………….. 39

شکل3- 1: حسگر رطوبت – حسگر حرکت ……………………………………………………………………………………………. 42

شکل3- 2: عکسالعمل 20 سنسور متفاوت نسبت به گاز آمونیاک. ………………………………………………………. 47

شکل3- 3 : عکسالعمل همان 20 سنسور، نسبت به استیک اسید (جوهر سرکه). ………………………………. 47

شکل3- 4: یک سنسور بویایی. ………………………………………………………………………………………………………………… 48

شکل35: ساختمان سنسور بویایی. ………………………………………………………………………………………………………. 48

شکل 3-6: کریستال بر روی فنر. ……………………………………………………………………………………………………………. 49

شکل3- 7: سنسور نوری (گیرنده/ فرستنده). …………………………………………………………………………………………. 51

شکل3- 8: مدار راهانداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده. …………………………………………………………………… 52

شکل3- 9: یکبستهیگیرندهوفرستنده IR. …………………………..ا…………………………………………………………. 53

شکل3- 10: سنسور GP2S04-6 ……………………………………………………………..ا………………………………………….. 53

  54 ……………………………………………………………….ا………………………………………… GP2S04-6

شکل3- 11: سنسور

شکل3- 12: چندنوع photoresistor درابعادمختلف. ……………………………………………………………………… 55

شکل3- 13: مدار مربوط به مقاومت نوری. …………………………………………………………………………………………….. 55

شکل3- 14: سنسورCNZ2179. …………………………………………………………ل……………………………………………….. 57

شکل3- 15: فتوسل ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 57

شکل3- 16: فتوسل بزرگ ……………………………………………………………………………………………………………………….. 58

شکل3- 17:  یک جفت دیود فرستنده و گیرنده مادونقرمز. ………………………………………………………………… 58

شکل3- 18: اپتوکانتر موازی مادونقرمز. ………………………………………………………………………………………………… 59

شکل319: اپتوکانتر موازی مادونقرمز تایوانی. ……………………………………………………………………………………. 59

شکل3- 20: مدار مربوط به سنسور  GP2S04-6 ……………………………………………..ا………………………………… 60

شکل3- 21: مکانیزم سنسورهای مافوق صوت. ………………………………………………………………………………………. 63

شکل3- 22: الگوی بیم. …………………………………………………………………………………………………………………………… 64

شکل3- 23: روبات دوچرخهسوار. …………………………………………………………………………………………………………… 65

شکل3- 24: PING  و انعکاس سونار. …………………………………………………………………………………………………… 66

شکل3- 25: سیگنال SRF04. ……………………………………………………ا…………………………………………………………. 68

شکل 4-1: ساختار درونی یک میکروکنترلر. …………………………………………………………………………………………. 73

جدول 4-1: مقایسه میکروکنترلرها. ………………………………………………………………………………………………………. 77

شکل 4-2: شماتیک پایههای ATMEGA16. …………………….ا……………………………………………………………. 79

شکل 4-3: صفحه اصلی نرمافزار. ……………………………………………………………………………………………………………. 81

شکل 4-5: پنجره پیکربندی پروژه. ………………………………………………………………………………………………………… 83

شکل 4-6: پنجره Chip Programmer. …………………………………………ا………………………………………………… 84

شکل 5-1: یک نمونه ماز راست گوشه نیمه متقاطع. ……………………………………………………………………………. 87

شکل 5-2: تراشه L298. …………………………………………………………………ا……………………………………………………. 91

شکل 5-3: تراشه L297. ……………………………………………………………….ا……………………………………………………… 92

شکل 5-4: مدار راه انداز موتور پله ای دوفاز به کمک زوج آی سی L297 و L298. …………..ا…………… 93

شکل 5-5: مدار میکروکنترلر. ………………………………………………………………………………………………………………… 94

شکل 5-6: شماتیک مدار فرستنده/گیرنده IR. ………………………………………..ا…………………………………………… 95

شکل 5-7: نمونه ای از چیدمان حسگرها در یک روبات مسیریاب. ………………………………………………………. 96

شکل 5-8: نمونهای از نحوه چیدمان روبات ماز. ……………………………………………………………………………………. 96

شکل 5-9: ساخت بدنه روبات و قرار دادن موتورها و چرخها روی آن. ………………………………………………… 97

شکل 5-10: قرار دادن برد مربوط به مدار حسگرها روی بدنه (طبقه اول). …………………………………………. 97

شکل 5-11: قرار دادن برد مربوط به مدار کنترلر و راهانداز موتورها روی بدنه (طبقه دوم). ……………….. 98

