آموزش رباتیک درس سوم – آناتومی یک ربات – ربات ها اغلب از انسان‌ها مدل می‌شوند، اگر نه در فرم، حداقل در عملکرد. طبیعت یک مدل قابل‌توجه برای سازندگان ربات برای الگوبرداری فراهم می‌کند. این وظیفه ماست که ایده بگیریم. برخی از مکانیزم‌های یافت‌شده در طبیعت را می توان در کارگاه رباتیک کپی کرد. ربات ها می‌توانند با چشم برای دیدن، گوش برای شنیدن، دهان برای صحبت کردن ساخته شوند.

یک ماشین قبل از اینکه عنوان “ربات” را داشته باشد، باید چه قطعات اساسی داشته باشد؟ بیایید در این بخش نگاهی دقیق به آناتومی روبات‌ها بیندازیم. به خاطر جلوگیری از پیچیده شدن مطالب در این بخش ، هیچ سیستم فرعی روبات در اینجا مورد بحث قرار نمیگیرد ، تنها روباتی که اغلب در روباتیک آماتور یافت می‌شوند. ​

ربات‌های ساکن در مقابل ربات‌های متحرک

​​​​​​​وقتی به ربات‌ها فکر می‌کنیم، بیشتر ما ماشینی را می‌بینیم که روی پاها راه می‌رود و یا روی چرخ‌ها حرکت می‌کند. ​

در واقع، رایج‌ترین روبات‌ها انواع غیر متحرک ربات هستند که در جای خود ثابتند و هیچ حرکتی نمیکنند. اینها اغلب در تولید به کار می‌روند و به زمین متصل شده‌اند. این روبات‌های ساکن، مانند روبات‌های شکل ۱ – ۲، در ساخت اتومبیل، وسایل و حتی روبات‌های دیگر کمک می‌کنند.

برعکس، روبات‌های متحرک (‏شکل ۲ – ۲ را ببینید)‏برای حرکت از یک مکان به مکان دیگر طراحی شده‌اند. چرخ‌ها، زنجیرها یا پاها به ربات اجازه می‌دهند تا از یک زمین عبور کند. همچنین ممکن است ربات‌های متحرک یک قطعه بازومانند داشته باشند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا اشیا اطراف خود را جابجا کنند. از میان دو ربات ثابت یا متحرک – احتمالا ربات متحرک پروژه محبوب تری برای سرگرمی است.

آموزش رباتیک درس سوم

شکل ۱ – ۲: روبات‌های ساکن حرکت نمی‌کنند. آن‌ها بر روی یک رومیزی ثابتند (‏برای کاربردهای صنعتی)‏ ​

به عنوان یک سازنده جدی ربات، چالش ساخت هر دو نوع ربات را نادیده نگیرید. روبات‌های ساکن به طور معمول به دقت، قدرت و تعادل بیشتری نیاز دارند، چون آن‌ها برای گرفتن و بلند کردن چیزها طراحی شده‌اند – امیدوارم چیزی را که در دست دارند از بین نبرند. به همین ترتیب، روبات‌های متحرک مشکلات خود را نشان دارند : قابلیت مانور، تامین برق کافی، و اجتناب از برخورد بین آن‌ها. ​

کنترل ربات ها

​​​​​​​​اولین ربات‌هایی که برای یک مخاطب زنده نمایش داده شدند جعلی بودند؛ آن‌ها ماشین‌های کنترل از راه دور توسط یک فرد خارج از صحنه بودند. مهم نیست. مردم از مفهوم ربات که بسیاری پیش‌بینی می‌کردند بخش جدایی ناپذیری از آینده نزدیک آن‌ها باشد، به هیجان آمدند.

این روزها، دیدگاه کلاسیک ربات یک ماشین کاملا خودمختار است، مانند رابی از سیاره ممنوعه ، یا ربات جنگ ستارگان. در این ربات‌ها هیچ اپراتور انسانی، هیچ کنترل از راه دور، و هیچ “مردی پشت پرده” وجود ندارد. ​

در حالی که بسیاری از ربات‌های واقعی در واقع کاملا خودمختار هستند، بسیاری از مهم‌ترین روبات‌های چند دهه گذشته نیز از راه دور کنترل شده‌اند. یک ربات از راه دور، رباتی است که توسط یک انسان فرماندهی می‌شود و توسط کنترل از راه دور اداره می‌شود. اینها اغلب در موقعیت‌های پلیسی و مبارزه ای، مانند شکل ۳ – ۲ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ربات های آموزشی

شکل ۲ – ۲: ربات‌های متحرک به طور معمول با استفاده از چرخ‌ها یا زنجیرها حرکت می‌کنند، اما همچنین پاها و دیگر اشکال نیروی محرکه نیز وجود دارد. ​

telerobot

شکل ۳ – ۲ یک تله روبوت برای کنترل آن به یک اپراتور انسانی نیاز دارد. ربات معمولا نیمه‌خودمختار است و دستورها اولیه را از طریق تغذیه بی‌سیم و انجام وظایف هوشمند دریافت می‌کند. 

