™چكيده

يكي از مسائل مهم در روباتهاي متحرك طرح ريزي حركت است. طرح ريزي حركت يعني محاسبه و كنترل حركت روبات بگونهاي كه در يك مسير مطلوب ميان مبدا و مقصد بصورت آگاهانه حركت كند. در برخي از موارد روبات بايد بهترين مسير را بدون برخورد با موانع طي نمايد. در سالهاي اخير الگوريتمهاي فراواني براي مسيريابي ارائه شده است. روبات ماز گزينه مناسبي براي پيادهسازي و آزمايش الگوريتمهاي مسيريابي است.

طراحي و ساخت روبات حل ماز (MICROMOUSE)

طراحي و ساخت روبات حل ماز (MICROMOUSE)

فهرست مطالب

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

1- 1) تاريخچه روبات…………………………………………………………………………………………………………………………………. 2

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

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

1- 4) روباتيك……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 7

1- 5) معماري هدايت روبات ……………………………………………………………………………………………………………………… 9

1- 6) قوانين روباتيك…………………………………………………………………………………………………………………………………. 9

1- 7) روباتهاي متحرك ………………………………………………………………………………………………………………………… 10

                 1- 7- 1)  زير ساختهاي مكانيكي …………………………………………………………………………………………………….. 12

1- 7- 2) زير ساختهاي الكتريكي و الكترونيكي ……………………………………………………………………………… 12

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

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

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

1- 7- 6) هدايت كننده روبات متحرك ……………………………………………………………………………………………… 14

1- 8) اصول طراحي روباتهاي متحرك …………………………………………………………………………………………………. 16

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

فصل دوم تبديل انرژي الكترومكانيكي …………………………………………………………………………….. 19 

2- 1) موتورهاي الكتريكي ………………………………………………………………………………………………………………………. 19

2-                2) چه چيزي موجب حركت يك موتور الكتريكي ميشود؟ ……………………………………………………………… 20

2- 3) موتورهاي DC ……………………………………………………………………………………………………………………………… 21

2- 3- 1) كنترل الكترونيكي موتورDC …………………………………………………………………………………………….. 23

2- 3- 2) كنترل سرعت موتورهاي DC ……………………………………………………………………………………………. 29

2- 4) موتورها ي پلهاي …………………………………………………………………………………………………………………………… 32

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

2- 4- 2) راهاندازي موتور پلهاي …………………………………………………………………………………………………………. 35

2- 4- 3) حالتهاي كاري موتور پلهاي ………………………………. . ……………………………………………………………. 38

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

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

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

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

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

3- 3- 1) ساختمان يك QCM (كريستال بر روي فنر) ………………………………………………………………….. 49

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

3- 5) سنسور نوري (گيرنده/فرستنده) …………………………………………………………………………………………………… 51

3- 5- 1) بستههايمتفاوتسنسور نوري …………………………………………………………………………………………. 52

3- 5- 2) انواع سنسورهاي نوري ………………………………………………………………………………………………………… 53

3- 5- 3) كاربرد سنسورهاي نوري …………………………………………………………………………………………………….. 59

3- 5- 4) مدارات مرتبط با سنسورهاي نوري …………………………………………………………………………………….. 60

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

3- 6-1) كاربرد سنسورهاي Ultrasonic در روباتيك …………………………………………………………………… 62

3- 6-2) نمونهاي از كاربرد سنسورهاي Ultrasonic در روباتيك (روبات دوچرخهسوار) ……………………………. 64