شکل 5-12: روبات ساخته شده در پایان کار. ……………………………………………………………………………………….. 99

فصل اول

مقدمه

امروزه کمتر کسی است که واژه روبات را نشنیده باشد و از کاربرد روباتها از صنعت گرفته تا پزشکی و فضانوردی بیاطلاع باشد. روباتهای هوشمند امروزی بسیار تواناتر از ماشینهای خودکاری هستند که قابلیت انجام کارهای تکراری برنامهریزی شده، مانند گذاشتن و برداشتن را برعهده دارند. اینگونه روباتها در سایه پیشرفت فناوری و پیدایش مفاهیم جدید هوش مصنوعی، دانش روباتیک را وارد مرحله جدیدی از حیات خویش کردهاند، بگونهای که امروزه امیدواری بشر برای تحقق آرزوی دیرینه ساخت انسان مصنوعی در هزاره جدید افزایش یافته است.

در این فصل پس از بررسی تاریخچه روبات به شناخت روبات و مفاهیم مرتبط با آن مانند هوش مصنوعی، روباتیک و قوانین حاکم بر روباتها میپردازیم. پس از آن نیز به معرفی روباتهای متحرک، مخصوصاً روبات ماز و قسمتهای مختلف تشکیل دهنده آن و مفاهیم مطرح در این روباتها میپردازیم. در انتها اصول کلی طراحی اینگونه از روباتها را بیان میکنیم.

1- 1) تاریخچه روبات

واژه روبات در فرهنگ لغت به معانی آدم واره، آدم ماشینی و آدمآهنی آمده است. این واژه از کلمه روباتها در زبان چک مشتق شده است که به معنای کار اجباری است. اگرچه واژه روبات تا پایان قرن بیستم مطرح نشده بود اما ایده ساخت موجودات مکانیکی خودکار سالها قبل از آنکه روبات نام بگیرند در گوشه و کنار جهان وجود داشت. در واقع ساخت چنین موجوداتی از ایده نیز فراتر رفته است و بعضی از مخترعان عصر باستان ساعتها وقت خویش را صرف آن میکردند که به تقلید از حیات نوع انسان و حیوان وسایل خودکاری خلق کنند. بطور مثال در قرن 15 میلادی روباتهای مکانیکی انسان نمایی به نام اتوماتا[1] ساخته شد. این روباتها اجسام متحرکی بودند که برای انجام کارهای مفید، نظیر به صدا درآوردن زنگ در ساعتی معین، بکار گرفته میشدند. در قرن 17 میلادی مخترعان ماهر، توانایی بیشتری به این وسایل افزودند بطور مثال ماشینی به نام کاتب در موزه نوشاتال سوییس وجود دارد که قادر به نوشتن 40 نامه از پیش تعیین شده بود و نکته جالب در این ماشین برنامهپذیری آن میباشد.

واژه روبات نخستین بار در دو نمایشنامه نوشته نمایشنامهنویس معروف چک، کارل کپک، مورد استفاده قرار گرفت. این نمایشنامه مفهوم موجودات انسان نمایی را مطرح میکرد دستورهای صاحبان خود را اطاعت میکردند و در جایی دیگر از این نمایشنامه به این موجودات که به روبات مشهور هستند، احساس داده میشود که آنها سرانجام انسانها را تحمل نکرده و آنها را از بین میبرند. اولین روبات صنعتی در سال1954 ساخته شد و نخستین مجوز ساخت روبات نیز در همان سال درخواست گردید و بدین شکل عصر روباتسازی آغاز گردید.

           1- 2)  تعریف روبات

بحث زیادی در خصوص اینکه چه دستگاهی یک روبات را تشکیل میدهد بوده است. بسیاری ادعا می-کنند که یک ماشین وقتی روبات میشود که فرامین فیزیکی را بدون دخالت انسان انجام دهد. بطور مثال نحوه عملکرد یک خلبان که سطوح مختلف کنترلی را برای پرواز ایمن اداره میکند را در نظر بگیرید. واضح است که این فعالیت روباتی نیست و بیشتر اثر ارتباط بین خلبان و سطوح کنترلی مختلف است. حال فرض کنید که هواپیما به یک سامانه هدایت رایانهای مجهز شده باشد، چنین سامانهای قادر است بدون دخالت انسان هواپیما را از صعود تا فرود هدایت کند. اما آیا وقتی هواپیما به کمک رایانه پرواز میکند یک روبات میشود؟

موسسه روبات صنعتی آمریکا میگوید: یک روبات، یک جابجا کننده چند وظیفهای برنامهپذیر میباشد که برای حرکت دادن مواد، قطعات، ابزارها یا وسایل خاص، با استفاده از حرکات برنامهریزی شده قابل تغییر برای تحقق فرامین مختلف، طراحی شده است.

