1-     مقدمه

ربات‏های متحرک پیشرفته معمولا ترکیبی از اجزای نرم‏افزاری و سخت‏افزاری ناهمگن می‏باشند. در بسیاری از موارد، در طول مرحله‏ی گسترش و طراحی و زمانی که ساختار یک ربات هنوز در فازهای نخست طراحی قرار دارد، اجزا نرم‏افزاری و سخت‏افزاری باید امکان نمونه‏گیری سریع یک سیستم کنترل را فراهم کنند. این امکان وجود دارد که این مهندسی کنترل مورد نظر برای فاز طراحی اولیه و یا طراحی مدل نهایی ربات به کارگیری شود.این فرایند فقط بر روی جنبه‏های کاری اصلی از قبیل طرح سخت‏افزاری، سیستم کاری زمان واقعی سطح پایین و برخی اجزای نرم‏افزاری به کارگیری شده در ربات تمرکز می‏کند.

این مقاله به ترتیب زیر سازماندهی شده است. بخش 2 ماژول تعبیر شده pc-104 و یک سیستم عملیاتی زمان واقعی را به عنوان هسته‏ی اصلی چهارچوب کاری مورد بحث، توضیح داده است. علاوه بر آن توانایی عمومی به کارگیری و فعال‏سازی نرم‏افزار کنترل از راه دور ربات نیز ارائه گردیده است و در نهایت این مقاله در بخش 3 نتیجه‏گیری شده است.

2-     معماری سیستم کنترل

این بخش طرح سخت‏افزاری را که برای ساخت چهارچوب کلی مورد نظر و برای طراحی استراتژی‏های کنترلی متفاوت یک ربات بازرس مورد نظر است، توضیح داده است.

2-1 طرح سخت‏افزاری

همان‏طور که در مقاله‏های شماره‏ی 3،2،1 مرتبط با این بحث نشان داده شده است، ساختار یک ربات از یک ربات پیاده‏روی 4 پا (12 سرومکانیزم) به یک ربات چرخی (که در مرحله‏ی اول دارای 4 و در مرحله دوم دارای 6 موتور پله‏ای است) تغییر پیدا کرده است. همین حالت اصلی‏ترین دلیل برای انتخاب و به کارگیری تکنولوژی pc-104 به عنوان پلت فرم سخت‏افزاری می‏باشد. ماژول اصلی طرح سخت‏افزاری مادربرد pc-104 با منبع تغذیه‏ی 5 ولت DC می‏باشد.

این سخت‏افزار مجهز به یک پردازشگر سلرون300 مگاهرتزی می‏باشد.

(رابط ادرنت، USP1.1,RS-232,PCI bus) RAM 512 مگا بایت و فلش 2 گیگا بایت.)

شکل1  قطعات اصلی ربات بازرسی Amigo

 

قسمت دوم DMM-32X-AT یک برد دریافت اطلاعات با فرمت pc-104 با مجموعه‏ی کاملی از ترکیب‏های دیجیتال و آنالوگ I/O می‏باشد.این سیستم 32 ورودی‏های آنالوگ با رزولشن 16 بیتی و سطح ورودی قابل برنامه‏ریزی، 250.000 نمونه در حداکثر نرخ نمونه‏سازی ثانویه با عملکرد ,FIFO 4 عدد خروجی آنالوگ با رزولشن 12 بیتی، محدوده و سطح خروجی آنالوگ قابل تنظیم کاربردی، 24 خط دیجیتالی I/O یک تایمر 32 بیتی برای تبدیل A/D و زمان بندی ایجاد وقفه و یک تایمر 16 بیتی برای اهداف کاری کلی. آخرین بخش یک پردازشگر تصویری MPEG-4 چهار کاناله با عملکرد اجرایی بالا می‏باشد که برای پشتیبانی از رمز‏گذاری تصویری زمان واقعی مورد استفاده قرار می‏گیرد.

