آموزش ساخت روبات(جلسه10)

به نام خدا
سلام عرض مي کنم خدمت همه هي دوستاي خوبم
اين جلسه قراره انشاالله با هم ساخت يه ربات مسيرياب ساده (بدون ميکروکنترلر) رو با هم شروع کنيم.

کار را ابتدا از قسمت مکانيک شروع مي کنيم، يعني بدنه‌ي فيزيکي ربات

سيستم حركت تانك

تا حالا به حرکت يک تانک جنگي دقت کرده ايد؟ اگر دقت نکرده باشيد هم متوجه خواهيد شد که تانک، مثل خودروهاي شخصي معمولي داراي سيستم فرمان نيست، يعني براي چرخش در سر پيچ ها، چرخ‌هاي جلوي آن به سمت خاصي متمايل نمي‌شوند. پس تانک‌ها چگونه حرکت مي‌کنند؟
به شکل زير نگاه کنيد

سيستم حرکتي تانک به اين صورت است که در 2 طرف آن چند چرخ به وسيله ي يک تسمه ي فلزي ضخيم (به اصطلاح شني) به يکديگر متصل شده‌اند، حرکت شني‌ها هر کدام جداگانه توسط راننده‌ي تانک کنترل مي‌شود و راننده عمل پيچيدن تانک به هر سمت را با توقف شني آن سمت انجام مي‌دهد. مثلاً اگر تصميم داشته باشد تانک به سمت چپ بپيچد، شني سمت چپ را متوقف کرده و شني سمت راست به حرکت خود ادامه مي‌دهد و در نتيجه تانک حول محور مشخصي (محور همان شني سمت چپ است) به سمت چپ مي‌پيچد.
از مهم‌ترين مزيت‌هاي اين سيستم نسبت به سيستم خودروهاي سواري، بالاتر بودن قدرت مانور آن در سر پيچ‌ها مي‌باشد، يعني با سيستم تانک مي‌توان با سرعت بيشتري پيچ‌ها را پيمود.
همچنين شبيه‌سازي اين سيستم در ابعاد کوچک‌تر بسيار ساده‌‌تر از سيستم خودروهاي معموليست. به همين خاطر ما در ربات‌‌ها از همين سيستم به اصطلاح تانکي استفاده مي‌کنيم، اما با يک تغييرات جزيي. ما شني را از سيستم حذف مي‌کنيم، يعني دور چرخ ها تسمه اي نمي‌اندازيم، زيرا اين تسمه براي کاربردهاي خاص طراحي شده و در ساخت يک ربات مسيرياب نيازي به آن نيست. همچنين چرخ‌هاي جلو را نيز مي‌توانيم حذف کرده و به جاي آن در فاصله‌ي بين 2 چرخ هرزگرد بگذاريم. (هرزگرد يک چرخ است که به هر جهتي مي‌تواند حرکت کند. در پايه‌ي بعضي از مبل‌هاي خانگي و صندلي‌هاي کامپيوتري از هرزگرد استفاده شده است.)
شکل زير نماي کلي ربات ما است (ديد از زير)

خود شاسي ربات نيز بهتر است از جنس MDF يا پلاستيک فشرده (پلکسي گلاس) باشد. براي اتصال موتورها به بدنه هم مي‌توانيد از "ديوار کوب" لوله‌هاي آب استفاده کنيد.

الگوريتم تعقيب خط در يک ربات مسيرياب

ربات مسيرياب ساده بايد قادر باشد يک خط مشکي رنگ به پهناي تقريبي 2 سانتي‌متر را در يک زمينه‌ي سفيد دنبال کند. البته در ربات‌هاي مسيرياب حرفه‌اي بحث خيلي پيچيده‌تر شده و ربات‌ها بايد قادر باشند حتي در بخش‌هايي از زمين مسابقه خط سفيد رنگ را در زمينه‌ي سياه دنبال کنند.

در جلسات قبل با سنسورهاي نوري فتوترنزيستور آشنا شديم و ديديم چگونه مي‌توان به وسيله‌ي اين سنسورها و مدارات جانبي آنها تغييرات نور محيط را اندازه‌گيري کرد. همان طور که مي‌دانيد جسم سفيد نور تابيده شده به خود را بازتاب مي‌کند و جسم سياه رنگ بيشتر نور تابيده شده به خود را جذب کرده و بازتاب نمي‌کند. ما هم با استفاده از همين خاصيت و به کمک گيرنده فرستنده‌هاي نوري خود مي‌توانيم خط سياه را در کف زمينه‌ي سفيد تشخيص دهيم. به اين صورت که ما يک جفتِ گيرنده فرستنده گيرنده‌ي نوري را در کنار هم قرار مي‌دهيم، با مدارهاي راه‌انداز، فرستنده، نور را به کف زمين مي‌تاباند و گيرنده با توجه به تغييرات نور دريافتي از کف زمين، مي‌تواند خط سياه را پيدا کند. به شکل نگاه کنيد. (ديد از بالا)

بر روي بدنه‌ي ربات 2 سنسور به گونه‌‌اي تعبيه شده است که وقتي ربات دقيقاً بر روي خط قرار مي‌‌گيرد سنسورها در 2 طرف خط مشکي رنگ قرار گيرند. زماني که ربات را فعال مي‌کنيم هر 2 چرخ ربات شروع به چرخيدن به سمت جلو مي‌کنند. ربات به سمت جلو حرکت مي‌کند تا زماني که مانند شکل ربات به پيچ اول برسد و سنسور سمت راست آن بر روي خط مشکي قرار گيرد، حال ربات بايد به صورت خودکار موتور سمت راست خود را خاموش کند تا با چرخش موتور سمت چپ، ربات به دور خود بچرخد و از مسير منحرف نشود. پس الگوريتم حركت ربات به اين صورت است كه سنسور هر سمت بر روي خط قرار بگيرد، موتور همان سمت متوقف مي‌شود تا ربات به مسير اصلي باز گردد.
اما مشكلي كه در اينجا مطرح مي‌شود اين است كه اگر ربات با سرعت زيادي حركت كند و قادر نباشد سر پيچ بطور كامل پيچ را دنبال كند و از خط خارج شود ديگر راهي براي بازگشت به مسير اصلي وجود ندارد.
براي حل اين مشكل به هر طرف، چند سنسور ديگر اضافه مي‌كنيم تا اگر سنسور اول از خط خارج شد، سنسورهاي بعدي بتوانند خط را دنبال كنند. به شكل دقت كنيد.

دقت كنيد كه سنسورها مستقيماً در كنار هم چيده نشده‌اند و يه صورت زاويه دار (به شكل هشتي) چيده شده‌اند(چرا؟)

اين هم نحوه‌ي چينش سنسورها‌ي كف يك ربات مسيرياب حرفه‌اي

در بالا در مورد الگوريتم کلي حرکت يک ربات مسير ياب براي دنبال کردن خط آشنا شديم و ديديم ربات براي دنبال کردن خط بايد با توجه به اطلاعاتي که از سنسورها دريافت مي کند، هرگاه سنسور هر سمت خط را ديد(يعني هرگاه بر روي خط قرار گرفت و خط را حس کرد)، موتور متناظر همان سمت خاموش شود تا ربات روي خط باقي بماند.

همچنين در جلسه ي پيش توضيح داده شد که چگونه مي توان به وسيله ي يک جفت گيرنده فرستنده ي مادون قرمز، خط سياه را در زمينه ي سفيد تشخيص داد.

همانطور که در جلسات اول توضيح داده شد، ربات به 3 قسمت تقسيم مي شود: 1-ورودي ها 2-پردازش 3-خروجي

تا به اينجا ما در مورد قسمت ورودي هاي ربات، يعني همان گيرنده فرستنده ها توضيحاتي داده ايم. پيشنهاد مي شود براي بالاتر رفتن دقت ربات، براي هر طرف، 3 جفت گيرنده _فرستنده بر روي ربات تعبيه شود.دوستان اگر روي لحيم کاري بردهاي سوراخ دار(يا فيبري) تسلط دارند، مي توانند اين 6 جفت گيرنده_فرستنده را بر روي يک برد هزارسوراخ(فيبري) لحيم کنند.

اما در مورد بخش پردازش...

بخش پردازشگر و کنترل کننده ي مرکزي

در اين قسمت ما بايد با توجه به آموخته هاي فعلي خود بتوانيم مداري طراحي کنيم که بتواند الگوريتم مورد نظر ما را پياده سازي کند. يعني 3 سنسور هر طرف را چک کند و اگر هر کدام خط را ديدند به موتور آن سمت دستور خاموش شدن بدهد. براي اينکار، با توجه به اينکه رنگ زمينه سفيد، و رنگ خط سياه است، بهتر است براي راه اندازي سنسورها از مدار شماره 2(به جلسه ي 14 مراجعه شود) استفاده شود. سپس يک AND 3 ورودي درست کرده(به جلسه ي هفدهم مراجعه شود) و خروجي سنسورها را به اين 3 ورودي وصل کنيم.

