چگونه اولین ربات خود را بسازید ؟ (1)

 

 

انگيزه کليد موفقيت است.

 

چرا ربات بسازيم ؟ انگيزه شما از اين کار چيست ؟ آيا مي خواهيد در مسابقات رباتيک شرکت کنيد ؟ آيا مي خواهيد نظر بقيه را متوجه اين کنيد که شما توانمند هستيد ؟ رباتيک مي تواند درس هاي زيادي به شما بدهد . شما در اين مسير مهارت هاي زيادي کسب مي کنيد : الکترونيک ، مکانيک ، برنامه نويسي و حتي درک بيشتري از رفتار حيوانات و روان شناسي انسان ها خواهيد يافت . بهتر است قبل از شروع به کار در اين زمينه از خود اين سوال را بپرسيد که چه اهدافي شما را بر آن داشته تا در رشته رباتيک قدم بگذاريد ؟ در غير اين صورت بعيد نيست که در نيمه راه بدون تکميل اهدافتان اين مسير را ترک کنيد.

 

خب حالا که شما مي دانيد براي چه مي خواهيد ربات بسازيد بگذاريد بررسي کنيم نياز داريد چه چيزهايي را بدانيد  . . .

 

 

اولين ربات هميشه سخت ترين ربات است .

 

بنابراين از طرزفکر KISS استفاده کنيد : (!Keep It Simple, Stupid) يعني اولين ربات را ساده و احمقانه يا براي آموزش رباتيک کودکان در نظر بگيريد ! اين يک توصيه خوب براي اولين ربات است هم چنانکه در اولين ربات خود من هم کلي پول هدر دادم و رباتم هم هرگز کار نکرد . دغدغه ذهني شما براي ساخت اولين ربات بايد تنها يادگيري اصول اوليه باشد :

 

چگونگي برنامه نويسي ؛

 

استفاده از ابزار ها ؛

 

ترمينولوژي يا فرهنگ اصطلاحات ؛

 

يادگيري تکنولوژي پايه ؛

 

تهيه قطعات ربات تا ارزان ترين حد ممکن ؛

 

لطفا ً ايده ناب ساخت ربات رويايي خود را براي ربات دوم خود حفظ کنيد !

 

شما هميشه مي توانيد از قطعات قراضه ربات اول خود براي ربات هاي بعدي خود استفاده کنيد . به من اعتماد کنيد !

 

 

خب من آماده هستم ، چه چيزهايي براي شروع مورد نياز است ؟

 

واضح است که اولين چيز پــول است . ربات ها ممکن است گران باشند . ولي يک رباتيک کار ماهر مي تواند با هزينه خيلي پايين هم ربات بسازد مثلا ً 50 هزار تومان . او در تمام سال انقدر چيزهاي مختلفي دور و برش جمع مي کند که نيازي نباشد براي ساخت رباتش خيلي خرج کند . او همچنين ميداند که چطور قطعات مختلف رباتش را با دستان خود بسازد به جاي اينکه پيش ساخته آن ها را بخرد و کلي هم هزينه کند . او از خلاقيتش کمک مي گيرد و خود را محدود به خريدن بسته هاي ربات آماده که به راحتي و با تنها مونتاژ کردن ساخته مي شود نمي کند . ولي مبتدي ها اينگونه نيستند . شما مي توانيد بخش عمده ربات خود را از چيزهايي که در خانه داريد بسازيد . اما انتظار هم نداريم اولين ربات خود را با باندهاي لاستيکي و خلال دندان بسازيد . به شما توصيه مي کنيم براي 2 الي 3 ربات اول خود خوب خرج کنيد حداقل 100 الي 200 هزار تومان براي اولين ربات هايتان . از پدر و مادر خود بخواهيد اسم آن را تحصيلات ، آموزش يا هر چيز ديگري بگذارند . به آن ها بگوئيد اين پول را شايد بتوانيد با شرکت در رقابت هايي سالم به آن ها برگردانيد . به والدين خود بگوئيد که اين کار به انتخاب رشته و دانشگاه شما کمک خواهد کرد و به نوبه خود يک کارآموزي رباتيک است . آنها را متقاعد کنيد که اين کارها بهتر از خيابان گردي و تمايل به سمت مواد مخدر است . شما مي توانيد هزينه کارهايتان را با کمک هزينه هايي که برخي مدارس و دانشگاه ها برايتان در نظر گرفتند و حتي برخي از شرکت ها نيز تامين کنيد .