یک سری از روباتها هستند که برای انجام برخی وظایف و اعمال تکراری برنامهریزی شدهاند و در واقع نیازی به تفکر ندارند و اگر هر چیزی با وظایف برنامهریزی شده آنها تداخل کند روبات باید متوقف شود، زیرا روبات قادر به درک محیط خارجی خود نیست و نمیتواند مشکلش را حل کند. اما روباتهایی که میخواهند بسیار کارآمد، بدون مراقبت پیاپی و نوآور باشند باید علاوه بر قابلیت درک محیط از قدرت تفکر بسیار بالایی نیز برخوردار باشند.

بیشتر مردم تصورشان از روبات، ماشینی است که اعمالی هوشمند شبیه به انسان انجام میدهد. فرهنگ وبستر یک روبات را چنین تعریف میکند:

یک دستگاه یا وسیله خودکاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسانها نسبت داده میشود ویا مجهز به قابلیتی است که شبیه به هوش بشری است.

بنابراین یک روبات باید میزان مشخصی از هوش ماشینی یا هوش مصنوعی را داشته باشد. بطور معقول نحوه تعریف یک روبات اغلب به انتظار ما از آن در محدوده فنآوری حاضر وابسته است؛ اما قبل از آن باید بدانیم که دلایل استفاده از روباتها عبارتند از:

1)          افزایش کمیت و بهبود کیفیت محصولات و خدمات.

2)          قابلیت خودکارسازی فرایندها و افزایش کارایی آنها.

3)          تسهیل و تسریع فرایند تولید و کاهش هزینه آنها.

4)          افزایش قابلیت اعتماد و انعطاف سازمانها و سامانهها.

5)          افزایش ایمنی.

در حال حاضر و با شروع هزاره جدید، هدف نهایی، خلق روباتهایی است که همانند انسان خصوصییات برجستهای در رفتار، حرکت، هوش و ارتباط از خود به نمایش بگذارند. این به آن معناست که هدف خلق ماشینی است که بتواند مانند انسان در شرایط گوناگون به شکل بهینهای به فعالیت بپردازد و جایگزین مناسبی برای انسان باشد؛ چنین ماشینی باید بسیاری از ویژگیهایی را که به انسان نسبت داده میشود دارا باشد.

ویژگیهایی مانند هدفگرایی، آزادیخواهی، ادراک، خودآگاهی، توانایی استنباط و استنتاج (حتی در شرایطی نامعین)، توانایی یادگیری، توانایی انعطافپذیری و کنترل خود، توانایی ارتباط و همکاری با دیگران و داشتن خلاقیت، ابتکار، شخصیت و احساسات.

تعریف روباتی با ویژگیهای بیان شده با تعاریفی که پیش از این برای روبات بیان کردیم تفاوت خواهدداشت. بنابراین یک روبات هوشمند را میتوان به این صورت تعریف کرد که:

یک روبات هوشمند، ماشین خودکار چند منظورهای است که طیف وسیعی از وظایف متفاوت را تحت شرایطی که حتی ممکن است نسبت به آن شناخت کافی نداشته باشد همانند انسان انجام ندهد.

اینگونه روباتها باید بخوبی محیط اطراف خود را شناخته و درک کنند، همچنین برای جبران تغییرات ایجاد شده در محیط اطراف خود به اندازه کافی هوشمند باشند و توانایی تعاملی پویا با خود و محیط را داشته باشد.

شکل 1-1: نمای جعبهای یک روبات هوشمند.

شکل 1-1 نمای جعبهای چنین ماشین هوشمندی را نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میکنید اینروبات علاوه بر اجزای سازنده زیرساختهای فیزیکی مورد نیاز برای انجام فعالیتهای خود را نیز دارا میباشد، که از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

1)                      واحد ورودی/خروجی برای ارتباط با محیط پیرامون.

2)                      واحد حسگرها برای جمعآوری سیگنالها و دادههای مختلف از محیط.

3)                      واحد ادراک حسگری برای استخراج اطلاعات مفید و تفسیر و بیان آنها.

4)                      واحد هوش مصنوعی برای بیان دانش، استدلال، برنامه ریزی، تصمیم گیری و پیش بینی.

5)                      واحد کنترل برای کنترل زیر سامانههای مختلف ماشین هوشمند.

6)                      واحد محرک برای اعمال فرامین صادر شده به روبات و محیط.

