پایان نامه ربات تعقیب کننده خط

پایان نامه جهت اخذ مدرک کاردانی ناپیوسته الکترونیک

مقدمه:

تاریجچه:

در یک تعریف بسیار ساده و ابتدایى مى توان گفت ربات ها ماشین هایى قابل کنترل توسط کامپیوترها هستند که برنامه ریزى شده اند تا حرکت کنند، اشیاى خاصى را جابه جا کنند و کارهاى دیگرى که در محدوده کارى آنها قرار دارد، انجام دهند. ربات ها مى توانند کارهاى تکرارى را سریع تر، ارزان تر و دقیق تر از انسان ها انجام دهند. لغت ربات از کلمه چکسلواکى robota، به معنى نیروى کار اجبارى، گرفته شده است. کلمه ربات اولین بار در سال ۱۹۲۱ توسط کارل کپک، رمان نویس و نمایشنامه نویس اهل چکسلواکى استفاده شد. کلمه ربات به ماشینى گفته شده بود که براى کمک به انسان کارهایى را که براى انسان سخت و نامطلوب یا ناخوشایند است، انجام مى دهد.

 ربات ها در فیلم ها به صورت خیالى و خارق العاده و هوشمند و گاهى اوقات موجودات مصنوعى خطرناک به تصویر کشیده مى شوند. اما ربات ها در حقیقت براى انسان ها کار مى کنند و کارها و ماموریت هایى که ممکن است براى آنها خطرناک باشد، انجام مى دهند. در آینده، ربات ها در مدارس، منازل و حتى در بخش هایى از بدن انسان حضور خواهند داشت.    

 در اوایل قرن هجدهم، براى اولین بار عروسک هاى خیمه شب بازى مکانیکى در اروپا ساخته شد. این عروسک ها ربات خوانده مى شدند و توسط حلقه‌هاى متصل به هم گردانده مى شدند و توسط انتخاب گرهاى استوانه دوار کنترل مى شدند. در ۱۸۰۱ جوزف ماریا جکوارد یک دستگاه بافندگى خودکار اختراع کرد. این دستگاه براى کنترل بالا رفتن نخ ها در کارخانه‌هاى پارچه استفاده مى شد و اولین دستگاهى بود که مى توانست برنامه اى را ذخیره کند و یک ماشین را کنترل کند. پس از آن متداوماً تغییرات بسیار اندکى در سیر تحول ربات ها رخ مى داد، اما به کندى به جلو حرکت مى کرد.                            

در اواخر دهه پنجاه و اوایل دهه شصت، اولین ربات هاى صنعتى به نام Unimate، توسط جورج دول و جو اینگلبرگ ارایه شد. اولین امتیاز ثبت اختراع به نام دول بود، اما اینگلبرگ نخستین ربات بازارى را ساخت. از این رو اینگلبرگ «پدر علم رباتیک» نامیده شده است. در سال ،۱۹۵۴ جورج دول یک بازوى مصنوعى با چندین اتصال ارائه کرد که مقدمه اى براى ربات هاى پیشرفته امروزى شد. پس از آن یک مهندس مکانیک به نام ویکتور شینمن، یک بازوى انعطاف پذیر ساخت که تحت عنوان بازوى دستى جهانى قابل برنامه ریزى شناخته شد.                          (PUMA)

قانون ربات ها:                        

در سال ۱۹۵۰ ایساک آسیموف، دانشمند و نویسنده داستان هاى علمى و تخیلى قوانین ربات ها را مطرح کرد: اول: ربات نباید به هیچ انسانى آسیب برساند یا عملکرد آن موجب زیان رساندن به کسى شود. دوم: ربات باید از دستوراتى که توسط انسان ها به آن داده شده است، پیروى کند، مگر اینکه آن دستورات با قانون اول تعارض داشته باشد. و سوم: ربات باید از وجود خود محافظت کند تا زمانى که این موضوع با دو قانون اول تضاد نداشته باشد. در سال ۱۹۸۳ ربات هاى متحرک با معرفى یک ربات که به شکل یک خودرو کوچک با شش چرخ بود و مى توانست از اشیا بالا برود، وارد صحنه شدند. این وسیله مى توانست پنج تا شش برابر وزن خود را بلند کند و دو یا سه برابر وزنش را جابه جا کند.               

کارهاى خطرناک و تکرارى:               

علم طراحى و ساخت ربات ها موجب کیفیت بهتر و هزینه کمتر در صنعت تولید شده است. البته ممکن است باعث صدمه زدن به مشاغل غیرتخصصى شود، اما موجب ایجاد شغل هاى جدیدى براى افراد متخصص در نرم افزار و حس گرها مى شود. افرادى ممکن است مشاغل غیرتخصصى خود را از دست بدهند و افرادى با این مهارت ها آموزش ببینند. ربات هایى که در خطوط تولید استفاده مى شوند باعث مى شوند که بسیارى از مشاغلى که توسط انسان ها انجام مى شده است، از مسیر تولید خارج شود و این موضوع موجب کم شدن هزینه شرکت ها مى شود، اما بسیارى از کارگران شغل خود را از دست مى دهند.      

در سال ،۱۹۹۵ هفتصد هزار ربات در جهان صنعتى وجود داشت که ۵۰۰ هزار از این تعداد در ژاپن استفاده مى شد. حدود ۱۲۰ هزار در اروپاى غربى و شصت هزار در آمریکا و بقیه در سایر کشورها، کارهایى را که براى انسان ها خطرناک و نامطلوب است، انجام مى دادند. نمونه اى از کارهاى خطرناک، انتقال موادى مانند نمونه‌هاى ادرار یا خون یا جست وجو درآب هاى عمیق است. ربات ها همچنین براى انجام کارهاى تکرارى استفاده مى شوند، آنها مى توانند ۲۴ ساعت در روز بدون اینکه خسته شوند کار کنند. شرکت ژنرال موتورز از این ربات ها براى جوشکارى نقطه اى، نقاشى، بارگیرى ماشین ها، انتقال بخش ها و مونتاژ استفاده مى کند. با کمک ربات ها خطوط مونتاژ به علت افزایش دقت و هزینه کمتر نیروى کار، خیلى سریع پیشرفت کرده اند.         

البته ربات ها فقط در صنعت استفاده     نمى شوند. مرد حلبى یک صندلى چرخدار مکانیکى است که براى افرادى با معلولیت بسیار زیاد به کار مى رود و توسط شرکت KISS ساخته شده است. این ربات مى تواند راه خود را از بین ورودى ها و راهروها پیدا کند و برخى مسیریابى هاى محدود را انجام دهد.             

ربات هاى بااحساس:                     

دانشمندانى در سراسر دنیا در جست وجوى مولفه‌هایى براى توسعه ربات هاى اجتماعى پیشرفته هستند، از قبیل سیستم هاى تشخیص احساسات و سیستم هاى بیان احساسات. هر رباتى که به طور طبیعى با انسان رابطه دارد، نیاز دارد تا بتواند حالات و بیان عواطف انسان را تشخیص دهد و احساسات خود را به شکلى که براى انسان قابل فهم است، بیان کند. یکى از پیشگامان در این زمینه تحقیقاتى سینتیا برزیل است که دانشمندى در علم رباتیک در موسسه تکنولوژى ماساچوست است و یک ربات شبیه سر انسان و گویا ساخته است به نام Kismet. این ربات داراى پلک ها، چشم ها و لب هاى متحرک است که انواعى از بیان هاى احساسى را براى آن ممکن مى کند. Kismet زمانى که تنها است به نظر غمگین مى رسد، اما زمانى که وجود چهره یک انسان را درک مى کند، لبخند مى زند. اگر اتومبیل خیلى سریع حرکت کند، چهره بیانگر ترس آن هشدار مى دهد که چیزى اشتباه است. ربات دیگرى که بیانگر احساسات است WE-4R نامیده مى شود که توسط آتسو تاکانیشى و همکارانش در ژاپن ساخته شده است. این ربات علاوه بر سر مى تواند نیم تنه خود را حرکت بدهد و بازوهاى خود را تکان بدهد و احساسات خود را نشان بدهد. تکنولوژى با چنان سرعتى پیشرفت مى کند که برخى نگران هستند که چه اتفاقى خواهد افتاد، زمانى که احساسات ربات ها شبیه عواطف ما انسان ها شود.                                   

آینده ربات ها:                        

احتمالاً مهمترین تغییراتى که در آینده ربات ها چشمگیر خواهد بود، افزایش توانایى آنها در استدلال و درک کردن مسائل است. هوش مصنوعى به سرعت از آزمایشگاه‌هاى دانشگاه‌ها تا کاربردهاى عملى در صنعت در حال رشد است و ربات ها در حال توسعه هستند تا بتوانند وظایفى را که نیاز به شناخت و درک دارد انجام دهند. در آینده، تشخیص خطا و نقص در هواپیماها و ماهواره‌ها، مدیریت و سازماندهى یک میدان نبرد یا کنترل یک کارخانه بزرگ، توسط کامپیوترهاى هوشمند انجام خواهد شد.

براى درک این مطلب که ربات ها سى سال بعد، یعنى در سال ،۲۰۳۵ چه پیشرفتى خواهند کرد، بازى ویدیویى Pong را در نظر بگیرید که در سال ۱۹۷۳ پیشرفته ترین نوع خود بود. در این بازى یک نقطه سفید نمایشگر توپ تنیس بود که در یک صفحه سیاه عقب و جلو مى رفت و بازیکنان با تغییر دکمه دسته فرمان بازى، توپ را بالا و پایین مى کردند! با استانداردهاى امروزى، این بازى به طور باورنکردنى قدیمى و اولیه است. به همین شکل ربات هاى امروزى به نظر مردم سال ۲۰۳۵ قدیمى مى رسند!                                

آیا انسان ها در سال ۲۰۳۵ به ربات هاى اولیه سال ۲۰۰۵ نگاه مى کنند و آرزو مى کنند کاش ربات ها تا این اندازه پیشرفت نکرده بودند؟ اگر مى خواهیم در آینده شاهد نبرد بین انسان ها و ربات ها نباشیم، باید بیندیشیم که چگونه مطمئن شویم که ربات ها مطمئن و بى خطر باقى خواهند ماند، حتى زمانى که آنها بسیار هوشمند باشند. همانطور که آمد، ایساک آسیموف سه قانون براى برنامه ریزى ربات ها پیشنهاد داده است تا مانع خطرناک شدن آنها شود. در ابتدا این سه قانون براى اینکه ربات ها را سر جاى خودشان بنشانیم، بسیار خوب به نظر مى آیند. اما دانشمندان رباتیک با مشکلات بسیارى مواجه هستند. آنچه به نظر مى آید این است که براى جلوگیرى از آسیب رساندن ربات هاى هوشمند به انسان ها، مسائل بسیار پیچیده ترى از این سه قانون وجود دارد.                               

مختصری در مورد پروژه:

پروژه ای که مشاهده می فرمایید حاصل کار اینجانب داوود طالبیان دانشجوی کاردانی ناپیوسته الکترونیک ورودی 1384 می باشد.

این ربات یک ربات تعقیب کننده خط (Line Follower می باشد که خطوطی را (حتی شکل های هندسی )تعقیب می کند.

ربات های مسیر یاب به طور کلی از موتور های DC استفاده می کنند که مهمترین اشکال آنها دقیق نبودن موتور های DC می باشد به همین دلیل در این پروژه از استپ موتور استفاده شده است.

 در این پروژه از زبان برنامه نویسی BASIC توسط کامپایلر BASCOM استفاده شده است.آشنایی قبلی با این زبان و راحتی کار با زبان بیسیک از دلایل استفاده از این کامپایلر می باشد.علاوه بر مطالب ذکر شده تراشه های AVR دارای معماری خاصی می باشند که کار را برای استفاده از زبان های برنامه نویسی سطح بالا (HLL:High Level Languages) آسان کرده است.

سنسور های به کار رفته در این پروژه سنسورهای مادون قرمز فرستنده-گیرنده  به صورت یک پک هستند که برای تولید پالس منطقی قابل دریافت توسط میکرو کنترلر به یک مقایسه کننده وصل شده اند.

یک از مشکلات این پروژه ، به غیر از مشگلات نرم افزاری ، راه اندازی و بایاس سنسورها ومشکل دیگر راه اندازی استپ موتور ها بود.

استپ موتور ها به دلیل مصرف بسیار بالا باعث داغ شدن آی سی درایور

ULN2003 محصول TEXAS-INSTRUMENTS می شدند که با جایگزینی 4 عدد آی سی ULN2803 محصول TOSHIBA این مشکل تا حدودی رفع شد.

ولتاژ کاری موتور ها 5 ولت بوده که به دلیل استفاده از منبع تغذیه 5 ولت احتیاجی به رگولاتور ندارند.