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

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

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

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

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

فصل چهارم آشنايي با ميكروكنترلرها ……………………………………………………………………………… 72 

4-      1) ميكروكنترلر چيست؟ ……………………………………………………………………………………………………………………. 72

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

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

4- 1- 3) واحد ورودي/خروجي ………………………………………………………………………………………………………. 75

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

4- 1- 6) تايمر يا شمارنده ………………………………………………………………………………………………………………. 76

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

4- 3) محيط برنامهنويسي Codevision AVR ……………………………ا…………………………………………………… 79

4- 3- 1) ايجاد يك پروژه جديد و پيكربندي آن ………………………………………………………………………………. 81

4- 3- 2) كامپايل برنامه و ايجاد فايل HEX …………………………………………………….ا…………………………….. 82

4- 3- 3) بارگذاري برنامه در ميكروكنترلر ………………………………………………………………………………………… 83

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

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

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

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

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

5- 4) پياده سازي …………………………………………………………………………………………………………………………………… 89

5- 4- 1) راه اندازي موتورهاي پلهاي ………………………………………………………………………………………………… 90

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

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

5- 4- 4) چيدمان حسگرها ………………………………………………………………………………………………………………… 95

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

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

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

فصل ششم – نتيجه گيري و محورهاي مطالعه بيشتر ………………………………………………….. 108 

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

پيوستها ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 112 

واژگان فارسي ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 112

واژگان لاتين …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 114

برگههاي اطلاعاتي ………………………………………………………………………………………………………………………………… 116

آيسي L297 ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 116

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

98آيسي

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

فهرست شكلها و جدولها

شكل 1-1: نماي جعبهاي يك روبات هوشمند. ………………………………………………………………………………………… 5

شكل1- 2: نمودار جعبه اي يك روبات متحرك. …………………………………………………………………………………….. 15

شكل 1-3: نمودار جعبهاي فرآيند آفرينش نوين. ………………………………………………………………………………….. 16

شكل 2-1: ساختار كلي يك موتور DC ساده. ……………………………………………………………………………………… 21

شكل 2-2: كموتاتور با تغيير جهت جريان باعث تداوم حركت موتور ميشود. …………………………………….. 22

شكل 2-3: حركت يكنواخت و روان موتور. ……………………………………………………………………………………………. 23

شكل 2-4: جايگزين كردن كليد با يك تراتزيستور. ………………………………………………………………………………. 24

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

شكل 2-6: راه اندازي يك موتور DC توسط پل H. ………………………………ا…………………………………………….. 26

شكل 2-7: پياده سازي يك ترمز الكتريكي توسط پل H. …………………………..ا………………………………………… 27

شكل 2-8: دامنه ولتاژ بازگشتي ميتواند به صدها ولت برسد. ……………………………………………………………… 28

شكل2- 9: ولتاژ بازگشتي را ميتوان توسط ديود مهار كرد. ………………………………………………………………….. 29

شكل 2-10: يك سيگنال PWM با چرخه كاري 50%. ………………………………………………………………………. 30

شكل211: چند سيگنال PWM و ولتاژ معادل با آنها. …………………………………………………………………….. 31

شكل2- 12: موتور پلهاي. ………………………………………………………………………………………………………………………… 32

شكل 2-13: گامهاي دوران موتور پلهاي. ………………………………………………………………………………………………. 33

شكل 2- 14: ساختار دروني يك موتور پلهاي. ………………………………………………………………………………………. 33

شكل 2- 15: ساختار موتور پلهاي دوفاز و تكفاز. ………………………………………………………………………………….. 34

شكل 2- 16: زاويه پله و چگونگي دستيابي به آن. ……………………………………………………………………………….. 35

شكل 2-17: افزايش دقت موتور پلهاي. …………………………………………………………………………………………………. 36

شكل2- 18: ساختار دروني يك موتور پلهاي واقعي. ………………………………………………………………………………. 37

شكل2- 19: حالت تمام پله. ……………………………………………………………………………………………………………………. 38

شكل2- 20 : حالت نيم پله. …………………………………………………………………………………………………………………….. 39

شكل3- 1: حسگر رطوبت – حسگر حركت ……………………………………………………………………………………………. 42

شكل3- 2: عكسالعمل 20 سنسور متفاوت نسبت به گاز آمونياك. ………………………………………………………. 47

شكل3- 3 : عكسالعمل همان 20 سنسور، نسبت به استيك اسيد (جوهر سركه). ………………………………. 47

شكل3- 4: يك سنسور بويايي. ………………………………………………………………………………………………………………… 48

شكل35: ساختمان سنسور بويايي. ………………………………………………………………………………………………………. 48

شكل 3-6: كريستال بر روي فنر. ……………………………………………………………………………………………………………. 49

شكل3- 7: سنسور نوري (گيرنده/ فرستنده). …………………………………………………………………………………………. 51

شكل3- 8: مدار راهانداز زوج حسگر نوري گيرنده فرستنده. …………………………………………………………………… 52

