روباتیکزهوشمند روباتهای

خودکار

قیداری شیری سعید دکتر

Amirkabir University of TechnologyComputer Engineering & Information Technology Department

درس کتاب

1. Introduction to robotics mechanics and control, second edition. By JOHN J. CRAIG, Addison Wesley, 1989.

2. Introduction to Autonomous Mobile Robots, Sigwart and Nourbakhsh, The MIT Press,2004

درس کلی طرح

مورد در اولیه دانش معرفی درس این از هدف . است متحرک روباتهای بخصوص و روباتها

: میشوند بررسی زیر مباحث درس این دربررسی 1. به صنعتی ابتدا میپردازیم روباتهایبه 2. مربوط موضوعات آن روباتهای بدنبال

و متحرک تحقیقات و شده بررسی خودکار . میشوند مطرح آن اصلی کاربردهای محور سه

: از عبارتند بخش و این یابی مکان سینماتیک،ریزی طرح

ارزیابی نحوه

: ترم میان %20امتحان : ترم پایان %20امتحان :25تکالیف% : 10ارائه% : 25پروژه%

سرفصل:

بررسی زیر مباحث صنعتی روباتهای بخش درمیشوند:

آنها کاربرد و صنعتی روباتهای بر ای مقدمه مستقیم غیر سینماتیک و مستقیم سینماتیک دینامیکتولیدمسیرکنترل صنعتی روباتهای نویسی برنامه زبانهای

سرفصل

: میشوند برسی زیر مباحث متحرک روباتهای بخش درمقدمه : پادار چرخدار،روباتهای روباتهای متحرک روباتهای جابجائی : آزادی،محدودیتها، درجات متحرک روباتهای سینماتیک

مستقیم سینماتیک :ویژگی استخراج قطعیت، عدم نمایش سنسورها، انواع ادراک : نقشه، نمایش سنسورها، نویز متحرک روباتهای یابی مکان

ساخت یابی، مکان مختلف روشهای احتماالتی، یابی مکاننقشه خودکار

: از فرار یابی، مسیر مختلف های روش ریزی طرح و حرکتحرکت مختلف ساختارهای ...مانع، و

درس سایت

Web: http://ceit.aut.ac.ir/~shiry/lecture/amr08/amr08.html

مقدمه

روباتیک اهمیت

به کارها از بسیاری انجام در روباتها امروزهنیز کارها برخی در و آمده انسان کمک

: در کار جمله از اند گشته آدمی جایگزینجراحی، فضائی، اکتشافات کارخانه،

! خانگی آموز دست بصورت

چیست؟ روبات

موسسه بین المللی استاندارد روبات را بصورت زیر تعریف کرده است:

روبات وسیله ای است که،بصورت خودکار کنترل شود ،قابل برنامه ریزی مجدد باشد چند منظوره بوده و .با داشتن چندین درجه آزادی قدرت جابجائی داشته باشد .روبات میتواند متحرک و یا ثابت باشد

چیست؟ روباتیک

. مینامند روباتیک را روباتها مطالعه علمنیز زیر بصورت میتوان را علم این جامعتر تعریف

: نمود و بازگو ادراک بین هوشمندانه ارتباط از است عبارت و روباتیک ادراک بین هوشمندانه ارتباط از است عبارت روباتیکعملعمل

هوشمند روبات

است عبارت هوشمند روبات از کلی تعریف یکاز:

یک عمل بتواند که ریزی برنامه قابل ماشین یککند تقلید را انسان نظیر هوشمند موجود

! بودن روبات برای الزم شرط

: باید ماشین این بنامیم روبات را ماشین یک بتوانیم اینکه برای

از را اطالعات بتواند و بوده وادراک حس به قادرنماید آوری جمع خود اطراف محیط

: جابجائی بتواند باشد مختلفی اعمال انجام به قادردادن حرکت نظیر فیزیکی کار یک و داده انجام

دهد انجام را .اشیا بتواند دیگر بعبارت باشد مجدد ریزی برنامه قابل

. دهد انجام را مختلفی کارهای / ارتباط آدمی با یا و نموده عمل خودکار بطور بتواند

. نماید برقرار

تاریخچه

سال در داوینچی هائی 1500لئوناردو طراحی. بود داده انجام روبات مانند

تاریخچه

های ماشین هفدهم قرن در که شدند ساخته خودکاری

این. بودند حرکت به قادر آلمان در ای موزه در نمونه

.میشود نگهداری

تاریخچه

قرن در که روبات نمونه این است شده ساخته نوزدهم

برای ای برنامه دارای.است موسیقی نواختن

تاریخچه

سال نمایشنامه 1920در یک در روبات کلمهتوسط که شد نمایشنامه Karel Capekاستفاده

. این در رفت صحنه روی به پاریس در چک نویساربابان از کوچکی مصنوعی موجودات نمایشنامه

. به چک و روسی زبانهای در میکردند پیروی خودکلمه Robotnicآنها از که میشود به Robota گفته

. است شده گرفته کوش سخت معنای

تاریخچه

سال آسیموف 1950در اسحاقخوب روباتهای را (androids)ایده

باعث و مطرح کتابهایش در. گردید روبات کلمه شدن مشهور

موجودات بصورت اولیه روباتهایتجسم صفت شیطان نمای انسان

میشدند.