از این ماژول‏ها برای به کارگیری تمامی اطلاعات I/Oدر تمامی سیستم‏ها و محاسبه‏ی پارامترهای کنترلی استفاده می‏شود.

2-2 سیستم کاری زمان واقعی سخت[1]

سیستم کاری زمان واقعی (که به اختصار RTOS نامیده می‏شود) باید سطوح سرویس‏دهی مورد نیاز در یک زمان پاسخگویی محدود شده را فراهم کند. این سیستم به این خاطر زمان واقعی نام‏گذاری شده که هیچ‏گونه فاصله‏ی زمان‏بندی را از دست نمی‏دهد. نویسندگان RTOS را این گونه شرح می‏دهند: RTLinux, KURT, RTAI, Windows CE, VxWorks. در نهایت واحدRTAI به عنوان توسعه‏ی استاندارد لونیکس کرنل و به دلایل ساده‏ای که می‏تواند LXRT توسعه یافته را ارائه می‏کند، انتخاب شد، و دلیل دیگر انتخاب هزینه‏‏ی رایگان آن بود.


[1] Hard real-time operating system

شکل 2  میکرو کرنل معماری زمان واقعی برای ربات بازرس Amigo

شکل1، یک دیاگرام سیستم عملیاتی مورد بحث را که در ربات به کار گرفته شده است، نشان داده است. فرایند ارتباطی داخلی به وسیله‏ی یکی از مکانیزم‏های پیش رو فراهم می‏گردد:UNIX PIPEsمحوری (حافظه) مشترک، صندوق‏های نامه وnet_rpc. در مرحله‏ی اول پروژه فقط لوله‏های نام‏گذاری شده به کارگیری می‏شوند. همچنین می‏توان از آن برای فرایندهای زمان واقعی ارتباطی بین اجزا و همچنین با فرایندهای کاربری نرمال Linux مورد استفاده قرار بگیرد. 

در این فرایند با قرار دادن اطلاعات در داخل RTAI FIFOsدسترسی به هر دستگاه متصل به ربات به سادگی امکان‏پذیر است. علاوه برآن،DebianLinuxتعبیر شده در سیستم بر روی ربات نصب شده است و تمامی مزایای استفاده از سیستم‏های عملیاتی استاندارد را ارائه می‏کند. ,TCP/IP) خطوط بی‏سیمLANs، NFS, SSH،پایگاه داده‏های SQL، , C/C++,Pythonکاربرد جاوا و غیره)

2-3- EmAmigo 3.14- رابط کاربری

برنامه‏یEmAmigo 3.14یک رابط کاری جهت‏دار است که برای انجام فعل و انفعالات داخلی کاربری نهایی با ربات به کار می‏رود. این برنامه بر روی کتابخانه‏های Qtو برنامه‏ی ++C تعبیر شده است[11].

شکل 3   EmAmigo 3.14-KDE رابط کاری رباط Amigo

این برنامه برخی از قابلیت‏های ربات را فعال می کند. این قابلیت ها عبارتند از کنترل از راه دور توسط یک اپراتور انسانی (با استفاده از صفحه کلید و یا دسته‏های کنترلی)، بازرسی و کنترل پارامترهای مختلف ربات (حالت‏های ربات، طول مدت زمان تصاویر بر حسب پا) و یکپارچه‏سازی اطلاعات مورد نیاز برای آموزش و یادگیری کنترل‏کننده‏های رفتاری.

 

1-     نتیجه‏گیری

در این مقاله، نویسندگان و مولفان، چهارچوب نرم‏افزاری و سخت‏افزاری که می‏توان برای کنترل سریع سیستم‏های مکاترونیکی از قبیل ربات‏ها به کار برد را به کاربر توضیح داده‏اند. با هم قرار دادن تکنولوژی PC/104 و یک سیستم عملیاتیRTAI با ویژگی زمان واقعی سخت، باعث می‏شود به یک وسیله‏ای که طراحی و توسعه‏ی آن آسان باشد، دست پیدا کنیم.