شكل3- 9: يكبستهيگيرندهوفرستنده IR. …………………………..ا…………………………………………………………. 53

شكل3- 10: سنسور GP2S04-6 ……………………………………………………………..ا………………………………………….. 53

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

شكل3- 11: سنسور

شكل3- 12: چندنوع photoresistor درابعادمختلف. ……………………………………………………………………… 55

شكل3- 13: مدار مربوط به مقاومت نوري. …………………………………………………………………………………………….. 55

شكل3- 14: سنسورCNZ2179. …………………………………………………………ل……………………………………………….. 57

شكل3- 15: فتوسل ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 57

شكل3- 16: فتوسل بزرگ ……………………………………………………………………………………………………………………….. 58

شكل3- 17:  يك جفت ديود فرستنده و گيرنده مادونقرمز. ………………………………………………………………… 58

شكل3- 18: اپتوكانتر موازي مادونقرمز. ………………………………………………………………………………………………… 59

شكل319: اپتوكانتر موازي مادونقرمز تايواني. ……………………………………………………………………………………. 59

شكل3- 20: مدار مربوط به سنسور  GP2S04-6 ……………………………………………..ا………………………………… 60

شكل3- 21: مكانيزم سنسورهاي مافوق صوت. ………………………………………………………………………………………. 63

شكل3- 22: الگوي بيم. …………………………………………………………………………………………………………………………… 64

شكل3- 23: روبات دوچرخهسوار. …………………………………………………………………………………………………………… 65

شكل3- 24: PING  و انعكاس سونار. …………………………………………………………………………………………………… 66

شكل3- 25: سيگنال SRF04. ……………………………………………………ا…………………………………………………………. 68

شكل 4-1: ساختار دروني يك ميكروكنترلر. …………………………………………………………………………………………. 73

جدول 4-1: مقايسه ميكروكنترلرها. ………………………………………………………………………………………………………. 77

شكل 4-2: شماتيك پايههاي ATMEGA16. …………………….ا……………………………………………………………. 79

شكل 4-3: صفحه اصلي نرمافزار. ……………………………………………………………………………………………………………. 81

شكل 4-5: پنجره پيكربندي پروژه. ………………………………………………………………………………………………………… 83

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

شكل 5-1: يك نمونه ماز راست گوشه نيمه متقاطع. ……………………………………………………………………………. 87

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

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

شكل 5-4: مدار راه انداز موتور پله اي دوفاز به كمك زوج آي سي L297 و L298. …………..ا…………… 93

شكل 5-5: مدار ميكروكنترلر. ………………………………………………………………………………………………………………… 94

شكل 5-6: شماتيك مدار فرستنده/گيرنده IR. ………………………………………..ا…………………………………………… 95

شكل 5-7: نمونه اي از چيدمان حسگرها در يك روبات مسيرياب. ………………………………………………………. 96

شكل 5-8: نمونهاي از نحوه چيدمان روبات ماز. ……………………………………………………………………………………. 96

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

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

شكل 5-11: قرار دادن برد مربوط به مدار كنترلر و راهانداز موتورها روي بدنه (طبقه دوم). ……………….. 98

شكل 5-12: روبات ساخته شده در پايان كار. ……………………………………………………………………………………….. 99

فصل اول

مقدمه

امروزه كمتر كسي است كه واژه روبات را نشنيده باشد و از كاربرد روباتها از صنعت گرفته تا پزشكي و فضانوردي بياطلاع باشد. روباتهاي هوشمند امروزي بسيار تواناتر از ماشينهاي خودكاري هستند كه قابليت انجام كارهاي تكراري برنامهريزي شده، مانند گذاشتن و برداشتن را برعهده دارند. اينگونه روباتها در سايه پيشرفت فناوري و پيدايش مفاهيم جديد هوش مصنوعي، دانش روباتيك را وارد مرحله جديدي از حيات خويش كردهاند، بگونهاي كه امروزه اميدواري بشر براي تحقق آرزوي ديرينه ساخت انسان مصنوعي در هزاره جديد افزايش يافته است.

در اين فصل پس از بررسي تاريخچه روبات به شناخت روبات و مفاهيم مرتبط با آن مانند هوش مصنوعي، روباتيك و قوانين حاكم بر روباتها ميپردازيم. پس از آن نيز به معرفي روباتهاي متحرك، مخصوصاً روبات ماز و قسمتهاي مختلف تشكيل دهنده آن و مفاهيم مطرح در اين روباتها ميپردازيم. در انتها اصول كلي طراحي اينگونه از روباتها را بيان ميكنيم.