روباتیک قانون سه

روباتیک مشهور قانون آسیموف اسحاق کرده مطرح زیر صورت به را خود

: است

.گردد آدمی به رسیدن صدمه باعث نباید روبات1.

انسان توسط صادره دستورات از باید روبات2. قانون نقض موجب که مواردی مگر کند پیروی

.گردد اول

مگر نماید محافظت خویش وجود از باید روبات3. دوم و اول قوانین نقض به منجر که مواردی در

.گردد

اولیه صنعتی روباتهای

سال در روباتیک بازوی .1945اولین یافت تحقق

سال نام patentاولین 1961در به امریکا در روباتGeorge C. Devol . همراه به وی شد Joeثبت

Engelberger کارخانهUnimation گذاری پایه راروباتهای. پدران میتوان را نفر ایندو حقیقت در کردند

. برد نام صنعتی سال توسط 1978در منظوره همه روبات اولین

. گردید تولید فوق PUMA (programmableکارخانهuniversal machine for assembly)

نما انسان روبات

روبات 1996 سال در هوندا که کرد معرفی را نمائی انسان

و اشیا حمل رفتن، راه به قادر.بود ها پله از رفتن باال

هدف این با نما انسان روباتهای ترکیب با که میشوند ساخته ادراکی و فیزیکی های قابلیت که شود ساخته روباتی انسان های محیط در انسان همانند سرویس و فعالیت به عادی.شود مشغول دهی

سرگرمی روباتهای

روبات سونی 1999 سال در Aibo که روباتی اولین ساخته سرگرمی جهت عرضه بازار به را بود شده روبات 5000 همه. کرد

یک عرض در شده ساخته.رفتند فروش به ساعت

فضائی روباتهای

فضائی روبات 2000 سال در SSRMS شده کارخاده توسط ساختهMD Robotics of Canada بین فضائی ایستگاه مونتاژ برای

.شد گرفته بکار المللی

برقی جارو روبات

تشخیص را اشیا و دیوارها سونار از استفاده با هستند قادر .دهند

بطور بعد و دیوارها مجاور نواحی ابتدا دیوارها کردن پیدا با .میکنند جارو را نقاط سایر تصادفی

میشود تمیز اتاق% 97 تا که شده ادعا.شوند شارژ مجددا و کرده پیدا را خود شارژ محل قادرند.یا و اطاق از روبات فرار مانع مغناطیسی نوارهای نصب با

.میشوند ها پله از آن افتادنبپرهیزد موانع در افتادن گیر از میتواند آنها هوشمند نوع.دارند دالر 500 تا 100 بین قیمتی.

نظامی های روبات

بمب کردن خنثیدشمن شناسائیاماکن بازرسیافراد دستگیریجاسوسی

روباتیک سیستم یک اجزا

شامل مکانیکی ساختار:چرخها وبدنه، بازو اتصاالت

نظیر میشوند روبوت حرکت باعث که ئی ها محرکموتورها

پیرامون محیط ادراک برای مختلف سنسورهای : نظیر روباتها

غیره و لیزر دوربین، فاصله، سنسورهایرا سنسورها سیگنالهای که کامپیوتری کنترلر یک

را الزمه فرامین بتواند اطالعات پردازش با و خوانده.نماید ایجاد ها محرک برای

روبات و انسان مقایسه

روباتانسان

مکانیکی ساختاراستخوان

محرکماهیچه

سنسورحس

تغذیه منبعتنفس/تغذیه

کامپیوترمغز

برنامهدانش

روبات انواع

میشوند بندی تقسیم دسته دو به روباتها معموال:

روباتهایروباتهای22--متحرکمتحرک روباتهایروباتهای 11-- بازویبازوی یایا ( ( صنعتیصنعتی))روباتیکروباتیک

صنعتی روبات

یک از معموال صنعتی روباتهای توسط که اتصاالت سری

یا و چرخشی محورهای اند شده وصل هم به لغزنده روباتها این. میشوند ساخته آزادی های درجه دارای

مقاصدی برای و بوده مختلفی جابجائی اشیا، گرفتن نظیر

کاری رنگ جوشکاری، اجسام،.میروند بکار غیره و مونتاژ ،

برای روبات از استفاده مزایایصنایع

همراه به زیادی منافع صنایع در روباتها از استفاده:جمله از است داشته

تولید افزایشتولید در پذیری انعطافزیاد اطمینان قابلیتتولید در دقتمحصوالت کیفیت بردن باالهای محیط در انسان جایگزینی بواسطه کار محیط ایمنی

خطرناک....