7)                      واسط ارتباطی برای ارتباط واحدهای مختلف روبات با یکدیگر و ارتباط آن با محیط پیرامون پیشرفت و توسعه چنین روباتهای هوشمندی نیازمند همراهی فناوری و بکارگیری درست و کارآمد مفاهیم هوش مصنوعی در آنها می باشد.

1- 3) هوش مصنوعی

هوش مصنوعی علم توسعه و انتقال هوش انسانی به ماشین است.

ماروین مینیسکی پدر این علم، هوش مصنوعی را اینگونه تعریف میکند: هوش مصنوعی دانشی است که به ماشین قابلیتی میدهد که بتواند کارهایی انجام دهد که انسان با هوش خود آن کارها را انجام میدهد.

مفهوم کلیدی در این تعریف هوش است، هدف هوش مصنوعی فهم طبیعت هوش و تولید یک مدل محاسباتی کامل از هوش، مانند هوش انسان میباشد.

این منظور پس از بررسی شیوه تفکر انسان در زمان تصمیمگیری یا حل یک مسئله، توسط هماهنگی -هایی از برنامههای رایانهای، پایه آموختن انسان را تقلید کرده و به جذب اطلاعات جدید برای بکارگیری در مراحل بعدی میپردازد. بدین ترتیب رایانه قادر به تفکر میگردد و میتوان آنرا به گونهای برنامهریزی کرد که بتواند درک کند، استدلال کند، یاد بگیرد، تصمیمگیری کرده و برنامهریزی کند و آنرا به اجرا بگذارد.

این امر نیاز به خلق یک منطق ادراکی از دنیای خارج دارد، بنابراین میتوان گفت هوش مصنوعی مجموعه پیچیدهای از فرایندها است که درک حسی را به فعلیت میرساند و دارای سه مرحله اساسی ادراک، شناخت و عمل، موسوم به چرخه هوش مصنوعی میباشد. ادراک سیگنالهای محیط را به اطلاعات تبدیل می-کند. شناخت اطلاعات را پردازش کرده و تصمیمگیری میکند و عمل تصمیمات را به سیگنالهایی تبدیل می- کند که باعث تغییر در محیط شوند.

ماشینی که این فرایند در آن پیادهسازی میگردد رایانه است. رایانه ماشین محاسباتی، فرایند، تفکر و پایه عملکرد هوش مصنوعی با قابلیتهایی مانند سرعت پردازش بالا و ظرفیت حافظه زیاد است.

رایانههای رقمی شبکه پیچیدهای از کلیدهای دو حالته (خاموش/روشن) هستند که توانایی پردازش اطلاعات ورودی را دارند، برای استفاده از رایانه در کاربردهای هوش مصنوعی، سخت افزار و نرم افزار رایانه باید بهگونهای طراحی شوند که توانایی نمایش قابلیتهایی که به هوش انسان نسبت داده میشود داشته باشد.

1- 4) روباتیک

واژه روباتیک که اولین بارتوسط آیزاک آسیموف ابداع شد به علم مطالعه و استفاده از روباتها بازمیگردد و هدف آن اتصال هوش از ادراک به رفتار است، موضوعات مورد مطالعه در علم روباتیک بیشتر در سه حوزه مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی رایانه قرار دارد. در حوزه مکانیک طراحی و ساخت اجسام و زیر- سامانهها و زیر سازههای مکانیکی لازم برای حرکت و انجام فعالیتهای روبات و تامین انرژی مورد مطالعه قرار میگیرد، در حیطه مهندسی برق طراحی و پیاده سازی زیرساختهای الکتریکی و الکترونیکی لازم برای حس محیط، پردازش اطلاعات، هدایت و کنترل روبات و تامین انرژی آن مورد بررسی قرار میگیرد. در حیطه مهندسی رایانه نیز چگونگی برنامهریزی و پیادهسازی مفاهیم هوش مصنوعی و ادراک حسگری لازم برای هدایت روبات مورد مطالعه قرار میگردد، در این بین آنچه که بیشتر در قالب علم روباتیک مورد بحث واقع شده مسئله هدایت روبات است زیرا قابلیت و میزان هوش هدایت کننده روبات است که توانایی مهارت و محدوده کاربرد روبات را تعیین میکند.