1- 1) تاريخچه روبات

واژه روبات در فرهنگ لغت به معاني آدم واره، آدم ماشيني و آدمآهني آمده است. اين واژه از كلمه روباتها در زبان چك مشتق شده است كه به معناي كار اجباري است. اگرچه واژه روبات تا پايان قرن بيستم مطرح نشده بود اما ايده ساخت موجودات مكانيكي خودكار سالها قبل از آنكه روبات نام بگيرند در گوشه و كنار جهان وجود داشت. در واقع ساخت چنين موجوداتي از ايده نيز فراتر رفته است و بعضي از مخترعان عصر باستان ساعتها وقت خويش را صرف آن ميكردند كه به تقليد از حيات نوع انسان و حيوان وسايل خودكاري خلق كنند. بطور مثال در قرن 15 ميلادي روباتهاي مكانيكي انسان نمايي به نام اتوماتا[1] ساخته شد. اين روباتها اجسام متحركي بودند كه براي انجام كارهاي مفيد، نظير به صدا درآوردن زنگ در ساعتي معين، بكار گرفته ميشدند. در قرن 17 ميلادي مخترعان ماهر، توانايي بيشتري به اين وسايل افزودند بطور مثال ماشيني به نام كاتب در موزه نوشاتال سوييس وجود دارد كه قادر به نوشتن 40 نامه از پيش تعيين شده بود و نكته جالب در اين ماشين برنامهپذيري آن ميباشد.

واژه روبات نخستين بار در دو نمايشنامه نوشته نمايشنامهنويس معروف چك، كارل كپك، مورد استفاده قرار گرفت. اين نمايشنامه مفهوم موجودات انسان نمايي را مطرح ميكرد دستورهاي صاحبان خود را اطاعت ميكردند و در جايي ديگر از اين نمايشنامه به اين موجودات كه به روبات مشهور هستند، احساس داده ميشود كه آنها سرانجام انسانها را تحمل نكرده و آنها را از بين ميبرند. اولين روبات صنعتي در سال1954 ساخته شد و نخستين مجوز ساخت روبات نيز در همان سال درخواست گرديد و بدين شكل عصر روباتسازي آغاز گرديد.

           1- 2)  تعريف روبات

بحث زيادي در خصوص اينكه چه دستگاهي يك روبات را تشكيل ميدهد بوده است. بسياري ادعا مي-كنند كه يك ماشين وقتي روبات ميشود كه فرامين فيزيكي را بدون دخالت انسان انجام دهد. بطور مثال نحوه عملكرد يك خلبان كه سطوح مختلف كنترلي را براي پرواز ايمن اداره ميكند را در نظر بگيريد. واضح است كه اين فعاليت روباتي نيست و بيشتر اثر ارتباط بين خلبان و سطوح كنترلي مختلف است. حال فرض كنيد كه هواپيما به يك سامانه هدايت رايانهاي مجهز شده باشد، چنين سامانهاي قادر است بدون دخالت انسان هواپيما را از صعود تا فرود هدايت كند. اما آيا وقتي هواپيما به كمك رايانه پرواز ميكند يك روبات ميشود؟

موسسه روبات صنعتي آمريكا ميگويد: يك روبات، يك جابجا كننده چند وظيفهاي برنامهپذير ميباشد كه براي حركت دادن مواد، قطعات، ابزارها يا وسايل خاص، با استفاده از حركات برنامهريزي شده قابل تغيير براي تحقق فرامين مختلف، طراحي شده است.

يك سري از روباتها هستند كه براي انجام برخي وظايف و اعمال تكراري برنامهريزي شدهاند و در واقع نيازي به تفكر ندارند و اگر هر چيزي با وظايف برنامهريزي شده آنها تداخل كند روبات بايد متوقف شود، زيرا روبات قادر به درك محيط خارجي خود نيست و نميتواند مشكلش را حل كند. اما روباتهايي كه ميخواهند بسيار كارآمد، بدون مراقبت پياپي و نوآور باشند بايد علاوه بر قابليت درك محيط از قدرت تفكر بسيار بالايي نيز برخوردار باشند.

بيشتر مردم تصورشان از روبات، ماشيني است كه اعمالي هوشمند شبيه به انسان انجام ميدهد. فرهنگ وبستر يك روبات را چنين تعريف ميكند:

يك دستگاه يا وسيله خودكاري كه قادر به انجام اعمالي است كه معمولا به انسانها نسبت داده ميشود ويا مجهز به قابليتي است كه شبيه به هوش بشري است.

بنابراين يك روبات بايد ميزان مشخصي از هوش ماشيني يا هوش مصنوعي را داشته باشد. بطور معقول نحوه تعريف يك روبات اغلب به انتظار ما از آن در محدوده فنآوري حاضر وابسته است؛ اما قبل از آن بايد بدانيم كه دلايل استفاده از روباتها عبارتند از:

1)          افزايش كميت و بهبود كيفيت محصولات و خدمات.

2)          قابليت خودكارسازي فرايندها و افزايش كارايي آنها.

3)          تسهيل و تسريع فرايند توليد و كاهش هزينه آنها.

4)          افزايش قابليت اعتماد و انعطاف سازمانها و سامانهها.

5)          افزايش ايمني.

در حال حاضر و با شروع هزاره جديد، هدف نهايي، خلق روباتهايي است كه همانند انسان خصوصييات برجستهاي در رفتار، حركت، هوش و ارتباط از خود به نمايش بگذارند. اين به آن معناست كه هدف خلق ماشيني است كه بتواند مانند انسان در شرايط گوناگون به شكل بهينهاي به فعاليت بپردازد و جايگزين مناسبي براي انسان باشد؛ چنين ماشيني بايد بسياري از ويژگيهايي را كه به انسان نسبت داده ميشود دارا باشد.

ويژگيهايي مانند هدفگرايي، آزاديخواهي، ادراك، خودآگاهي، توانايي استنباط و استنتاج (حتي در شرايطي نامعين)، توانايي يادگيري، توانايي انعطافپذيري و كنترل خود، توانايي ارتباط و همكاري با ديگران و داشتن خلاقيت، ابتكار، شخصيت و احساسات.

تعريف روباتي با ويژگيهاي بيان شده با تعاريفي كه پيش از اين براي روبات بيان كرديم تفاوت خواهدداشت. بنابراين يك روبات هوشمند را ميتوان به اين صورت تعريف كرد كه:

يك روبات هوشمند، ماشين خودكار چند منظورهاي است كه طيف وسيعي از وظايف متفاوت را تحت شرايطي كه حتي ممكن است نسبت به آن شناخت كافي نداشته باشد همانند انسان انجام ندهد.

اينگونه روباتها بايد بخوبي محيط اطراف خود را شناخته و درك كنند، همچنين براي جبران تغييرات ايجاد شده در محيط اطراف خود به اندازه كافي هوشمند باشند و توانايي تعاملي پويا با خود و محيط را داشته باشد.

شكل 1-1: نماي جعبهاي يك روبات هوشمند.

شكل 1-1 نماي جعبهاي چنين ماشين هوشمندي را نشان ميدهد. همانگونه كه مشاهده ميكنيد اينروبات علاوه بر اجزاي سازنده زيرساختهاي فيزيكي مورد نياز براي انجام فعاليتهاي خود را نيز دارا ميباشد، كه از قسمتهاي زير تشكيل شده است:

1)                      واحد ورودي/خروجي براي ارتباط با محيط پيرامون.

2)                      واحد حسگرها براي جمعآوري سيگنالها و دادههاي مختلف از محيط.

3)                      واحد ادراك حسگري براي استخراج اطلاعات مفيد و تفسير و بيان آنها.

4)                      واحد هوش مصنوعي براي بيان دانش، استدلال، برنامه ريزي، تصميم گيري و پيش بيني.

5)                      واحد كنترل براي كنترل زير سامانههاي مختلف ماشين هوشمند.

6)                      واحد محرك براي اعمال فرامين صادر شده به روبات و محيط.

7)                      واسط ارتباطي براي ارتباط واحدهاي مختلف روبات با يكديگر و ارتباط آن با محيط پيرامون پيشرفت و توسعه چنين روباتهاي هوشمندي نيازمند همراهي فناوري و بكارگيري درست و كارآمد مفاهيم هوش مصنوعي در آنها مي باشد.

1- 3) هوش مصنوعي

هوش مصنوعي علم توسعه و انتقال هوش انساني به ماشين است.

ماروين مينيسكي پدر اين علم، هوش مصنوعي را اينگونه تعريف ميكند: هوش مصنوعي دانشي است كه به ماشين قابليتي ميدهد كه بتواند كارهايي انجام دهد كه انسان با هوش خود آن كارها را انجام ميدهد.

مفهوم كليدي در اين تعريف هوش است، هدف هوش مصنوعي فهم طبيعت هوش و توليد يك مدل محاسباتي كامل از هوش، مانند هوش انسان ميباشد.

اين منظور پس از بررسي شيوه تفكر انسان در زمان تصميمگيري يا حل يك مسئله، توسط هماهنگي -هايي از برنامههاي رايانهاي، پايه آموختن انسان را تقليد كرده و به جذب اطلاعات جديد براي بكارگيري در مراحل بعدي ميپردازد. بدين ترتيب رايانه قادر به تفكر ميگردد و ميتوان آنرا به گونهاي برنامهريزي كرد كه بتواند درك كند، استدلال كند، ياد بگيرد، تصميمگيري كرده و برنامهريزي كند و آنرا به اجرا بگذارد.

اين امر نياز به خلق يك منطق ادراكي از دنياي خارج دارد، بنابراين ميتوان گفت هوش مصنوعي مجموعه پيچيدهاي از فرايندها است كه درك حسي را به فعليت ميرساند و داراي سه مرحله اساسي ادراك، شناخت و عمل، موسوم به چرخه هوش مصنوعي ميباشد. ادراك سيگنالهاي محيط را به اطلاعات تبديل مي-كند. شناخت اطلاعات را پردازش كرده و تصميمگيري ميكند و عمل تصميمات را به سيگنالهايي تبديل مي- كند كه باعث تغيير در محيط شوند.

ماشيني كه اين فرايند در آن پيادهسازي ميگردد رايانه است. رايانه ماشين محاسباتي، فرايند، تفكر و پايه عملكرد هوش مصنوعي با قابليتهايي مانند سرعت پردازش بالا و ظرفيت حافظه زياد است.

رايانههاي رقمي شبكه پيچيدهاي از كليدهاي دو حالته (خاموش/روشن) هستند كه توانايي پردازش اطلاعات ورودي را دارند، براي استفاده از رايانه در كاربردهاي هوش مصنوعي، سخت افزار و نرم افزار رايانه بايد بهگونهاي طراحي شوند كه توانايي نمايش قابليتهايي كه به هوش انسان نسبت داده ميشود داشته باشد.

1- 4) روباتيك

واژه روباتيك كه اولين بارتوسط آيزاك آسيموف ابداع شد به علم مطالعه و استفاده از روباتها بازميگردد و هدف آن اتصال هوش از ادراك به رفتار است، موضوعات مورد مطالعه در علم روباتيك بيشتر در سه حوزه مهندسي مكانيك، مهندسي برق و مهندسي رايانه قرار دارد. در حوزه مكانيك طراحي و ساخت اجسام و زير- سامانهها و زير سازههاي مكانيكي لازم براي حركت و انجام فعاليتهاي روبات و تامين انرژي مورد مطالعه قرار ميگيرد، در حيطه مهندسي برق طراحي و پياده سازي زيرساختهاي الكتريكي و الكترونيكي لازم براي حس محيط، پردازش اطلاعات، هدايت و كنترل روبات و تامين انرژي آن مورد بررسي قرار ميگيرد. در حيطه مهندسي رايانه نيز چگونگي برنامهريزي و پيادهسازي مفاهيم هوش مصنوعي و ادراك حسگري لازم براي هدايت روبات مورد مطالعه قرار ميگردد، در اين بين آنچه كه بيشتر در قالب علم روباتيك مورد بحث واقع شده مسئله هدايت روبات است زيرا قابليت و ميزان هوش هدايت كننده روبات است كه توانايي مهارت و محدوده كاربرد روبات را تعيين ميكند.

كنترلكنندهها اولين هدايت كننده روباتها بودند. روباتهاي قديمي از مجموعهاي از اجزاي مكانيكي مانند بادامكها و چرخدندهها، مكانيزمهاي ميلهاي براي كنترل حركت استفاده ميكردند و بعدها براي افزايش دقت در اعمال روباتها، حسگرها و كنترل كنندههاي الكتريكي يا الكترونيكي مورد استفاده قرار گرفت و هنگامي كه به دقت زياد و برنامهريزي انعطافپذير در انجام اعمال روباتها نياز شد، از كنترل كنندههاي رقمي استفاده گرديد، براي كنترل هوشمند روباتها از علم سيبرنيتيك استفاده ميكنند.