به همين ترتيب براي 3 سنسور طرف ديگر هم همين مدار را مي بنديم.

حال نتيجه ي مدار را بررسي مي کنيم. (به عنوان مثال سمت راست را بررسي مي کنيم)

در حالت عادي که هيچ يک از سنسورها روي خط نيستند، سنسورها در ناحيه ي سفيد رنگ هستند و خروجي انها 1 منطقي است و در نتيجه، خروجي AND نيز 1 مي باشد، و اگر هر کدام از سنسورها بر روي خط بروند، خروجي آ ن سنسور 0 مي شود و در نتيجه خروجي AND نيز 0 منطقي مي شود.

حالا چگونه به وسيله ي خروجي AND هر طرف موتور آن سمت را خاموش و روشن کنيم؟

بخش خروجي ربات(کنترل موتورها)

ما در اين قسمت بايد مداري را براي موتورها ببنديم که بتوان با آن، به وسيله ي خروجيِ ANDي که در قسمت پردازشگر آماده کرده ايم، موتور را روشن و خاموش کرد. يعني هرگاه خروجي AND ، 1 منطقي بود، موتور روشن باشد و هرگاه خروجي AND ، 0 منطقي بود، موتور خاموش شود.

اين مدار همانطور که احتمالاً حدس زده ايد بسيار ساده است، فقط کافيست ما پايه ي – موتور هر سمت را به – منبع تغذيه متصل کنيم، و + آن موتور را هم نيز به خروجي AND هر طرف وصل کنيم.

حالا مدار اصلي ربات را به صورت شماتيک رسم مي کنيم.

نکته: در مدار بالا، براي مختصرتر شدن مدار شماتيک، فرستنده هاي مادون قرمز در مدار کشيده نشده اند، دوستان فراموش نکنند که در مدار اصلي در کنار هر گيرنده بايد يک فرستنده تعبيه شود!!

نکته ي بسيار مهم:

همانطور که در شکل مي بينيد، خروجي آي سي 7408 مستقيماً به موتورها متصل نشده است، بلکه وارد بافر شده و از از پايه ي متناظر به موتور وصل شده. همانطور که در جلسات قبل نيز گفته شده بود، آي سي هاي معمولي مثل 7408 و 7432 و ...، جريان دهي پاييني دارند و نمي توان آن ها را مستقيماً به موتور يا ساير قطعاتي که جريان بالايي مي خواهند متصل کرد، به همين منظور ما از بافر74245 استفاده مي کنيم. اما معمولاَ اين أي سي نيز توانايي راه اندازي موتور ربات را ندارد. ساده‌ترين راه براي حل اين مشكل، يك تقويت ترانزيستوري ساده است. يعني خروجي بافر را توسط يك ترانزيستور(مثلاً TIP41) تقويت كنيم. در صورت استفاده از ترانزيستور معمولاً ديگر نيازي به استفاده از بافر نيست و مي‌توان خروجي آي سي 7408 را مستقيماً به پايه‌ي Base ترانزيستور متصل نمود و آن را به اين شكل تقويت كرد.

البته براي موتورها قوي تر، بايد از درايورهاي مخصوص مثل L298 استفاده کنيم که جلسه ي بعد به آن اشاره خواهد شد.

همچنين در جلسه ي بعد با آي سي ULN2003 نيز آشنا خواهيد شد (براي راه اندازي موتور). چند نکته ي حرفه اي هم در مورد ربات مسير ياب مطرح خواهيم کرد.

موفق و پيروز باشيد.تا جلسه ي آينده خدا نگه دار

آموزش ساخت روبات(جلسه10)

مطالب مشابه :

آموزش ساخت ربات مسیر یاب

آموزش ساخت روبات(جلسه2)

آموزش ساخت روبات(جلسه10)

ساخت روبات جنگجو

آموزش ساخت روبات(جلسه 1)

آموزش ساخت روبات مسیر یاب

آموزش ساخت روبات

آموزش ساخت روبات(جلسه6)