صنعتی روبات یک اجزا

Base Shoulder Elbow Wrist Tool-plate End-effecter (not

shown)

روباتهای عمده مصرف مواردصنعتی

70% کاری رنگ و درجوشکاری20% اشیا جابجائی و کردن بلند برای10% مصارف بقیه برای

بکار مشغول صنعتی روباتهای

چرا؟. است پیشتاز ژاپن

روباتهای متداول های طرحصنعتی

Cartesian

ArticulatedCylindrical

Spherical

SCARA

صنعتی روباتهای کاربرد

هوشمند صنعتی روبات

روبات کنترل در تحول سیر

Reactive Paradigm )mid-80’s(مدل بدون•بود محیط دقیق حس به وابسته بشدت•

Probabilistic Robotics )since mid-90’s(کردن حس و مدل ترکیب •غیردقیق کردن حس دقیق، غیر مدل•

Hybrids )since 90’s(میشود استفاده مدل از باال سطوح در •میکند عمل واکنشی پائین سطوح در•

Classical Robotics )mid-70’s(دقیق مدل•نبود کردن حس به نیازی•

هوشمند روباتهای سنسورهای

Visionپیرامون محیط دریافت برای

Voiceآدمی با صحبت برای

Tactilمسیر راه سر در اشیا وحود حس برای

Forceمونتاژ نظیر کاربردهائی در نیرو تشخیص برای

سنسورها سایر •Limit SwitchesEncoder (measures angle)Potentiometer (measures angle or length)LVDT (linear variable displacement transducer, measures length)Strain gauge (measures deflection)Ultrasonic sensor (measures distance)Infrared sensor (measures distance)Light sensor (detects presence)

خودکار متحرک روباتهای

دیگری های مکانیزم یا و شنی پا، چرخ، دارای هستند محیط در حرکت برای

ناشناخته غالبا که میکنند حرکت هائی محیط در کارهای انجام برای را آنها توان نمی اینرو از هستند

نمود ریزی برنامه دانسته پیش ازباشند مجهز دقیقی سنسورهای به باید روباتها این

اشیا با برخورد از و شناسائی را محیط بتوانند تانمایند جلوگیری

متحرک روباتهای

اصلی ویژگیهای

کنند حرکت میتوانند محیط در : جابجائی قابلیت.بودن خودکار از معینی حدسنسورها توسط محیط درک قابلیت

مورد در اصلی سئوال سهمتحرک روباتهای

هستم کجا من1.Robot localization

میروم کجا به2.Goal determination

بروم آنجا به باید چگونه2.Motion planning

سواالت به پاسخگوئی

:باید متحرک روبات سواالت این به پاسخگوئی برایباشد داشته را خود اطراف محیط از مدلی )

یا شود ساخته روبات توسط مدل این است ممکن)شود داده آن به

و تجزیه را آنها بتواند محیط از اطالعات دریافت با محیط در را خودش موقعیت و نموده تحلیل

.نماید مشخصنماید اجرا و طراحی را خود بعدی حرکت.

روباتیک سیستم یک معماری

Mechanical Structure Kinematics model Dynamics model

Actuators: Electrical, Hydraulic, Pneumatic, Artificial Muscle Computation and controllersSensorsCommunicationsUser interfacePower conversion unit

Environmentalsensors

Motion planner Controller

MechanicalStructure

Configuration sensor

متحرک روباتهای انواع

چ ست؟يروبوکاپRoboCup(Robot World Cup)

آموزشي و پژوهشي محيطي کنفرانس ها، و مسابقات از مجموعه اي: اوليه هدف

فوتباليست روبات هاي از تيمي شکست را انسانها تیم بتوانند 2050 سال در که ايجادبدهند

: فعلي فعاليت‌هاي تخصصي کنفرانس هاي روبوکاپ جهاني مسابقات و کنفرانس تحصيلي برنامه هاي زيرساخت ها توسعه روبوکاپ مسابقات مجموعه

ل ييآشنا ها يبا مختلف يگروبوکاپ

ها يل يواقع يرباتها يگ ها ربات کوچک يليگ اندازه ها ربات متوسط يليگ اندازه ها ربات يسون يليگ ها ربات نما يليگ انسان ها ربات امداد يليگنوجوانان يل گ

ها ساز يشب يليگ يهفوتبال سازی شبیهامداد سازی شبیه