روباتیکزهوشمند روباتهای

خودکار

قیداری شیری سعید دکتر

Amirkabir University of TechnologyComputer Engineering & Information Technology Department

درس کتاب1. Introduction to Autonomous Mobile

Robots, Sigwart and Nourbakhsh, The MIT Press,2004

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

Outline of Course

We will study fundamental algorithms for robotics with:

Introduction to industrial robots and Particular emphasis on research in and

applications of autonomous mobile robots

اهداف مورد در اولیه دانش معرفی درس این از هدف

. سه است متحرک روباتهای بخصوص و روباتها : سینماتیک، از عبارتند درس این اصلی محور

ریزی طرح و یابی مکان

ارزیابی نحوه : ترم پایان %35امتحان :25تکالیف% : 15ارائه% : 25پروژه%

متحرک سرفصل روباتهای : متحرک- روباتهای جابجائی مقدمه

- سینماتیک پادار چرخدار،روباتهای روباتهای : آزادی،محدودیتها، درجات متحرک روباتهای : - سنسورها، انواع ادراک مستقیم سینماتیک

- ویژگی استخراج قطعیت، نمایشعدم : نویز متحرک روباتهای یابی مکان

یابی مکان نمایشنقشه، سنسورها،یابی، مکان مختلف روشهای احتماالتی،

: - ریزی طرح و حرکت نقشه خودکار ساختمانع، از فرار یابی، مختلفمسیر روشهای

مختلفحرکت ...ساختارهای و

صنعتی: روباتهای سرفصل Introduction Kinematics Inverse kinematics Dynamics Trajectory generation Robot programming languages

درس سایت

Web: http://ce.aut.ac.ir/~shiry/lecture/mar06/mar06.html

Email :autrobotics@yahoo.com

مقدمه

روباتیک اهمیتبه کارها از بسیاری انجام در روباتها امروزه

نیز کارها برخی در و آمده انسان کمک : در کار جمله از اند گشته آدمی جایگزین

جراحی، 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 یک

از:

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

اعم انجام به : اقادر جابجائی بتواند باشد مختلفی لدادن 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 درکه شدند ساخته خودکاری . این بودند حرکت به قادر

آلمان در ای موزه در نمونuه. میشود نگهداری

تاریخچه

قرن در که روبات نمونه ایناست 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 نویuساربابان 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 اسحاق

خوب روباتuهای را (androids)ایدهباعث و مطرح کتابهایش در

. گردید روبات کلمه شدن مشهور موجودات بصورت اولیه روباتهای

تجسم صفت شیطان نمای انسانمیشدند.

روب قانون تیکاسهروباتیک مشهور قانون آسیموف اسحاق

کرده مطرح زیuر صورت به را خوداست:

.1. گردد آدمی به رسیدن صدمه باعث نباید روبات

پیروی 2. انسان توسط صادره دستورات از باید روبات. گردد اول قانون نقض موجب که مواردی مگر کند

در 3. مگر نماید محافظت خویش وجود از باید روبات. گردد دوم و اول قوانین نقض به منجر که مواردی

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 . کردند گذاری پایه راصنعتی روباتهای پدران میتوان را نفر ایندو حقیقت در

. برد نام سال توسط 1978در منظوره همه روبات اولین

. گردید تولید فوق PUMA (programmableکارخانهuniversal machine for assembly)

نما انسان روبات سال در روبات 1996هوندا

که کرد معرفی را نمائی انسانباال و اشیا حمل رفتن، راه به قادر

. بود ها پله از رفتن هدف این با نما انسان روباتهای

ترکیب با که میشوند ساختهادراکی و فیزیکی های قابلیتکه شود ساخته روباتی انسان

های محیط در انسان هماننددهی سرویس و فعالیت به عادی

. شود مشغول

سرگرمی روباتهای سال روبات 1999در سونی

Aibo که روباتی اولینساخته سرگرمی جهت

عرضه بازار به را بود شدههمه. روبات 5000کرد

یک عرض در شده ساخته. رفتند فروش به ساعت

فضائی روباتهای سال فضائی 2000در کارخاده SSRMSروبات توسط شده ساخته

MD Robotics of Canada المللی بین فضائی ایستگاه مونتاژ برای. شد گرفته بکار

برقی جارو روبات تشخیص را اشیا و دیوارها سونار از استفاده با هستند قادر

دهند. بطور بعد و دیوارها مجاور نواحی ابتدا دیوارهuا کردن پیدا با

. میکنند جارو را نقاط سایر تصادفی تا که شده .97ادعا میشود% تمیز اتاق. 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 افتادن. بپرهیزد موانع در افتادن گیر از میتواند آنها هوشمند نوع بین .500تا 100قیمتی دارند دالر

نظامی های روبات بمب کردن خنثی دشمن شناسائی اماکن بازرسی افراد دستگیریجاسوسی

روباتیک سیستم یک اجزا: شامل مکانیکی ساختار

چرخها وبدنه، بازو اتصاالت نظیر میشوند روبوت حرکت باعث که ئی ها محرک

موتورها پیرامون محیط ادراک برای مختلف سنسورهای

: نظیر روباتها غیره و لیزر دوربین، فاصله، سنسورهای

را سنسورها سیگنالهای که کامپیوتری کنترلر یکرا الزمه فرامین بتواند اطالعات پردازش با و خوانده

. نماید ایجاد ها محرک برای

روبات و انسان مقایسه

روباتانسانمکانیکی استخوان ساختارمحرکماهیچهuسنسورحس

تنفس/ تغذیه تغذیه منبعکامپیوترمغز

برنامهدانش

روبات انواع: میشوند بندی تقسیم دسته دو به روبuاتها معموال

متحرک 11-- متحرک روباتهای روباتهای روباتهای 22--روباتهایبازوی ( یا بازوی ( صنعتی یا صنعتی

روباتیک)روباتیک)

صنعتی روبات

یک از معموال صنعتی روباتهایتوسط که اتصاالت سری

یا و چرخشی محورهایاند شده وصل هم به لغزنده . روباتها این میشوند ساخته

آزادی های درجه دارایمقاصدی برای و بوده مختلفی

جابجائی اشیا، گرفتن نظیرکاری 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 افزایش تولید در پذیری انعطاف زیاد اطمینان قابلیت تولید در دقت محصوالت کیفیت بردن باال های 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 • بدونبود • محیط دقیق حس به وابسته بشدت

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

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

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

هوشمند روباتهای سنسورهایVision

پیرامون محیط دریافت برایVoice

آدمی با صحبت برایTactil

مسیر راه سر در اشیا وحود حس برایForce

مونتاژ نظیر کاربردهائی در نیرو تشخیص برای

سنسورها • سایرLimit 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 برای دیگری های مکانیزم یا و شنی پا، چرخ، دارای

هستند محیط در حرکت ناشناخته غالبا که میکنند حرکت هائی محیط در

هستند کارهای انجام برای نمیتوان را آنها نمیتوان اینرو از

نمود ریزی برنامه دانسته پیش از تا باشند مجهز دقیقی سنسورهای به باید روباتها این

اشیا با برخورد از و شناسائی را محیط بتوانندنمایند جلوگیری

متحرک روباتهایاصلی ویژگیهای

. کنند : حرکت میتوانند محیط در جابجائی قابلیت بودن خودکار از معینی حد سنسورها توسط محیط درک قابلییت

مورد در اصلی سئوال سهمتحرک روباتهای

من کجا هستم1.Robot localization

به کجا میروم2.Goal determination

چگونه باید به آنجا بروم2.Motion planning

سواالت به پاسخگوئی: بuاید متحرک روبات سواالت این به پاسخگوئی برای

) باشد داشته را خود اطراف محیط از مدلییا شود ساخته روبuات 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. نمuاید مشخص

. نماید 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)

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

سال در که فوتباليست روبات هاي از تيمي شکست 2050ايuجاد را انسانها تیم بتوانندuبدهند

: 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 يه فوتبال سازی شبیه امداد سازی شبیه