آموزش ساخت گام به گام ربات مسیریا

tabloled

با سلام خدمت همه دوستان
ابتدا در اینجا لازم می دانم که از جناب مهندس لاچینی که پیشنهاد اینجانب را قابل دانستند و در سایتشان عنوان رباتیک را ایجاد کردند تشکر کنم.
این تاپیک فقط جنبه آموزشی دارد و برای ساخت ربات مسیریاب ویژه مسابقات با 8 عدد سنسور مادون قرمز می باشد.

این ربات حدود 3 سال پیش توسط اینجانب به طور صد در صد عملی ساخته شده است.
و در مسابقات استانی و کشوری نیز شرکت کرده است و مقام هایی را نیز به دست آورده ام.
و همچنین در بین 1300 نفر از دانشجویان موسسه آموزش عالی خراسان به عنوان برترین پروژه انتخاب شده است.

ضمنا دوستان عزیز چنانچه سوال و یا مشکلی داشتند می توانند با شماره 09158011030 تماس حاصل فرمایند.
و یا به آدس tabloled@yahoo.com ایمیل بزنند.با تشکر - مهدی ساقی
-----------------------------------------------------------------------------------------------
مقدمه
ساخت ربات از موضوعاتي است که از مجموعه اطلاعات از علم مکانيک ،الکترونيک ، کامپيوتر (سخت افزارونرم افزار) وهوش مصنوعي را در قالب يک وسيله هوشمند نمود مي بخشد.
شايد ساخت تک تک اجزايي که در يک روبات به کار مي روند (مانند مدار کنترلي ، برنامه نرم افزاري ، ارتباط باکامپيوتر ، سنسورها ، عملگرها ، موتورها وبدنه )کار چندان مشکلي نباشد ، اما در کنار هم قرار دادن اين اجزا، تامين ارتباط مناسب و بهينه جبران سازي ضعفهاي يک بلوک به کمک بلوکهاي ديگر و در نهايت به وجود آوردن رباتي که ساخت آن به صورت انفرادي بوده(بدون هم گروهي)كه تا مدتي قبل شامل: قطعه - بدنه و مدار نبوده و حال به صورت موجودي هوشمند به حرکت در آمده و آنچه راكه شما دستور ميدهيد رابتواند انجام بدهد كاري دشوار به نظر مي رسد

1 ) فصل اول : اصول کلي طراحي و ساخت يک روبات تعقيب خط
1-1 ) مواردي که روبات تعقيب خط کاربرد دارد :
در ميان روباتهاي مختلف که در حيطه مسابقات (مانند روبات مين ياب ،موش پنير ياب ،جنگجو ،فوتباليست و...)يا در حيطه صنعتي (روباتهاي نقاش،جوشکار ،مونتاژ قطعات ،تيرانداز و...)وجود دارد ،ميتوان روبات تعقيب خط را يکي از ساده ترين عضو خانواده روبا ت انگاشت . عضوي که به علي رغم بي پيرايه بودن و سادگي ، داراي تمام اجزايي است که در يک روبات بايد وجود داشته باشد به همين لحاظ ،شايد بهترين و روشن ترين دروازه ورود به دانش روبا تيک ، روبا ت تعقيب خط باشد. به همين لحاظ در اين نوشته به معرفي کلي اجزاي اين روبات مي پردازم وآنچه بايد براي ساخت آن انجام شود را مرور ميکنيم
1-2) وظيفه ي روبات تعقيب خط
روبات تعقيب خط بايد بتواند يک خط مشکي رنگ به به عرض 8/1 سانتي متر(معمولا چسب برق)را در يک صفحه سفيد دنبال کند .يعني وقتي در ابتداي خط مشکي تنظيم و سپس روشن شود .بدون نياز به دخالت کاربر به دنبال خط مشکي حرکت کند ،
درشكل1 نمونه اي ازمسير مسابقه رملاحظه مي كنيد.
اخيراً مقررات جديدي از جمله امکان وجود بريدگي در خط ، وجود تونل ،پيچهاي 90 درجه حلقه،تقاطع و ... به قوانين مسابقات اضافه شده است .

شکل 1 ) نمونه اي از يک مسيرمسابقه
1-3 ) بلوک دياگرام يک روبات تعقيب خط
از نظر کلي هر روبات بايد
• از طريق سنسور ها يش (حسگرها) اطلاعاتي را از دنباي خارج جمع آوري کند.
• اين اطلاعات را به اطلاعات قابل فهم مغز پردازشگر خود تبديل و به آن منتقل کند
• بر طبق برنامه ريزي قبلي ، اطلاعات را پردازش و تصميم مناسب را اتخاذ کند .
• تصميم نهايي را به کمک عملگرهايش اجرا کند

شکل 2 ) بلوک دياگرام يک روبات تعقيب خط
1-4) تفاوت روباتهاي مختلف به ماهيت اين مراحل بر مي گردد:
روبا ت تعقيب خط هم همچنين اجزاء را درون خودش دارد:
• براي حس کردن خط به دست کم دوسنسور نوري که تفاوت رنگ سفيد و مشکي را درک کند نياز دارد. اين سنسورها انواع مختلفي مانند ديود مادون قرمز،مقاومت متغيير با نور (فوتوسل)،فوتوـترانزيستور و... دارند .
• اطلاعات سنسوراز طريق يک مدار سوييچ يا مبدل آنالوگ به ديجيتال به واحد پردازشگر منتقل مي شود .
• مغز پردازشگر اين روبات مي تواند يک مدار منطقي يا يک ميکروکنترلراز هرنوعي باشد . روبات بايد در قبال منحرف شدن خط ، واکنش مناسب نشان داده و به قولي ((هرجا خط بپيچد او هم مي پيچد ))
• تصميم واحد پردازشگر مبني بر ادامه مسير يا پيچيدن به چپ و راست از طريق فرمانهايي که به موتورهاي روبات که ممکن است از نوع دي سي (آرميچر)يا پله باشد داده مي شود،انجام مي پذيرد .

شکل 3

1-5 )عملکرد روبات تعقيب خط
روبات تعقيب خط بسيار ساده عمل مي کند .اين روبات دست کم داراي دو سنسور نوراني است که دو خط مشکي در زمينه سفيد قرار مي گيرند(تعداد سنسورها به طريقي که خواهيم ديد مي توان بيش از دو عدد باشد ). دو موتورنيز وظيفه به حرکت در آوردن دو چرخ روبات را برعهده دارد

.

شکل 4) نمونه اي از يک روبات مسير ياب

شکل5) نمونه اي از يک روبات مسير ياب

شکل6) نمونه اي از يک روبات مسير ياب

شکل7) نمونه اي از يک روبات مسير ياب
هر گاه روبات در حين حرکت به انحرافي در خط مشکي يا سفيد در زمينه اي مخالف رنگ خط برخورد کند يکي از سنسور هايش وارد خط مي شود .؛مثلاً اگر خط مشکي به راست منحرف شود ،سنسور سمت راست روبات وارد خط مشکي مي شود . هرگاه روبات در حين حرکت به انحراف در خط مشکي برخورد کند،يکي از سنسورها وارد به خط مشکي با يد با توجه به سنسوري که وارد خط شده جهت انحراف خط را متوجه شود و به همان جهت بپيچد. ساده ترين راه براي پيچيدن به به يک سمت .خاموش کردن موتور همان سمت و ادامه کار موتور

شکل Cool

طرح گردش به راست يک ربات
سمت مخالف است. براي پيچيدن به روش حرفه اي تر مي توان به جاي خاموش کردن: موتورسمت موافق را در جهت معکوس چرخاند. ربات در حين پيچيدن روي زمين کشيده نمي شود و مي تواند در جا بچرخد.چرخيدن ربات بايد تا جايي انجام شود که سنسوري که وارد خط شده بود از خط خارج شود يعني مجددا تمام سنسور ها خارج خط قرار گيرند تا روبات بتواند به حرکت خود ادامه دهد.

شکل 9) طرح گردش به راست يک ربات به روش ديگر

پایان قسمت اول - دوشنبه 2 مهرماه 1390
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

tabloled

ادامه مطالب فصل اول

1-6 سنسور هاي تعقيب خط

شکل 7 بلوک دياگرام عملکرد يک سنسور نوري

همان گونه که گفته شد روبات تعقيب خط بايد از طريق سنسورهايش خط را حس کند و انحراف انرا تشخيص دهد.براي اين کار به يک سنسور نوري نياز داريم.بلوک دياگرام سنسور نوري به شکل 7 است . يک فرستنده ي نوري ويک گيرنده ي نوري را زير روبات کنار هم قرار ميدهيم،به صورتي که گيرنده به صورتي که گيرنده مستقيما در معرض نور ارسالي از فرستنده نباشدوتنها انعکاس ان از سطح مقابل را دريافت کند.از انجا که مقدار نور بازگشتي از سطح مشکي کمتر از مقدار نور بازگشتي از سطح سفيد است،به کمک تحليل مقدار نور دريافتي از سطح،مي توان مشکي و سفيد بودن سطح را تشخيص داددر زير سه نوع سنسور نوري مختلف را بررسي مي کنيم.
1-6-1 ديود مادون قرمز
فرستنده وگيرنده ي مادون قرمز دو ديود کاملا مشابه هستند.يکي از انها امواج مادون قرمز را از خود ساطع وديگري دريافت مي کند.

شکل9)مدار گيرنده ي مادون قرمز

شکل 10)مدار فرستنده ي مادون قرمز
توجه کنيد که ديود گيرنده در گرايش معکوس بسته شده است،بنابراين اگر ميزان نور مادون قرمزي که به ان نور مي تابد کم باشد(مثلا هنگام باز تابش از سطح مشکي )،ديود هدايت نمي کند وولتاژ outبالا خواهد بود.اگر نور مادون قرمز به ميزان زياد به ديود گيرنده بتابد،هدايت مي کند وولتاژoutايين تر از وقتي است که فرستنده| گيرنده وارد خط شده است.
1-6-2 مقاومت متغير با نور (فوتو-رزيستور يا فوتوسل)
مقاومتهاي معمولي تحت شرا يط مختلف(جريان،توان،دما،فشار،رطوبت ،نور،...)مقاومت تقريبا يکساني دارند(البته وقتي اين شرايط در بازه هاي مجاز مربوط به ان مقاومت تغيير کنند)اما مقاومتها يي نيز وجود دارند که با تغيير شرايط ،مقاومت متغيري از خود بروز مي دهند، مثلا ترميستور يک مقاومت متغير با دما است و با تغيير دماي محيط مقدار مفاومت ان تغيير مي کند.از ترميستور به عنوان سنسور دما مي توان استفاده کرد.
فوتوسل(PHOTOCELL)مقاومت متغير با نور معمولي است.مقدار اين مقاومت بسته به مقدار نوري که به ان مي تابد تغيير مي کند.برا ي استفاده از اين سنسور در روبات تعقيب خط کافي است ان را همراه با يک فرستنده ي نوري معمولي مثلا يک LEDبه کار بريد.بهتر است رنگ LEDرا طوري انتخاب کنيد که بيشترين درخشش را داشته باشد.(مثلا نارنجي تند).مدار زير راببينيد:

شکل 11)فرستنده گيرنده با استفاده از فتوسل
بسته به مقدار نور انعکاسي از سطح (که به سفيد يا مشکي بودن ان بستگي دارد )،ولتا ژتغيير مي کند.به بيان ديگر voutبا توجه به مقدار مقاومت فوتوسل و مقامت سري شده ي با ان ،در دو سطح مشکي و سفيد دو مقدار متفاوت دارد. از روي مقدار اين ولتاژ،روبات مي تواند خط را تشخيص دهد.
1-6-3 فوتو-ترانزيستور
در ترانزيستورهاي معمولي دو پيوندي (BJT)؛مقدار جريان ICکه از کلکتور به اميتر جريان دارد،بسته به جريان ibکه به بيس انها وارد مي شود تغيير مي کند.بنابراين با يک پيکر بندي مناسب ميتوان با تغيير ولتاژ (جريان)بيس،ولتاژ کلکتور را تغيير داد.در فوتو –ترانزيستور انچه باعث تغيير جريان کلکتور به اميتر مي شود نه جريان بيس ،بلکه نوري است که به بيس مي تابد.بنابراين بسته به نوري که به بيس فوتو-ترانزيستور مي تابد(که با انعکاس از دو سطح سفيد و مشکي متفاوت است)،ولتاژ کلکتور تغيير مي کند.اين نور بسته به نوع فوتو-ترانزيستور،مي تواند نور معمولي يا مادون قرمز باشد0مدار فرستنده-گيرنده ي فوتو-ترانزيستور به مدار فوتوسل شباهت زيادي دارد.

شکل 12) مقايسه ي فتو ترانزيستور وترانزيستور معمولي
1-7 تعداد سنسورها
اگر خط تنها پيچ و انحراف داشته باشد،دو سنسور که دقيقا دو سمت خط قرار گرفته باشد کافي است.اما معمولا در مسابقات .رسمي خط داراي بريدگيها و تقاطع هايي با زوايا واندازه هاي مختلف است.اگر تنها از دو سنسور استفاده کنيد،ممکن است خط را گم کنيد .بنابراين اگر چند سنسور در فواسل وزواياي مختلف تعبيه کنيد مفيد خواهد بود.براي تجربه ي اول بهتر است از دو سنسور استفاده کنيد و بعد ها با اضافه کردن سنسورهاي بيشتر عملکرد روبات را ارتقا بخشيد.

شکل 13) مسير يک روبات براي بررسي و انتخاب تعداد سنسور ها
1- Cool

تبديل و انتقال خروجي سنسور به مدار پردازشگر
خروجي هر کدام از مدارات سنسوري بخش قبل يک ولتاژ انلوگ (پيوسته)بين 0تا 5 ولت است که بسته به اينکه سنسور در محيط سفيد يا مشکي باشد مقادير مختلفي خواهد داشت.مثلا فرض کنيد خروجي يک سنسور در محيط کاملا سفيد حدود 2/1 ولت است و با ورود کامل ان سنسور به خط مشکي خروجي سنسور 8/3ولت مي شود(تلاش نکنيد سنسور خود را طوري بسازيد که ولتاژ خروجي ان دقيقا منطبق بر اين مقادير باشد(اين تنها مثالي براي درک شما از موضوع است).مدار پردازشگر بايد بر اساس اين دو مقدار واکنش مناسب را نشان دهد وروبات را هدايت کند .اما مدارهاي پردازشگر (چه مدار منطقي وچه ميکرو کنترلر)تنها مقادير ديجيتال را مي شناسند.يعني بايد با انها با زبان (صفر)و(يک)صحبت کرد.در منطق ولتاژ هاي ديجيتال از ولتاژ بين صفر تا حدود 8/0ولت به صفر منطفي واز ولتاژ بين 3تا5 ولت به (يک منطقي)تعبير مي شود.

شکل14 )نمودار ولتاژ قابل قبول براي تبديل به صفر و يک منطقي
بنابراين اگر مثلا خروجي يک سنسور نوري در محيط کاملا سفيد 2/1 ولت ودر محيط کاملا مشکي 8/3ولت باشد.يک مدار منطقي يا ميکرو کنترلر هيچ درکي از ان نخواهد داشت .بلکه اين ولتاژ ها بايد به مقادير ديجيتال تبديل شود تا قابل درک توسط مدار پردازشگر باشند.
براي تبديل خروجي انالوگ سنسور به مقدار ديجيتال دو راه وجود دارد:
به کمک يک مدار سوييچينگ شما ميتوانيد از روي خروجي انالوگ سنسور (بودن)يا(نبودن)سنسور در خط را مشخص کنيد.
اگر از مدار مبدل انالوگ به ديجيتال (A/D)استفاده کنيد مي توانيد درصد وارد شدن سنسور به خط را نيز تشخيص دهيد.
1-8-1) مدار سوييچينگ
به کمک يک مدار الکترونيکي سوييچينگ مي توان ولتاژ انالوگ خروجي سنسور را به يک ولتاژ ديجيتال (صفر)يا(يک) قابل درک توسط مدار منطقي يا ميکرو کنترلر تبديل کرد.به زبان ساده مداري مي خواهيم که مثلا وقتي سنسور در منطقه ي سفيد است صفر منطقي و وقتي وارد منطقه مشکي مي شود (يک منطقي) را به عنوان خروجي توليد مي کند.با اين کار مدار پردازشگر از روي اين ولتاژ متوجه ي ورود يا عدم ورود روبات به خط مشکي مي شود.

شکل 15 ) بلوک دياگرام مدار سوئيچينگ
به يک نکته ي مهم توجه کنيد.فرض کنيد هنگامي که سنسور کاملا از خط مشکي خارج است (در محيط کاملا سفيد است)داراي خروجي 2/1ولت مي باشد وبا ورود کامل به خط مشکي داراي ولتاژ 8/3ولت مي شود.مي خواهيم اين ولتاژهاي انالوگ را به کمک يک مدار سوييچينگ به گونه اي به يک ولتاژ ديجيتال تبديل کنيم که وقتي سنسور در منطقه ي سفيد است (صفر منطقي)و وقتي وارد منطقه ي مشکي مي شود (يک منطفي)را به عنوان خروجي داشته باشيم.هنگامي که سنسور از زمينه ي سفيد وارد خط مشکي مي شود،خروجي سنسور به مرور از 2/1ولت تا 8/3ولت تغير مي کند.

شکل 16) تغيير ولتاژ خروجي سنسور زماني که از زمينه ي سفيد وارد خط مشکي مي شود .

به نظر منطقي مي ايد روبات بايد طوري طراحي شود که با رسيدن ولتاژ خروجي سنسور به ميانه اين بازه (مثلا5/2 ولت)با توجه به اينکه سنسور کم و بيش وارد خط شده خروجي مدار سوييچينگ از(صفر)به( يک ) تغيير کرده و جهت حرکت روبات تغيير کند.به اين ولتاژ که با گذر از ان عمل سوييچينگ اتفاق مي افتد،اصطلاحا نقطه اتش (TRIGGER POINT)گفته مي شود.

شکل 17 ) عملکرد مدار سوئيچ براي تبديل ولتاژ آنالوگ به ديجيتال
مقدار ولتاژ نقطه ي اتش چقدر بايد باشد؟به بيان ديگر ولتاژ خروجي سنسور بايد به چه حدي برسد تا نتيجه بگيريم سنسور وارد خط شده و جهت حرکت روبات را اصلاح کنيم؟5/1ولت کم نيست؟5/2ولت بهتر نيست؟اصلا بهتر نيست صبر کنيم سنسور کاملا وارد خط شود و ولتاژ خروجي ان به 8/3 ولت برسد وبعد جهت حرکت روبات را تغيير دهيم؟
واقعيت اينست که پاسخ به اين سوال به مکانيک ونيز مدار کنترلي روبات شما بستگي دارد.در واقع بايد ببينيد دقت چرخش روبات شما در چه حد است؟اگر مي تواند بسيار سريع و دقيق بچرخد نيازي نيست خيلي زودتر از ورود کامل سنسور به خط روبات فرمان چرخش داده شود.اما اگر چرخش روبات کند و همراه با خطاست شايد بهتر باشد زماني که نيمي از سنسور وارد خط شده فرمان چرخش را بدهيم تا روبات در زمان مناسب بتواند بچرخد.
اکنون مي خواهيم يک مدار سوييچينگ بسازيم که عبور ولتاژ خروجي سنسور از ولتاژنقطه ي اتش را تشخيص دهد.به بيان ديگر بايد مداري طراحي کنيم که مثلا در ولتاژ ورودي کمتر از ولتاژ نقطه ي اتش ،خروجي(صفر)(يعني ولتاژي بين صفرتا 8/0ولت)و در ولتاژ ورودي بيشتراز ولتاژ نقطه ي اتش ،خروجي يک (ولتاژي بين 3تا5)بدهد.يک مدار منطقي يا ميکرو کنترلر مي تواند از روي اين خروجي (صفر يا (يک)،متوجه ي ورود يا عدم ورود روبات به خط مشکي بشود.
ساخت مدار سوييچينگ راههاي مختلفي دارد.
1-8-1-1 مدار ترانزيستوري
مدار روبرو را ببينيد.مقاومتها بايد به نحوي انتخاب شوند که ولتاژ خروجي ترانزيستور (ولتاژ کلکتور)در حالتهاي قطع و اشباع برابر ولتاژ هاي ديجيتال(حدود صفر و حدود 5 ولت)باشد.اگر ولتاژ ورودي INکم باشد ترانزيستور در حالت قطع بوده و ولتاژ خروجي ان(ولتاژ کلکتور OUT)(يک)خواهد بود.اگر ولتاژ ورودي ترانزيستور از حدي بالاتر برود ترانزيستور سوييچ کرده و وصل مي شود وخروجي آن ( ولتاژ کلکتور ) از يک به صفر تغيير مي کند . مدار منطقي يا ميکرو کنترلر از روي ولتاژ کلکتور متوجه ورود يا عدم ورود روبات به خط مشکي شده و تصميم گيري لازم را انجام ميدهد.
براي مدارهاي سوئيچينگ استفاده از ترانزيستورهاي 3904N2 يا 2222N2 يا ترانزيستورهاي مشابه مناسب است.اين مدار بيشتر در مواقعي استفاده مي شود که ورودي به سرعت تغيير کند. وگرنه ممکن است خروجي OUT در منطقه غيرمجاز ( نه صفر ونه يک ) قرار گيرد .
.

شکل 18 )مدار سوئيچينگ ترانزيستوري

پایان قسمت دوم - 5 مهرماه 90 - نویسنده:مهدی ساقی

max3

سلام شکل ها دیده نمیشن

	HLachini.elewiz.com صفحه اول انجمن -> روباتیک -> روبات های دانشجویی و تحقیقاتی	زمان پيشفرض سايت: ساعت گرينويچ + 3.5 ساعت
صفحه 1 از 1