 

ربات هاي شما در آينده از نظر مالي برايتان مقرون به صرفه تر تمام خواهند شد چون شما هر روز ماهر تر مي شويد و قطعات مفيد تري را در پيرامون خود براي ساخت پيدا مي کنيد .

 

 

اما يک چيز ديگر ، محلي براي ساختن ربات شما ؟

 

اگر برايتان ممکن است در يک باشگاه رباتيک عضو شويد و يا به کلاس هاي رباتيک برويد . شما در کنار بقيه چيزهاي بيشتري ياد مي گيريد . اغلب افراد در باشگاه ها و کلاس هاي رباتيک قطعات ، ابزار و تجهيزاتي در اختيار دارند و نيز راهنمايي ها و مطالبي که شما بلد نيستيد و اين مي تواند به ارتقاء مهارت و دانش شما کمک کند . خب حالا منبع مالي تامين شد شروع کنيد به خرج کردن !

 

بعدا ً يک آموزش براي اينکه چطور براي رباتتان خرج کنيد هم برايتان آماده خواهم کرد .

 

ولي شما ابتدا نياز به يک طرح داريد .

 

ساده ترين چيزي که مي شود ساخت و شبيه يک ربات باشد چيست ؟ ممکن است سوال گنگي به نظر برسد ولي باور کنيد با يک نگاه به ساختار ربات هاي ديگر شما هم پي خواهيد برد چندان هم سخت نيست . در اينترنت به دنبال تصاوير و گالري هاي ربات بگرديد . به ياد داشته باشيد شما تنها زحمت نگاه کردن با دقت در ربات هاي موجود را بکشيد لطفا ً براي اولين ربات خود هرگز از طرح هاي خلاقانه که در ذهن خود پرورانده ايد استفاده نکنيد !

 

شما فقط خودتان را به درد سر انداخته ايد اگر بخواهيد در اولين گام مثلا ً يک ربات دو پا بسازيد که يک دوربين براي ديدن دارد و يک بازو که مي تواند يک بطري را هم در دست بگيرد . آنچه شما مي خواهيد تنها يک وسيله ساده دو چرخ است که بزرگ ترين کاري که از آن برمي آيد رانندگي روي ميز شماست و همين هم به خودي خود براي يک مبتدي مي تواند بسيار سخت باشد .

 

 

ربات مسيرياب

 

بنابراين اولين ربات شما يک چيز دو چرخ ساده است و تحت الگوريتم ساده اي حرکت مي کند :

 

براي حرکت رو به جلو هر دو چرخ با سرعت يکسان به جلو بچرخند ؛

 

براي برگشت به عقب هر دو چرخ با سرعت يکسان به سمت عقب بچرخند ؛

 

براي حرکت به سمت چپ چرخ چپ به سمت عقب و چرخ راست به سمت جلو حرکت کند ؛

 

براي حرکت به سمت راست چرخ راست به سمت عقب و چرخ چپ به سمت جلو حرکت کند ؛

 

به اين ترتيب شما مي توانيد مسيرهاي منحني متنوعي را تنها با تغيير سرعت دو چرخ داشته باشيد . اما در حال حاضر بيائيد تنها به الگوريتم باينري فکر کنيم تا يک برنامه آسان براي ربات تهيه کنيم . از هندسه به خاطر بياوريد که براي ساخت يک صفحه نياز به سه نقطه داريم . پس من چه نيازي به درايو ديفرانسيل دارم ؟ در حال حاضر فقط دو چيز احتياج است : 2 چرخ و دو موتور . ساده به نظر ميرسد ! نه ؟ اما حالا شما فهرستي از مسائل طراحي پيش روي خود داريد .

 

 

بيائيد با چرخ ها شروع کنيم .

 

 

چرخ بزرگ به ربات شما امکان حرکت با سرعت بيشتري را مي دهد و چرخ کوچک کند تر است . سادست ! کمي فکر کنيد تا به علتش پي ببريد . خب حالا با اين وجود پس چرا چرخ بزرگ انتخاب نکنيم ؟ چرخ بزرگتر يعني ربات شما براي حمل بار سنگين نياز به گشتاور بيشتري دارد و البته به معني کنترل دشوارتر ربات نيز هست . به علاوه شما نمي توانيد خروجي سنسور ها را با تغييرات سريع موقعيت به خوبي چک کنيد . بنابراين من چرخ هايي با قطر mm  50-75 را براي اولين ربات به شما پيشنهاد ميکنم . اين نکته را هم در ذهن خود داشتاه باشيد و فکر کنيد که چطور چرخ ها را به موتورها وصل کنيد ؟

 

 

 

 

خب اما حالا نوبت موتورهاست .

 

براي داشتن يک ربات بهينه سازي شده انتخاب موتورها متاثر از عوامل زير باشد :

 

محاسبات وزن ؛

 

نسبت چرخ دنده ها ؛

 

زمين مورد نظر ؛

 

سرعت و شتاب مورد نظر ؛

 

ولتاژ ؛

 

 

مصرف برق ؛

 

قابليت کنترل و گستره وسيعي از نکاتي که براي يک مبتدي به ظاهر پرزحمت و سخت مي رسد .

 

بنابراين فقط از اين مساله عبور کنيد ! فقط مراقب باشيد تا رباتتان تا حد ممکن سبک باشد و موتوري بخريد که بتواند به بهترين صورت ممکن کار کند . ولي به ياد داشته باشيد موتور بزرگتر يعني طول عمر باتري شما کوتاه تر و مدار کنترل موتور گران تر و پيچيده تر خواهد شد .

 

توصيه من براي موتور اولين ربات خود :

 

ولتاژ : 5-8 ولت ؛

 

گشتاور : دو برابر آنچه شما فکر مي کنيد نياز داريد ؛

 

 

نوع موتور : هم dc و هم سروو موتور مي توانيد استفاده کنيد ، از نظر پيچيدگي کنترل و هزينه تقريبا ً مثل هم هستند . اما هر کدام مزاياي خاص خود را هم داراست . سروو موتور ها مدار کنترل ساده تري دارند ولي نياز به ولتاژ دقيق تري دارند و نيز انرژي مفيد کمتري دارند . براي موتورهاي سروو از 6 تا 40 هزار تومان هزينه انتظار مي رود که براي اولين ربات پيشنهاد من رقمي بين 8 تا 20 تومان است .

 

 

 

باطري

 

حالا نوبت تغذيه ربات است .

 

 

نه ، انرژي خورشيدي کارآمد نيست و ربات عين حلزون راه خواهد رفت . از يک باتري استفاده کنيد . وقتي براي ربات خود باتري مي خريد دقت کنيد که قابل شارژ باشند و ميلي آمپر ساعت (mAh) بالايي داشته باشد - ظرفيت انرژي - توجه داشته باشيد که قرار دادن باتري ها در دو وضعيت سري و موازي متفاوت است . پس در هر دو وضعيت ولتاژ کل و mAh را چک کنيد . انواع مختلف باتري در بازار موجود است که من فقط 3 مورد از آن ها را بررسي مي کنم .

 

 

 

 

 

 

 

باتري هاي Alkaline يا قليايي رايج ترين نوع باتري در بازار هستند . در دسترس ترين و همين طور ارزان ترين نوع باتري . اين باتري ها ظرفيت کمي دارند ، سنگين هستند و اگر نياز به جريان زياد در مدت زمان کوتاه مناسب نيستند و براي استفاده مداوم هم توصيه نمي شود .

 

 

 

باتري هاي NiMH يا نيکل هيدريد فلزي ، اين باتري ها خيلي خوب هستند ، باتري هاي تلفن همراه هم از اين نوع هستند و در صنعت حرکت بيشتر به سمت نوع ليتيومي است . اين باتري ها را تا جايي که مي خواهيد مي توانيد شارژ کنيد و جريان خروجي خوبي از آنها بگيريد . اين نوع داراي بالاترين ظرفيت در بين باتري ها هستند . با اين حال از نظر قيمت از دو نوع ديگر باتري که مي خواهم معرفي کنم گران تر تمام مي شود و من براي ربات هاي اندازه کوچک و تغذيه مدارات توصيه مي کنم . توجه داشته باشيد باتري هاي NiMH در 5 الي 10 ساعت که متاثر از عوامل ديگري هم هست طول مي کشد شارژ شوند .

 

 

 

باتري هاي NiCad يا نيکل کادميوم ، براي ربات هايي با اندازه کوچک و متوسط مناسب هستند . اين باتري از نوع Nimh داراي جريان خروجي بيشتري است و از نظر قيمت نيز به صرفه تر اند و ظرف 1 تا 2 ساعت شارژ مي شوند . در گذشته باتري هاي تلفن همراه نيز از همين نوع بودند . اما شارژ کردن دوباره اين باتري ها خودش يک فن است . باتري هاي تلفن همراه در ابتدا که آن ها را مي خريد مشخص نيست چقدر زمان مي برد تا تخليه شوند . دقيقا ً براي اين باتري ها نيز درست مثل شارژ باتري تلفن خود رفتار کنيد ابتدا اجازه دهيد تا شارژ قبلي کاملا ً تخليه شود و بعد به شارژ مجدد بپردازيد . اما چيزي به نام اثر حافظه وجود دارد که باعث مي شود باتري بعد از مدتي استفاده و شارژ هاي پياپي ظرفيت انرژي کمتري داشته باشد . راستي به ياد داشته باشيد اين باتري ها داراي ماده سمي کادميوم هستند پس در مصرف آن ها صرفه جويي کنيد و در هنگام دور ريختن به اثر بازيافت آن در محيط زيست دقت کنيد .

 

 

 

 پيشنهاد من اين است که براي يک ربات کوچک دو بسته باتري 6 ولت NiMH را بخريد . به اين ترتيب شما مي توانيد تغذيه موتور ها را از تغذيه مدارات ديگر جدا کنيد . چون شما مبتدي هستيد لازم نيست موتورها مزاحم مدارات ديگر ربات شما شود که مبادا باعث ذوب بخش هاي حساس مدارتان شود . به من اعتماد کنيد ! يک باتري براي موتور و يک باتري براي مدار . از هر نوع باتري استفاده مي کنيد مطمئن شويد که از يک مدار تثبيت ولتاژ خوب استفاده مي کنيد تا کنترل ولتاژ به عهده آن مدار باشد .

 

 

 

 خب حالا شما به يک مدار سبک نياز داريد . طراحي مدار توسط خودتان را به فراموشي بسپاريد ! بهترين کار اين است که اولين ربات خود را با ساده ترين مدار فقط به کار بيندازيد . شما به ميکروکنترلر ها نياز داريد که رايج ترين آن ها در حال حاضر AVR , PIC , ARM , ... هستند . ميکروکنترلر يک قطعه قابل برنامه ريزي است که به شما اين امکان را ميدهد توسط کامپيوتر يک برنامه را آماده کرده و توسط پروگرمر از کامپيوتر به ميکرو کنترلر منتقل کنيد سپس به برنامه اي که براي آن ريخته ايد عمل خواهد کرد . اگر شما اصول اوليه برنامه نويسي را تا حدودي مي دانيد توصيه من به شما AVR است . در ضمن شما احتياج به يک پروگرامر يا وسيله اي داريد که برنامه نويسي هاي خود را بر روي ميکروکنترلر يا مغز ربات خود  بريزيد .