هدايت هوشمند روباتها بر اساس سه اصل اساسي: حس، طرح و عمل بيان شده است، اين الگوها عبارتند از:

  • الگوي سلسله مراتبي.
  • الگوي رفتارگرا (واكنشي).
  • الگوي تركيبي.

 

        1- 5) معماري هدايت روبات

تعيين الگوي روبات اولين مرحله از پيادهسازي هدايت كننده روبات است.

معماري شيوه اصولي سازمانبندي هدايت روبات است. تركيبها و سازمانبنديهاي مختلف اجزا و ابزارهاي هدايت روبات موجب ارايه معماريهاي گوناگوني براي هدايت روبات بر اساس يك الگوي خاص، مي-گردد. يك معماري خوب، با استفاده بهينه از منابع، ميتواند توانايي و مهارت روبات را بطور چشمگيري افزايش دهد. مدولاري، كارايي و قابليت توسعه پذيري معماري و مقاومت آن در برابر آسيبها، معيارهاي مناسبي براي ارزيابي معماريهاي مختلف مي باشند.

تحقق معماري مناسب روبات موجب استفاده بهينه از منابع شده و دستيابي به آن نيازمند مصالحهاي بين توانمنديهاي معماري و امكانات موجود روبات ميباشد.

1- 6) قوانين روباتيك

آيزاك آسيموف قوانين حاكم بر روبات را بدين صورت بيان كرده است :

قانون اول: يك روبات نبايد به انسان آسيب برساند و يا در اثر عدم فعاليتش اجازه دهد انسان دچار آسيب شود.

قانون دوم: يك روبات بايد از فرمانهاي انسان اطاعت كند مگر اينكه با قانون اول در تضاد باشد.

قانون سوم: يك روبات بايد از خويش محافظت كند، مادامي كه اين حفاظت مخالف قوانين قبلي نباشد.

1- 7) روباتهاي متحرك

اين روباتها قادرند از مكاني به مكان ديگر حركت كرده و با تكيه بر حسگرهاي خود محيط را شناسايي كنند و واكنشهاي مناسب را نشان دهند. قابليت حركت روباتهاي متحرك به همراه ويژگيهاي مشترك آنها با ديگر روباتها، باعث گسترش استفاده از اين روباتها در زمينههاي گوناگون صنعتي، تجاري، خدماتي، تحقيقاتي و نظامي شده است. مهمترين اهداف استفاده از روباتهاي متحرك عبارتند از:

  • افزايش بهرهوري در كميت و كيفيت توليدات و خدمات.
  • افزايش ايمني.
  • افزايش قابليت انعطاف و اعتماد.
  • كاهش هزينهها.
  • امكان دستيابي به مكانهاي غير قابل دسترس براي انسان.

تاريخچه استفاده از اين روباتها به سال 1890 ميلادي هنگامي كه تسلا يك وسيله نقليه كنترل شده راديويي ساخت برميگردد. پس از آن حدود 50 سال پيش گري والتر شروع به ساخت يك سيستم سه چرخ لاكپشت مانند كرد. اين وسيله نقليه داراي حسگرهاي نوري و لامسه، موتورهاي پيشران و فرمان، و دو رايانه آنالوگ بود و نسبت به محيط اطراف واكنش نشان ميداد. در سال 1960 ميلادي يكي از اولين روباتهاي متحرك به نام شاكي در موسسه تحقيقاتي استانفورد ساخته شد. اين روبات از دو موتور پلهاي، يك دوربين متحرك، فاصلهيابهاي نوري و تعدادي حسگر ضربه براي حركت و حس محيط استفاده ميكرد. شاكي اولين روبات متحركي بود كه از هوش مصنوعي براي هدايت آن استفاده ميشد. بعد از آن در سال 1977 روبات هايلر در فرانسه ساخته شد كه داراي سه چرخ بود. اين روبات مجهز به يك دوربين، چهار حسگر ماوراي صوت و فاصلهيابهاي ليزري بود. در همان سال روبات متحرك ارابه استانفورد ساخته شد كه داراي سيستم بينايي دو ديدي بود. با پيشرفت فنآوري و نياز بيشتر به بكارگيري روباتهاي متحرك در زمينههاي مختلف، استفاده از آنها گسترش يافت.


مقطع : کارشناسی

تعداد صفحات فایل : 160

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید