مکاترونیک

[1] feeders

شکل 1-3 ماز ساده که با مقوا، چوب و یا آجر لگو ساخته شده به همراه یک یا چند ایستگاه شارژ. مکان ها در ماز با استفاده از نشانگرهای خاص علامت گذاری شده که می­تواند توسط یک ربات ساده تشخیص داده شود.

باید مورد توجه قرار دهید که چگونه می­توانید این وظایف را با استفاده از توانایی های خود حل کنید و همچنین در حالتی که برخی از حسگرهای خود را از دست داده­اید باید در مورد استراتژی های سيستم پشتيبان در شرايط اضطرارى[1] فکر کنید. در اینجا برخی از الگوریتم های ممکن برای یک ربات، با قابلیت هایی که فراهم شده عبارتند از:

• تصور کنید که شما یک ربات دارید که تنها می­تواند رانندگی (حرکت) کند و در برخورد با دیوار برگردد. در نهایت، نتیجه حرکت تصادفی ربات رسیدن به یک فیدر می­باشد. از آنجا که زمان مجاز محدود است، این احتمال وجود دارد که انرژی ربات به زودی تمام شود.
• حالا تصور کنید که ربات دارای یک حسگر است که به آن توانایی تخمین فاصله از دیوار را بدهد. این می­تواند یک جاروبک[2]، حسگر فاصله مادون قرمز، حسگر فاصله مافوق صوت، و یا یک دامنه یاب لیزری باشد. حالا ربات از این حسگر برای حفظ فاصله درست از دیوار می­تواند استفاده کند. با استفاده از این استراتژی برای حل ماز، در نهایت به جز جزایر داخل آن، تمام ماز کشف می­شود.
• در نهایت، فکر کنید در مورد یک ربات که دارای الگوهای ساده شناسایی بصری با حسگر فاصله برای جلوگیری از برخورد به دیوارها و "فاصله سنج" برای پیگیری چرخش چرخ آن است. با استفاده از این قابلیت، استراتژی برنده بالقوه می­توان به کشف محیط، شناسایی علامت­های در محیط با استفاده از بینایی و استفاده از آنها برای ایجاد یک نقشه از تمام نقاط فیدر، محاسبه کوتاه ترین مسیر فیدر با فیدر و رفتن به عقب و جلو بین آنها دست یافت. استراتژی معقول، ممکن است این حس باشد که فقط و مدت کوتاهی قبل از به آخر رسیدن قدرت ربات در مقابل فیدر صبر کند.

1-4 چالش های ربات خودمختار موبایل

توانایی ارتباط اطلاعات حسگر با نقشه محیط فقط با شمارش مراحل مختلف و موقعیت یابی خود با استفاده از ویژگی های متمایز محیط به عنوان نقشه خوانی و موضع­یابی همزمان (SLAM) شناخته می­شود. چالش کلیدی در اینجا این است که طول مراحل نامشخص است (به عنوان مثال، ربات چرخ دار ممکن است لغزش داشته و یا اندازه چرخ ها کمی متفاوت باشد) و ممکن است تشخیص مکان ها با دقت 100٪ (حتی برای انسان) امکان پذیر نباشد. بنابراین به منظور توانایی اجرای چیزی شبیه به آخرین الگوریتم در یک ربات واقعی، ما نیاز به درک موارد زیر داریم:

• چگونه یک ربات حرکت می­کند؟ چگونگی چرخش چرخ ها تحت تاثیر موقعیت و سرعت آن
• چگونه سرعت چرخ را به منظور رسیدن به سمت مورد نظر باید کنترل کرد؟
• چه حسگری برای درک یک ربات از وضعیت خود و محیط وجود دارد؟
• چگونه می­توان اطلاعات ساختاری مقدار زیادی از داده های حسگر را استخراج کرد؟
• چگونه می­توانیم تعیین موضع کنیم؟
• چگونه می­توان خطاها را نشان داد و چگونه می­توانیم در مواجهه با عدم قطعیت استدلال نماییم؟

به منظور پاسخ به این پرسشها، ما به مثلثات، جبر خطی و نظریه احتمالات تکیه می­کنیم. مفاهیم خاص که در سراسر این کتاب استفاده خواهد شد شامل مثلثات پایه، نماد ماتریس، فرمول بیز و مفهوم توزیع احتمال است. شما خواهید دید که رباتیک در واقع یک وسیله­ای بزرگ برای افزودن معنی به این مفاهیم است!

1-5 چالش های کار خودمختار

در مورد آخرین باری که با دست خود کار کرده­اید فکر کنید. این شامل تایپ کردن بر روی صفحه کلید، نوشتن بر روی یک تکه کاغذ، دوخت یک دکمه بر روی پیراهن و یا استفاده از چکش و یا یک پیچ گوشتی است. متوجه خواهید شد که این فعالیت­ها نیاز به طیف گسترده­ای از مهارتها دارد، که شامل توانایی کار با دقت، طیف گسترده­ای از نیروها و طیف گسترده­ای از قابلیت های حسی می­باشد. همچنین برخی از وظایف فراتر از توانایی های شماست، مانند عبور دادن نخ از میان پارچه، چرخاندن یک پیچ، یا کشیدن میخ از یک قطعه چوب، که به راحتی با ابزار مناسب انجام می­شود.

تاکنون، دست رباتیک به دور از رسیدن به مهارت و زبردستی دست انسان است. با این حال، با ابزار مناسب (به نام "پایان موثر[3]" در موضوع رباتیک) برخی از وظایف را می­توان حتی بهتر حل کرد، بخاطر این که سریع تر و دقیق تر، از انسان است. همانند حل مسئله رباتیک موبایل، مسائل کار دست نیز نیاز به ترکیب مناسب استدلال و طراحی مکانیزم دارد. به عنوان مثال، گرفتن قطعات کوچک با یک انبرک ممکن است کار غیر ممکنی باشد، اما با مکانیزم مکش واقعا آسان است. یا چیدن یک لوله آزمایش که به سختی با حسگر ربات قابل مشاهده است را می­توان با استفاده از یک مکانیزم مانند قیف تقریبا کورکورانه در"پایان موثر" برداشت. متاسفانه، این ترفندها به احتمال زیاد تطبیق پذیری ربات شما را محدود خواهد کرد و نیاز است در مورد مسئله و نیاز کاربران به عنوان یک ایده کلی فکر کنید.

تکلیف خانه

• چگونگی بهترین حل یک مسئله تابعی است از توانایی دسترسی به حسگر، بکارگماری، محاسبات و ارتباطات پلت فرم در دسترس است. معمولا، سنجشی که به شما اجازه حل یک مسئله با استفاده از مجموعه­ای از حداقل منابع با عملکرد سازشی مانند سرعت، دقت و قابلیت اطمینان وجود دارد.
• مسائل رباتیک با مسائل صرفاً هوش مصنوعی فرق می­کند که با بکارگماری یا حس غیر قابل اعتماد مواجه نمی­شود.
• عدم اطمینان از حسگرها، رله و لینک ارتباط نیاز به یک مفهوم احتمالات سیستم و دلیل برای عدم قطعیت دارد.

تمرینات

1. چه نوع حسگری برای حل بازی "Ratslife" نیاز دارید؟ درباره هر دو مورد"روش های ناچیز و نزدیک به مطلوب" فکر کنید.

2. چه دستگاهی در منزل شما می­تواند ربات در نظر گرفته شود؟ چرا؟

3. کدام صنعتی اخیراً توسط رباتیک متحول شده است؟ در کدام صنعت ربات برای اولین بار معرفی شد؟

4. زمانی که می­خواهید یک شیء را بگیرید از چه حواسی استفاده می­کنید؟ همه آنها را نام ببرید. کدام یک برای عملکرد خوب کاملا لازم هستند؟

5. در مورد ربات رفتگر و یا چمن زن خود فکر کنید. آیا در آنها از هر گونه برنامه­ریزی استفاده شده است؟ چرا؟

6. چه نوع حسگری در ماشین برای رانندگی کاملا خودمختار نیاز است؟ ابتدا در مورد نوع اطلاعاتی که ماشین نیاز دارد تا آگاه شود فکر کنید و سپس درباره انواع حسگری که می­تواند این اطلاعات را ثبت کند بحث نمایید.

7. با استفاده از یک ربات به انتخاب شما یک مسیریاب ساده پیاده سازی نمایید. چگونه ضخامت خط، حسگر در ربات را تحت تاثیر قرار می­دهد؟ چگونه انحنای آن بر سرعت ربات تاثیر می­گذارد؟

8. با استفاده از یک ربات wall following ساده به انتخاب شما یک الگوریتم حل ماز  را پیاده سازی نمایید. چگونه هندسه حسگر بر عملکرد ربات اثر می­گذارد؟ پارامترهای که شما خودتان برای تنظیم پیدا کردید چیست؟