کنترلکنندهها اولین هدایت کننده روباتها بودند. روباتهای قدیمی از مجموعهای از اجزای مکانیکی مانند بادامکها و چرخدندهها، مکانیزمهای میلهای برای کنترل حرکت استفاده میکردند و بعدها برای افزایش دقت در اعمال روباتها، حسگرها و کنترل کنندههای الکتریکی یا الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفت و هنگامی که به دقت زیاد و برنامهریزی انعطافپذیر در انجام اعمال روباتها نیاز شد، از کنترل کنندههای رقمی استفاده گردید، برای کنترل هوشمند روباتها از علم سیبرنیتیک استفاده میکنند.

هدایت هوشمند روباتها بر اساس سه اصل اساسی: حس، طرح و عمل بیان شده است، این الگوها عبارتند از:

  • الگوی سلسله مراتبی.
  • الگوی رفتارگرا (واکنشی).
  • الگوی ترکیبی.

 

        1- 5) معماری هدایت روبات

تعیین الگوی روبات اولین مرحله از پیادهسازی هدایت کننده روبات است.

معماری شیوه اصولی سازمانبندی هدایت روبات است. ترکیبها و سازمانبندیهای مختلف اجزا و ابزارهای هدایت روبات موجب ارایه معماریهای گوناگونی برای هدایت روبات بر اساس یک الگوی خاص، می-گردد. یک معماری خوب، با استفاده بهینه از منابع، میتواند توانایی و مهارت روبات را بطور چشمگیری افزایش دهد. مدولاری، کارایی و قابلیت توسعه پذیری معماری و مقاومت آن در برابر آسیبها، معیارهای مناسبی برای ارزیابی معماریهای مختلف می باشند.

تحقق معماری مناسب روبات موجب استفاده بهینه از منابع شده و دستیابی به آن نیازمند مصالحهای بین توانمندیهای معماری و امکانات موجود روبات میباشد.

1- 6) قوانین روباتیک

آیزاک آسیموف قوانین حاکم بر روبات را بدین صورت بیان کرده است :

قانون اول: یک روبات نباید به انسان آسیب برساند و یا در اثر عدم فعالیتش اجازه دهد انسان دچار آسیب شود.

قانون دوم: یک روبات باید از فرمانهای انسان اطاعت کند مگر اینکه با قانون اول در تضاد باشد.

قانون سوم: یک روبات باید از خویش محافظت کند، مادامی که این حفاظت مخالف قوانین قبلی نباشد.

1- 7) روباتهای متحرک

این روباتها قادرند از مکانی به مکان دیگر حرکت کرده و با تکیه بر حسگرهای خود محیط را شناسایی کنند و واکنشهای مناسب را نشان دهند. قابلیت حرکت روباتهای متحرک به همراه ویژگیهای مشترک آنها با دیگر روباتها، باعث گسترش استفاده از این روباتها در زمینههای گوناگون صنعتی، تجاری، خدماتی، تحقیقاتی و نظامی شده است. مهمترین اهداف استفاده از روباتهای متحرک عبارتند از:

  • افزایش بهرهوری در کمیت و کیفیت تولیدات و خدمات.
  • افزایش ایمنی.
  • افزایش قابلیت انعطاف و اعتماد.
  • کاهش هزینهها.
  • امکان دستیابی به مکانهای غیر قابل دسترس برای انسان.

تاریخچه استفاده از این روباتها به سال 1890 میلادی هنگامی که تسلا یک وسیله نقلیه کنترل شده رادیویی ساخت برمیگردد. پس از آن حدود 50 سال پیش گری والتر شروع به ساخت یک سیستم سه چرخ لاکپشت مانند کرد. این وسیله نقلیه دارای حسگرهای نوری و لامسه، موتورهای پیشران و فرمان، و دو رایانه آنالوگ بود و نسبت به محیط اطراف واکنش نشان میداد. در سال 1960 میلادی یکی از اولین روباتهای متحرک به نام شاکی در موسسه تحقیقاتی استانفورد ساخته شد. این روبات از دو موتور پلهای، یک دوربین متحرک، فاصلهیابهای نوری و تعدادی حسگر ضربه برای حرکت و حس محیط استفاده میکرد. شاکی اولین روبات متحرکی بود که از هوش مصنوعی برای هدایت آن استفاده میشد. بعد از آن در سال 1977 روبات هایلر در فرانسه ساخته شد که دارای سه چرخ بود. این روبات مجهز به یک دوربین، چهار حسگر ماورای صوت و فاصلهیابهای لیزری بود. در همان سال روبات متحرک ارابه استانفورد ساخته شد که دارای سیستم بینایی دو دیدی بود. با پیشرفت فنآوری و نیاز بیشتر به بکارگیری روباتهای متحرک در زمینههای مختلف، استفاده از آنها گسترش یافت.


مقطع : کارشناسی

تعداد صفحات فایل : 160

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید