آموزش ساده رباتیک از ابتدا تا حرکت ربات!!!

[engineer2012]

به نام خدا

در این مجموعه تاپیک ها که در مورد مطالب رباتیک است و توسط استاد بزرگوارمان "سرکار سید خاموشی" از منبع : http://www.tebyan.net/index.aspx?PID...mp;PageIndex=0 ارائه شده است به آسانی و با زبان ساده با رباتیک از ابتدا آشنا میشوید.

به طوری که اگر هیچ چیزی در مورد حتی ساده ترین قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور و دیود نمیدانید، در این مجموعه به راحتی و فقط با دانستن قوانین ساده برق، با تک تک مراحل ساخت ربات، تک تک قطعات آن مانند ترانزیستور، دیود، موتورهای DC، میکروکنترلر 8051 و AVR و... به صورتی کاربردی در رباتیک آشنا میشوید.

این مجموعه به صورت نسخه اندروید نیز آماده شده است:

[engineer2012]

رباتیک چیست

رباتیک چیست؟

رشد روز افزون دانش بشری انسانها را با دست آوردها و علوم جدیدی آشنا میآسازد که قبل از آن شاید تنها ریشه در تخیل داشت رباتیک یکی از تخیلات انسانی است که کم کم پا به عرصه واقعیت نهاده و زندگی بشری را دست خوش تغییرات شگرفی خواهد کرد.

قوانین رباتیک:

کلمه ربات اولین بار توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R روباتآهای جهانی روسیه در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی (robotnic) به معنی کارگر میآباشد.

در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بودن و دارا بودن نقاط ضعف و قوت یک انسان معمولی ، یک انسان دارای قدرت بسیار زیادی بود که در پایان نمایش نامه برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد البته لازم به ذکر است که پیش از آن یونانیان نیز مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه ماشینی بوده که ما امروزه ان را ربات میآنامیم.

تعریف امروزه ربات از نظر عوام مردم وسیله ای است که اعمالی هوشمند شبیه انسان انجام میآدهد در حالی که فرهنگ وبستر ربات را اینآگونه تعریف میآکند:"یک دستگاه یا وسیله خودکاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسانآها نسبت داده می شود و یا مجهز به قابلیتی است که شبیه هوش بشری است".

در این راستا دانشمندان سعی بر آن دارند رباتآهایی بسازند که به طرق مختلف نیاز آهای انسانآ را براورده سازند و در نهایت به رباتی با قابلیت آهای کامل یک انسان برسند.

------------------------------------------------------------------
قوانین رباتیک مطرح شده توسط آسیموف چنین است:

• ربات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.

• رباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا کنند.

• رباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت کنند.
---------------------------------------------------------------------

رباتآها دارای سه قسمت اصلی هستند:

• مغز که معمولاً یک کامپیوتر است

• محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخآها، چرخ دندهآها و …

• سنسور که میآتواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.



بر اساس این سه قانون و سه قسمت ذکر شده به معرفی انواع رباتآها ، بررسی عملکرد آنها ، اخبار مسابقات ، تحلیل پیشرفت و آموزش آنها خواهیم پرداخت.

[engineer2012]

از کجا شروع کنیم؟

از کجا شروع کنیم؟؟

به نظر بنده ورود به عرصه رباتیک مشکل ترین مرحله می باشد به طور کلی رباتیک رشته ای میان رشته ای است با ترکیبی از رشته های مهندسی برق گرایشات الکترونیک و کنترل ، مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار.

در ایران این رشته در مقطع کارشناسی ارشد، مکاترونیک نام دارد که معمولا مورد توجه دانشجویان رشته برق ، کامپیوتر و مکانیک قرار می گیرد.

رشته رباتیک قبل از رشته مکاترونیک تدرس خود را شروع کرده به طوری که رشته مهندسی رباتیک در سال 1381 در مقطع کارشناسی توسط دانشگاه صنعتی شاهرود وارد ایران شد. اما آموزش رشته مکاترونیک از سال 1383 در ایران شروع شد.

برای اطلاعات بیشتر در زمینه رشته رباتیک، دانشگاه ها، دروس و... به لینک زیر (بخشی از سایت تخصصی مهندسی رباتیک) مراجعه فرمایید:

http://www.robotics-engineering.ir/i...cs-engineering

و مقاله "رباتیک و جایگاه آن در ایران" نوشته شده توسط آقای محسن جعفر زاده:

http://www.robotics-engineering.ir/i...botics-in-iran

واضح است زمانی که می خواهید به مقوله رباتیک بپردازید باید به بخش هایی از این 3 رشته بپردازیم در حالت کلی رباتیک را به 2 بخش شبیه سازی (Simulation)، و ربات حقیقی (Real) تقسیم بندی می کنند. در شبیهآسازی در حقیقت رباتی به صورت فیزیکی ساخته نمیآشود و ساخت ربات در یک محیط مجازی شبیه سازی شده که در آن بعضی از قوانین دنیای واقعی وجود دارد صورت میآگیرد هدف از برگزاری و کار بر روی این قسمت بیشتر کار بر روی هوش ربات ( یا همان مقوله هوش مصنوعی) می باشد. در این بخش مسابقاتی در رشته های «شبیه سازی امداد و نجات» (Rescue Simulation) و «شبیه سازی فوتبال» (Soccer Simulation) و... هرسال در جهان برگزار میآشود. در بخش Real مسابقات بسیار متنوعتری نسبت به Simulation وجود دارد زیرا شما با ربات های حقیقی سر و کار دارید که مهمآترین آنها عبارتند از: رباتآهای فوتبالیست(در چندین سطح مختلف)، رباتآهای امدادگر، رباتآهای مسیریاب (Path Finder)، رباتآهای آتش نشان (Fire Fighter)، ربات های مین یاب (Deminer)، رباتآهای لابیرنت، رباتآهای انسان نما (Humanoid)، سگها (Four legged Robot)، ربات های خانگی(At home) و... البته واضح است که ساخت ربات واقعی علاوه بر مشکلات متعددی که داراست دارای هزینه های بالاتری نیز می باشد.

ما در اینجا با بخش شبیه سازی و نیازهای اولیه ساخت ربات همچون آموزش برنامه نویسی به زبان #C و آموزش نرم افزار متلب را آغاز کرده و سپس به ساخت ربات های سخت افزاری ساده همچون ربات خط یاب خواهیم پرداخت.

[engineer2012]

اتوماسیون (Automation)

اتوماسیون (Automation)

انجام کارهای دستی همچون ساخت ربات برای بیشتر افراد فرح بخش است مگر زمانی که کارها به صورت یکنواخت و تکراری در آمده باشد.

در دنیای امروز نیاز به کارهای یکنواخت به علت نیاز بازار به تولید انبوه و مرغوبیت کالا وجود دارد که استفاده از دستگاه های مجهز به وسایل خودکار کامپیوتری یا اتوماسیون کامپیوتری به جای استفاده از نیروی کار انسانی مطرح می گردد به علت تغییرناپذیری و گرانی دستگاه های اتوماسیون که به اتوماسیون سخت (Hard Automation) معروفند، باعث شده که ربات ها در خط تولید محصولات مختلف به کار روند همین امر سبب می گردد که در زمینه های مختلف رباتیک مانند:



• حرکت شناسی یا سینماتیک (Kinematics)

• دینامیک (Dynamics)

• برنامه نویسی (Programming Language)

• برنامه ریزی (Planning System)

• کنترل (ِControl)

• حس تشخیص (Sensing)

• هوشمندی ماشین (Machine Intelligence)

تحقیقات وسیعی اتفاق بیفتد معمولا زمانی که می خواهیم یک ربات را بسنجیم قابلیت های همچون خصوصیات مکانیکی مانند قابلیت تکرار کار یا حداکثر قدرت جابه جایی بار یا سرعت و شتاب ربات را در نظر می گیریم اما علاوه بر این خصوصیات عنوان شده دو خصوصیت حرکت شناسی و دینامیک ربات هم باید به خوبی بررسی شود تا ربات به سادگی قابل کنترل باشد

در حالت کلی اتوماسیون بر 2 نوع است :

1. اتوماسیون سخت (Hard Automation) : به نوعی از اتوماسیون گفته می شود که با استفاده از سیستم های الکتریکی ، الکترونیکی و یا مکانیکی انجام می گیرد

2. اتوماسیون نرم (soft Automation) : به نوعی گفته می شود که در کنترل آن از برنامه نویسی سطح بالا یا سطح پایین استفاده می شود (High or low level programming language)

اگر بخواهید مزایای استفاده از ربات ها را بر شماریم خواهیم دید که:

1. ربات نسبت به اتوماسیون سخت دارای قابلیت تغییر پذیری بالایی است

2. از رباتها می توان در محیط های کاری خطرناک استفاده نمود

3. بالا بودن سطح تولید از مزایای دیگر آن است

4. کیفیت تولید یکنواخت است

5. نیاز به کاربران کمتر و همین طور عدم نیاز به کارگر کم تجربه

در مباحث بعدی به کاربردهای این اتوماسیون ها در صنعت و ربات ها خواهیم پرداخت

[engineer2012]

نحوه کنترل ربات

نحوه کنترل ربات

یک نوع دیگر از تقسیم بندی ربات جهت کنترل که بسیار متداول تر می باشد:

1. کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control) این نوع از کنترل ساده ترین نوع کنترل است که در حقیقت فیدبکی از خروجی به ورودی برگردانده نمی شود یک مثال خیلی ساده از مدار و یا سیستم بدون فیدبک می توان به ماشین لباسشویی اشاره کرد که تمیز یا کثیف بودن لباس ها چک نمی شود و تنها سیستم یک عمل خاص را در یک زمان خاص انجام می دهد

کنترل غیر قابل فیدبک خود بر دو نوع است

• کنترل ایست مکانیکی(Mechanical stop control): در این روش حرکت ربات توسط مانعی که آن را ایست (stop) می نامند معین می شود

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control): در این روش که در رباتهای هیدرولیک به کار می رود بدین صورت است که با کنترل کردن مقدار روغن داخل پمپ در بازوی ربات به اندازه ای که خواسته شده ربات حرکت می کند و کنترل می شود

2. کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control): در این نوع از کنترل ما می توانیم بدون استفاده از ایست مکانیک ها ربات را متوقف کنیم این مدار یک مدار بسته است اگر بخواهیم مثالی از آنچه در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم داشته باشیم می توان به کنترل کننده های دما اشاره کرد که مثلا شما در تابستان دما را بر روی 35 درجه قرار می دهید زمانی که دما بالای 35 درجه برود کولر روشن شده و دما را کاهش می دهد زمانی که دما زیر 35 درجه رفت خاموش می شود این یک سیستم مدار بسته است که ورودی بازخورد خروجی است که ( خروجی دمای بیرون است) البته این روش دارای ایرادی است که آن خاموش و روشن شدن مرتب فن می باشدچون ممکن است مثلا پس از 3 دقیقه روشن شدن فن دما پایین آید پس هر 3 دقیقه یکبار فن روشن و خاموش می شود برای جلوگیری از این مشکل که سبب استهلاک و خرابی زودرس دستگاه ها می شود یک بازه تعریف میکنند مثلا دما اگر زیر 30 بود فن خاموش شود و زمانی که بالای 37 بود روشن گردد

کنترل با فیدبک نیز به دو صورت اتفاق می افتد

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

که به توضیح مفصل هر بخش خواهیم پرداخت

[engineer2012]

ساختمان ربات

ساختمان ربات

1. اندام های مکانیکی ربات: که شامل بازوهای پیوسته که به صورت لولا به هم متصلند و این مفصل ها به دو صورت عمل می کنند

• دورانی (Revolute )

• منشوری (Prismatic)

هر مفصل و بازو یک درجه آزادی را تشکیل می دهند (Degree of freedom)

در نتیجه اگر شما مثلا n مفصل و nآ بازو داشته باشیم nآ درجه آزادی خواهیم داشت این بازوها به بازویی که ربات به وسیله آن به جایی نصب شده متصلند این بازو به بازوی صفر مشهور است و جزء بازو های ربات محسوب نمی شود و در حرکت ربات تاثیری ندارند و به جایی مثلا زمین متصل هستند و توسط این پایه است که مختصات اولیه ربات را می سنجیم این مختصات اولیه به مختصات جهانی معروف است (World coordinate) نحوه شماره گذاری بازوها از بازوی پایه آغاز می شود تا به بازوی انتهایی ادامه می یابد نکته حائز اهمیت آن است که هیچگاه یک ربات یک مدار بسته را تشکیل نمی دهد

2. نیرو محرکه یا راه انداز(Actuator): تولید کننده قدرت و نیروی ربات است که توسط یک کنترل کننده دقیق به کنترل مفصل ها و بازوهای ربات می پردازد که خود شامل 3 نوع می باشد:

• پنوماتیک یا سیستم بادی ( Pneumatic system):

• هیدرولیک یا سیستم روغنی (Hydraulic System)

• سیستم برقی یا الکترونیک سیستم (Electronic System)

هر یک از این سه قسمت به طور مفطل توضیح داده خواهند شد

3. سیستم انتقال نیرو (Transmission system): واسطه ای بین سیستم اندام های مکانیکی و نیرو محرکه است که از محل تولید آن را به یکی از اندام ها منتقل می کند

4. سنسور یا حسگر(Sensor): حکم چشم ربات را دارند که شامل انواع برقی و نوری و .... می باشند

5. دستگاه کنترل یا کامپیوتر ربات (The robot Controller or computer) : در واقع برتری یک ربات از روی سیستم کنترل و میزان هوشمندی آن قابل ارزیابی است



در ادامه به بررسی هر بخش از ربات خواهیم پرداخت

[engineer2012]

کنترل نقطه به نقطه (PTP Control)

کنترل نقطه به نقطه (PTP Control)

PTP control یا کنترل نقطه به نقطه معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت است

چنانچه در مقاله نحوه کنترل روبات عنوان شد دو نوع کنترل برای ربات وجود دارد:

کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control)

کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control) که شامل:

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

می شدند توضیح مختصری دادیم

از بین این دو نوع کنترل، کنترل با فیدبک حائز اهمیت زیادی است زیرا با توجه به خروجی می توان میزان عملکرد و کارایی ورودی را محک زد

در این مقاله به بررسی اجمالی از نوع کنترل نقطه به نقطه (point-to- point control) خواهیم پرداخت PTP control معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت باشد مسیری که ربات در این حالت طی می کند به سینماتیک ربات یا نوع حرکت شناسی ربات مرتبط است که در مورد حرکت شناسی ربات به طور کامل بحث خواهیم کرد کنترل PTP دارای دقت و قدرت تکرار زیادی برخوردار است و از کاربرد های آن می توان به

• جوشکاری نقطه ای (Spot Welding)

• انتقال و جابه جایی قطعات (مخصوصا زمانی که لازم است ماشین فاصله های طولانی را در کند مورد استفاده قرار می گیرد)

اشاره کرد

سه نوع کنترل PTP وجود دارد که شامل موارد زیر می باشند:

1. کنترل نقطه به نقطه متوالی (Sequential PTP control) : در این نوع از کنترل هر یک از محور های ربات به طور جداگانه و به نوبت حرکت می کنند و معمولا زمانی از این روش استفاده می گردد که نوع موتور استفاده شده در ربات از نوع Stepper motor یا موتور پله ای باشد در این روش کنترل توسط یک Single-Micro اتفاق می افتد در حقیقت این میکرو در هر لحظه تنها یک محور را حرکت می دهد و این سبب می شود که کنترل در این روش بسیار آسان باشد ولی در عین حال سرعت پایینی دارد


2. کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ (Uncoordinated PTP Control) : این نوع کنترل معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که موتور استفاده شده در ربات موتور DC باشد در این نوع سرعت بالاست زیرا تمامی محورها و مفصل ها با هم می توانند حرکت کنند و هر یک از موتور ها دارا ی کنترل مکانی هستند در این روش هر یک از نیرو محرکه ها محور خود را به مقصد می رسانند ولی زمان قابل پیش بینی نیست چون هر یک به طور جداگانه این کار را انجام می دهند سرعت ربات در این نوع بستگی به سرعت کمترین نیرو محرکه دارد

3. کنترل نقطه به نقطه هماهنگ متوالی ( Terminally Coordinate PTP Control) : سرعت این نوع کنترل شبیه سرعت کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ است با این تفاوت که در این روش به علت آنکه نیرو محرکه ها هماهنگ هستند از میتوان از کنترل سرعت استفاده نمود.

[engineer2012]

روش های برنامه ریزی ربات

روش های برنامه ریزی ربات

4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود

ربات شامل بخش های مختلفی مثلا سنسور هاست که این بخش ها ورودی های ربات هستند و قطعا باید در جایی پردازش شوند و مورد بررسی قرار گیرند تا در پروسه کنترل استفاده گردند 4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود که شامل:

• برنامه ریزی دستی (Manual Programming)

• برنامه ریزی هدایت مستقیم(Lead through Programming)

• برنامه ربزی مسیر حرکت ربات (Walk through Programming)

• برنامه ریزی ربات خارج از خط (Off- Line Programming)

می شود

در برنامه ریزی دستی اپراتور با استفاده از کلید (مثلا کلیدهای قطع و وصل و متوقف کننده)برنامه مورد نظر را بر روی ربات انجام می دهد این نحوه برنامه ریزی در کارهای خیلی ساده مورد بررسی قرار می گیرد مانند گذاشتن یا برداشتن قطعات (Pick-and-Place)

در برنامه ریزی هدایت مستقیم اپراتور از Interface یا Teach Pendant استفاده می کند بدین معنی که میزان تغییر مفصل ها و یا بازوهای ربات در حافظه کنترلر ربات ضبط می شود این روش زمانی استفاده می گردد که از نظر ریاضی مشخص کردن مسیر حرکت برای ربات مشکل است ولی به راحتی می توان مسیر حرکت را توسط اپراتور نشان داد این روش می تواند مناسب ترین روش برای برنامه ریزی ربات ها باشد

برنامه ریزی مسیر حرکت ربات متداول ترین روش در رنگرزی، جوشکاری و کارهایی از این قبیل می باشد در این روش اپراتور Grip Handle ربات را در دست می گیرد و مثلا عمل رنگ کردن جسم مورد نظر را انجام می دهد ربات تمامی مراحل کار را در حافظه می سپارد و سپس می تواند آن را مجددا بار ها و بار ها تکرار نماید کارهایی چون روشن و خاموش کردن اسپری و کنترل ورود و خروج ، سرعت و غیره را می توان با استفاده از Teach Pendant نیز برنامه ریزی نمود.


روش چهارم که کمی مفصل تر است و همچنین مشکلات روش های مطرح شده را در مقاله بعد بحث خواهیم کرد

[engineer2012]

حرکت شناسی ربات

حرکت شناسی ربات

موقعیت ساختمانی ربات به دو قسمت تقسیم می شود یکی حرکت شناسی یا سینماتیک (Robot Cinematic) و دیگری دینامیک (Robot Dynamic)

منظور از حرکت ربات: تحلیلی است از حرکت هندسی (Geometry) ربات نسبت به یک محور ثابت بدون در نظر گرفتن اثر نیرو که سبب حرکت ربات می شود.

برای حرکت شناسی ربات از دو روش استفاده می شود:

• روش مثلثاتی (Trigonometric)

• روش ماتریسی (Matrix)


هر دوی این روش ها رابطه بین حرکت مفصل ها و بازوها را فرموله می کند

روش ماتریسی بسیار مناسب تر و متداول تر از روش مثلثاتی می باشد

روش مثلثاتی دارای یک تئوری اولیه است که لازم است ابتدا به بررسی این تئوری که به تئوری روش حرکت شناسی مثلثاتی یا Trigonometric Kinematics Theoryمشهور است پردازیم این روش به دو بخش تقسیم می شود

• موقعیت فضایی: در این روش عنوان می گردد که موقعیت هر جسم در یک سطح را می توان به تنهایی نسبت به مکان x , y و نقطه مرجع P و جهت زاویه Q به مختصات x2 , Y2 منتقل کرد که (x , y , Q) را موقعیت جسم و تمامی موقعیت های موجود را موقعیت فضایی نامند پس به راحتی می توان موقعیت یک بازو را در یک مجموعه بازوی مکانیکی سنجید

• حرکت شناسی مستقیم : اگر مختصات داخلی بازویی را که به مرکز یا اولین محور نزدیک است به عنوان مرجع محور مختصات در نظر بگیریم و محور های مختصات بازوی 1 و 2 ر به ترتیب x1 , y1 , x2 , y2 در نظر بگیریم می توان به راحتی رابطه نقاط بیان شده را با یک ضرب ماتریسی به دست آورد


در مقاله بعدی به مثالی کاربردی از این روش که هم اکنون کمی گنگ به نظر می رسد و البته کمی تخصصی است خواهیم پرداخت

[engineer2012]

معرفی IC

معرفی آی سی!!!

------------------------------------------
سلام. تعجب نکنید همونطور که گفتم که این مجموعه از صفر شروع میکند و هیچ چیز را برای حرفه ای شدن شما از قلم نمی اندازد و در پست های بعدی هم با میکروکنترلر، حسگر (Sensor)، حسگرهای مافوق صوت، تقویت کننده عملیاتی (OpAmp)، آی سی 555، ترانزیستورها، رادار تصویری، 8051، AVR، نرم افزارهای شبیه سازی روبات (مانند: Microsoft Robotics)، موتورهای القایی AC، نرم افزارهای شبیه سازی صنعتی، نرم افزار متلب، استپرموتورها، FPGA، فرستنده ویدیویی، انواع موتورهای القایی، موتورهای القایی فازشکسته و... آشنا میشویم.

-------------------------------------------
IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند

مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل شده اند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع مدارهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است حال برای آشنایی بیشتر به بررسی یکی از این IC ها که دارای کاربرد زیادی نیز می باشد خواهیم پرداخت

IC Timer 555 یکی از پرکاربردترین آی سی هایی است که برای مصارف متعددی مورداستفاده قرار می گیرد و دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای کم می باشد بیشترین کاربرد آن در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت است و از دیگر کاربردهای آن کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... هم می توان اشاره کرد مشخصات کامل پایه های آن در شکل آمده است که در دو حالت آستابل و مونو آستابل کار می کند.

در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس توسط پایه شماره 2 قابل کنترل است و اما در حالت آستابل در صورتی که تغذیه مثبت و منفی آن که مطابق شکل در پایه های 1و4و8 (ولتاژ تغذیه این آی سی چیزی بین 5 تا 15 ولت و حداکثر 18 ولت است) واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 صورت پذیرد به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابتی را ایجاد می کند خروجی ای سی که می توان پالس را از آن دریافت کرد در هر دو صورت پایه شماره 3 می باشد.

در هفته آینده توسط این آی سی به معرفی چند نمونه از اصطلاحات الکترونیکی خواهیم پرداخت.

[engineer2012]

میکرو کنترلر (Microcontroller)

میکرو کنترلر (Microcontroller)

کلمه میکروکنترلر از دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است که میکرو یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر کنترلر نیز به معنای کنترل کننده است.

میکرو کنترلر به دو صورت می تواند عمل کند

بر مبنای ورودی هایی که به آن داده می شود خروجی خود را تنظیم می کند.

یا اینکه ورودی تعریف نشود و تنها بر اساس برنامه عمل کند و خروجی فقط بر اساس برنامه باشد.

به آی سی هایی که قابل برنامه ریزی می باشد و عملکرد آنها از قبل تعیین شده میکروکنترلرگویند میکرو کنترلر ها دارای ورودی - خروجی و قدرت پردازش می باشد که از بخش های مختلفی چون

Cpu (واحد پردازش)

Alu (واحد محاسبات)

I /O (ورودی ها و خروجی ها)

Ram حافظه اصلی میکرو

Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد

Timer برای کنترل زمان ها

می باشد. علاوه برآن میکروکنترلرها دارای خانواده های مختلفی چون PIC - AVR – 8051 ها می شوند که به بررسی تک تک آنها خواهیم پرداخت از قابلیت های فوق العاده میکرو کنترلر ها و مزیت آنها قابلیت برنامه ریزی آنها می باشد و دارای کامپایلرهای خاصی می باشند که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل که قابلیت اتصال به یکی از پورت های کامپیوتر را دارد برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا می کند و در Rom (حافظه) آن ذخیره می شود این آی سی ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند و بیشتربرای کنترل استفاده می شود و طبق الگوریتم برنامه آن عمل می شود این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کاربرد دارند. برای شروع کار با یک میکروکنترلر که در رباتیک کاربردهای فراوانی از آن را خواهید دید در ابتدا لازم است یک زبان برنامه نویسی مانند C , Basic را بیاموزید. (ترجیحا C)

[engineer2012]

معرفی میکروکنترلر 8051

معرفی میکروکنترلر 8051

همانطور که در مقاله قبلی به توضیح مختصری از میکرو کنترلر ها پرداختیم سه نمونه معروف و پرکاربرد از میکرو کنترلر ها می توان به8051 و PIC و AVR اشاره نمود که در این مقاله به بررسی یکی از آنها که اولین میکرو نیز می باشد می پردازیم.

8051

اولین میکروکنترلر ساخت دست بشر است که در ابتدا توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد. اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS, SIEMENS , DALLAS و... که از بزرگ ترین شرکت های دنیا هستند به تولید این میکروکنترلر پرداختند یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود که مدل های مختلف میکروکنترلر را ساخت و محصلات آن در سراسر جهان و در ایران یافت می شود. اما زمانی که ما به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر را در نظر می گیریم متوجه می شویم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید می شود پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.001 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس می شود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.

این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی می کند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توان رقابت با AVR و PIC را دارا نیست و رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است.

[engineer2012]

رگولاتور چیست؟

رگولاتور چیست؟

رگولاتور قطعه ای است که در ساخت مدارات الکترونیکی کاربردهای فراوانی دارد در حقیقت رگولاتورهای ولتاژ، نوعی از نیمه رساناها هستند که برای تنظیم ولتاژ طراحی شده اند

رگولاتورها در یک دسته بندی کلی به 3 بخش زیر تقسیم می شوند:

1. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت مثبت: که خروجی انها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می باشد که نام گذاری آنها نیز به صورت 78XX یا L78XX یا M78XX می باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور 7805 ، 5 ولت می باشد و همچنین L یا M هم نشان دهنده حداکثر جریان دهی آن است

(L= تا 1 آمپر ،=M تا 1.5 آمپر)

2. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت منفی: که خروجی آنها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر – می باشد که نامگذاری انها به صورت 79XX می باشد.

3. رگولاتورهای ولتاژ خروجی متغیر: به وسیله این رگولاتورها می توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد. معروف ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجی – آنهاLM337 می باشد. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد.

این رگولاتورها 3 پایه دارند. مثبت + ، خروجی، زمین یا - ( قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می گوییم(Gnd))

در رگولاتورهای سری 78XX ولتاژ ورودی باید حداقل دو یا سه ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در زیر به طور مختصر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی----------------------- ولتاژ خروجی -----------------------شماره مدل

7.3---------------------------------------------5------------------------------------7805

11.5-------------------------------------------9------------------------------------7809

14.6-------------------------------------------12-----------------------------------7812

21---------------------------------------------18-----------------------------------7818

27.1------------------------------------------21------------------------------------7824

[engineer2012]

حسگرهای مافوق صوت

حسگرهای مافوق صوت

یکی از مسائل مطرح در رباتیک ایجاد درک نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حرکت است.

از سوی دیگر ممکن است نیاز داشته باشیم که ربات بتواند درکی از فاصله ها بدون تماس فیزیکی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می کنند.

فرکانسهای این محدوده را می توان بین 40 کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فرکانسها کاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یک مخزن و ....را دارند.

جهت استفاده از این امواج یک سری سنسورهای مخصوص طراحی شده که می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی کرد.سنسورهای غیر صنعتی در فرکانسهایی در حدود 40 کیلو هرتز کار می کنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت کار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یک فاصله یا عمق یک مایع می توان از آنها استفاده کرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی که در فرکانسهای در حد مگا هرتز کار می کنند و به دلیل همین فرکانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت

مکانیزم کلی کار این سنسورها ، فرستادن یک بیم و دریافت انعکاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه کرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.

اگرچه به صورت یک پک هم یافت می شود که هر دو سنسور را در خود جای دهد

همانند تمامی دستگاه های دیگر این نوع سنسور ها دارای خطا نیز می باشند

یکی از مهمترین خطاهایی که درآنها مشاهده می شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور که میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یک بیم لیزر تاباند و انعکاس آن را ثبت کرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممکن است پیش آید.

در ادامه بحث به ساختار داخلی و بررسی دقیق خطا خواهیم پرداخت

[engineer2012]

معرفی پ امپ (Op-Amp)

معرفی پ امپ (Op-Amp)

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار پ امپ نامیده می شو ندو به صورت مدار مجتمع در دسترس قرار می گیرند.

این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.

از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد انهاست

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار بالایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آن را به سطح قابل قبولی از ولتاژآ در خروجی تبدیل می کند.

Op-Amp همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی است که این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند.

پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آی سی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. و برعکس اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آی سی 5 ولت باشد و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژآ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است.

در مقاله بعدی به بررسی op-Amp با فیدبک خواهیم پرداخت