تله ربات از یک دوربین ویدئویی که به عنوان چشم اپراتور انسان عمل می‌کند استفاده میکند. از کمی فاصله – شاید به اندازه چند فوت تا چند میلیون مایل – اپراتور صحنه را قبل از اینکه به ربات دستور دهد می‌بیند. ​

رباتهای امروزی که از راه دور کار می‌کند، تصوری بسیار دور از ربات‌های تحت کنترل رادیویی در نمایشگاه‌های جهانی دهه‌های ۱۹۳۰ و ۴۰ است. بسیاری از تلروبوت ها، مانند Sojourner ، در واقع نیمه کنترل از راه دور و نیمه خود مختار هستند. عملکرد سطح پایین ربات توسط یک ریزپردازنده بر روی دستگاه کنترل می‌شود. انسان مداخله می‌کند که دستورهای کلی را بدهد، مانند “ده قدم جلو بروید” یا “پنهان شوید”، این یک مریخ نورد است.

مفهوم تلوروبوتیک قطعا جدید نیست – حداقل به دهه ۱۹۴۰ و داستان کوتاه “والدو” نوشته نویسنده علمی‌تخیلی برجسته رابرت هینلین برمی گردد. این ایده در آن زمان بسیار جالب بود، اما امروزه علم مدرن آن را حتی برای کارگران تعمیرکار نیز ممکن می‌سازد. ​دوربین‌های ویدیویی استریو به اپراتور انسان ادراک عمق سه‌بعدی می‌دهند. سنسورها بر روی موتورها و بازوهای رباتیک بازخورد را به اپراتور انسانی می‌دهند که در واقع می‌تواند حرکت ماشین یا کرنش ناشی از برخی موانع را احساس کند.واقعیت مجازی – کلاه ایمنی، دستکش، و پلتفرم‌های حرکتی به معنای واقعی کلمه اپراتور را در صندلی راننده قرار می‌دهند. ​

روبوت‌های هوشمند در برابر ربات‌های کنترلی

​​​​​​​​مردم دوست دارند در مورد این که چه چیزی یک ماشین را به یک روبات “واقعی” تبدیل می‌کند بحث کنند.

در این بحث یک نفر میگوید ربات وسیله ای است که دستورها را از اربابش گرفت تا آن بر اساس آن خود را تنظیم کند. یک ربات خودساخته دارای سیستم قدرت، مغز، چرخ‌ها (‏یا پاها یا زنجیرها ) ‏و ابزارهایی مانند پنجه یا دست برای جابجایی اجسام است. این ربات برای انجام وظایف خود به هیچ مکانیزم یا سیستم دیگری وابسته نیست. به خودی خود کامل است. طرف دیگر می‌گوید که ربات هر چیزی است که تحت قدرت موتور خود حرکت می‌کند تا کارهایی را انجام دهد که به نظر می‌رسد شامل هوش و نیت باشد. مکانیزمی که وظیفه واقعی را انجام می‌دهد خود ربات است؛ الکترونیک پشتیبانی یا اجزای آن ممکن است از هم جدا باشند. ارتباط بین ربات و اجزای کنترل آن ممکن است از طریق یک سیم، یک پرتو نور مادون‌قرمز، یا یک سیگنال رادیویی باشد. برای مثال، در ربات آزمایشگاهی از سال ۱۹۶۹ که در شکل ۴ – ۲ نشان‌داده شده‌است، یک مرد در داخل مکانیزم نشسته و آن را به کار گرفته، انگار که یک ماشین می‌راند. هدف از “کامیون” چهارپا ایجاد شکل ۴ – ۲ نبود. این چهار پا از جنرال‌الکتریک یک ربات هوشمند نبود، بلکه بیشتر توسط یک اپراتور انسانی کنترل می‌شد که درون آن نشسته بود. توسعه روبات انسان‌نمای سایبرنتیک در اواخر دهه ۱۹۶۰ تحت قراردادی با ماشین‌های فوئوس انجام شد. خب، ربات چیست؟

​​​​​​​​من اینجا قصد ندارم در مورد معناشناسی ربات بحث کنم – بالاخره این مجموعه عملی ساخت ربات است، نه یک مجموعه تئوری. اما هنوز هم لازم است که برخی از ویژگی‌های اساسی روبات‌ها مشخص شوند. ​

چه چیزی یک ربات را به یک ربات تبدیل می‌کند و نه فقط یک ماشین دیگر؟ برای اهداف این مجموعه، بیایید یک روبات را به عنوان هر دستگاهی در نظر بگیریم که – از یک سو – از عملکرد انسان یا حیوان تقلید می‌کند. این که ربات چطور این کار را انجام می‌دهد هیچ اهمیتی ندارد.

کارکردهایی از ربات که برای ما به عنوان ربات سازان جالب هستند، این کارها را انجام می‌دهند: گوش دادن به صداها و دنبال کردن آن‌ها، صحبت کردن و راه رفتن و یا حرکت کردن بر روی زمین، برداشتن اشیا و حس کردن شرایط ویژه مانند گرما، شعله، یا نور. پس، وقتی ما در مورد یک روبات صحبت می‌کنیم، اینها می‌تواند خیلی جالب باشد .

از سوی دیگر ربات میتواند یک ماشین هوشمند باشد که از خودش مراقبت می‌کند، شاید حتی مغز خودش را برنامه‌ریزی کند و از محیط اطرافش یاد بگیرد. ​

یا می‌تواند یک ماشین موتوردار کوچک باشد که با یک سری دستورالعمل‌های از پیش تعیین‌شده سفت و سخت کار می‌کند که همان کار را بارها و بارها تکرار می‌کند تا زمانی که باتری‌هایش تمام شوند. یا این که می‌تواند یک بازوی تحت کنترل رادیویی باشد که شما به صورت دستی از یک پانل کنترل کار می‌کنید. ​

هر کدام از اینها یک ربات است ، اگر چه برخی از آن‌ها مفیدتر و انعطاف‌پذیرتر هستند.