دانلود مقاله ربات

روبات واژه ای است که با شنیدن آن پیشرفت، زندگی نوین، زندگی ماشینی و واژه های بسیار دیگر به ذهن متبادر می شوند.

این اختراع عجیب انسان، امروزه دیگر عضوی از زندگی او شده و هر روز توسط او در حال پیشرفت است.

از فعالیت های سنگین صنعتی در مراکز صنعتی گرفته تا سطح اجرام آسمانی و فضا، در همه جا روبات ها به عنوان نمایندگان انسان و به جای او کارهای متفاوتی را انجام می دهند، اما روبات چگونه متولد شد و به چه حدی از پیشرفت دست یافته است.

تاریخچه و تعریف

برای بسیاری از افراد عادی، اگر یک ماشین یا دستگاه الکترونیکی به لحاظ ظاهری شبیه به انسان باشد، به راحتی روبات خطاب می‌شود.

برای مثال یک ماشین میل‌لنگ‌کاری CNC با وجود اینکه به لحاظ ظاهری شبیه به بازو و دست انسان است، اما قدرت انتخاب و تصمیم‌گیری ندارد و به اشتباه روبات خطاب می‌شود در حالی که تنها یک ماشین ساده است.

لغت روبات در اکثر زبان‌های دنیا با همین تلفظ دارای معنای واحدی می‌باشد.

این لغت اولین‌بار در خلال سال‌های 1920 تا 1930 در نمایشنامه‌ای با نام RUR (Rossmuse Universal Robot) نوشته کارل کاپک نویسنده چک‌اسلواکی به‌‌کار برده شد.

در این نمایشنامه بازیگران نقش موجوداتی مصنوعی و کوچک شبیه انسان را بازی می‌کردند، که به‌طور مطلق تحت فرمان صاحب خود قرار داشته و دستوراتش را مو‌به‌مو اجرا می‌کردند.

این موجودات روبات نامیده می‌شدند که ریشه آن از لغت اسلاو (یعنی اسلواکی‌یایی!) Robota به معنای کارگر اجباری است.

تعریف روباتیک
روباتیک، علم مطالعه فن آوری مرتبط با طراحی، ساخت و اصول کلی و کاربرد روباتهاست.

روباتیک علم و فن آوری ماشینهای قابل برنامه ریزی، با کاربردهای عمومی می باشد.
برخلاف تصور افسانه ای عمومی از روباتها به عنوان ماشینهای سیار انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای روباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابل انعطاف، ولی محدودی را انجام می دهند.

چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردهای و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، می باشد.

علاوه براین، ممکن است حسگرها و تجهیزات جانبی یا ابزارهای خاصی نیز داشته باشند.

بعضی از روباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام می دهند، که سایر سیستم های پیچیده تر بطور همزمان چند کار انجام می دهند، به دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند.

حسگرهای یک روبات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند.

روبات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد.

بعضی از روباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می توانند اجزاء بسیار کوچک را در جای مناسب قرار دهند.

ساده ترین شکل روباتهای سیار، برای رساندن نامه در ساختمانهای اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسیر یک کابل قرار گرفته در زیر خاک یا یک مسیر رنگ شده به کار برده می شوندکه هرگاه به هدف تعیین شده رسیدند، متوقف می شوند.

روباتهای بسیار پیچیده تر در محیط های نامعین تر مانند معادن استفاده می شود.
قوانین ربوتیک
در سال 1940،Issac Assimov سه قانون Robotics را به شرح زیر بیان کرد:
1.

یک روبات موجودی است که نباید به انسان آزار برساند و اجازه ندهد به چیزی ضرر برسد.

2.

باید از انسان اطاعت کند، مگر این ‌که با قانون اول مغایرت داشته باشد.

3.

باید خودش را در برابر خطر و ضرر محافظت نماید، مگر این‌که با قانون اول و دوم مغایرت داشته باشد.

تاثیر هوش مصنوعی بر روباتیک
در سال 1959 با ایجاد شاخه ای دیگر در دانش بشری، افق های تازه ای به روی روبات ها گشوده شد.

در این سال ماروین مینسکی و جان مک کارتی در ام آی تی هوش مصنوعی را به جهانیان معرفی کردند.

اختراع هوش مصنوعی تاثیری باورنکردنی بر پیشرفت روبات ها داشت و آنها را از مبحثی صرفاً علمی به موضوعی عمومی که می تواند در زندگی و صنعت مورد استفاده باشد تبدیل کرد.

سه سال بعد اولین روبات صنعتی دنیا توسط جنرال موتورز آمریکا خریداری شد.

با استفاده گسترده از روبات ها در صنایع امریکا، کشورهای دیگر هم به روبات ها علاقه مند شدند.

یکی از این کشورها ژاپن بود که در سال 1967 واردات روبات از آمریکا را آغاز کرد.

علاقه زیاد ژاپنی ها به روبات آنها را قادر ساخت که یک سال بعد اولین روبات غیر اروپایی امریکایی دنیا را بسازند.

ساختار عمومی یک روبات
یک روبات به‌طور معمول حداقل شامل 5 بخش متفاوت ولی مرتبط می‌باشد:
1 - سیستم مکانیکی مفصل شده : (Articulated Mechanical system : AMS)
این سیستم متشکل از بازوها، مچ‌ها، اتصالات و عوامل نهایی مکانیکی بوده که در یک مجموعه به هم پیوسته و مرتبط جمع شده‌اند.

2 - تحریک‌کننده‌ها : (Actuators)
این بخش توان لازم را تحت یک سری شرایط کنترل شده و دقیق، برای سیستم مکانیکی مفصل شده(AMS) فراهم می‌کند.

این توان از انواع الکتریکی، هیدرولیکی و یا نیوماتیکی می‌باشد.

3 - ابزارها و سیستم‌های انتقال : (Transmission system)
این مجموعه Actuators را به AMS اتصال می‌دهد.

بدین طریق توان فراهم شده توسط تحریک‌کننده‌ها به بخش مکانیکی منتقل شده و به‌گونه‌ای مجزا امکان حرکت را برای هر مفصل فراهم می‌آورد.

تسمه‌های دنده‌دار و چرخ‌دنده‌ها از این نوعند.

4 - حسگر‌ها :(Sensors)
سنسور‌ها قطعاتی هستند متشکل از ابزارهای لامسه‌ای الکتریکی یا نوری که در کنار سایر عناصر الکترونیکی ایفای نقش می‌کنند.

وظیفه این المان‌ها کسب اطلاعاتی از موقعیت مفاصل روبات و شرایط محیطی مانند نور و گرما و هدف‌های موجود در محیط می‌باشد.

5 - مغز روبات :(CPU)
این بخش به‌عنوان محلی برای دستور گرفتن و تصمیم‌گیری روبات می‌باشد.

به‌عبارت دیگر، وظیفه پردازش اطلاعات دریافتی از سنسور‌ها بر عهده این بخش است که این وظیفه توسط برنامه‌های موجود در حافظه کامپیوتر به انجام می‌رسد.

بخش نرم‌افزار هم مربوط به این قسمت است.

برنامه‌نویسی در روبات
برنامه نویسی در روبات به دو صورت Online و Offline انجام می‌شود.
در برنامه‌نویسی Online که امروزه به عنوان معمول‌ترین روش در به‌کارگیری روبات‌های صنعتی استفاده می شود، اپراتور حرکت‌های مورد نظر را به روبات آموزش می‌دهد، به‌گونه‌ای که روبات بعد‌‌اً می‌تواند بدون کمک و به‌طور خودکار همان کار‌ها را تکرار کند.

این نوع از برنامه‌نویسی به دو صورت انجام می‌شود: 1- آموزش دستی 2- آموزش از طریق هدایت.

در روش دستی با کمک یک جعبه کنترلی، روبات را به نقاط مورد نظر هدایت کرده و مختصات آن‌ها در حافظه کامپیوتری روبات ثبت می‌شود و به این ترتیب برای دفعات بسیار قابل تکرار است.

در روش هدایت، عامل نهایی را با دست در مسیر دلخواه حرکت داده و وضعیت پیوسته هر یک از محورها در حافظ روبات ثبت می‌شود.

اما در مورد برنامه‌نویسی Offline که به برنامه‌نویسی سطح بالا موسوم است، این نکته اهمیت دارد که وقتی انجام کارهای پیچیده مورد نظر است و یا سرعت واکنش روبات به وقایع خارجی اهمیت دارد، باید از زبان های کنترل‌کننده روبات‌ها استفاده کرد.

در این زبان‌ها علاوه بر وجود دستورات معمولی از قبیل کنترل حلقه و یا عبارات شرطی، دستوراتی برای حرکت و جابه‌جایی روبات‌ها هم در نظر گرفته شده است.

این نوع برنامه‌نویسی امکان ارتباط آسان‌تر با روبات را فراهم می‌آورد.

طبقه بندی روبات ها روبات ثابت روباتهای امروزی که شامل قطعات الکترونیکی و مکانیکی هستند در ابتدا به صورت بازوهای مکانیکی برای جابجایی قطعات و یا کارهای ساده و تکراری که موجب خستگی و عدم تمرکز کارگر و افت بازده می شد بوجود آمدند.

اینگونه روباتها جابجاگر (manipulator) نام دارند.

جابجاگرها معمولا در نقطه ثابت و در فضای کاملا کنترل شده در کارخانه نصب میشوند و به غیر از وظیفه ای که به خاطر آن طراحی شده اند قادر به انجام کار دیگری نیستند.

این وظیفه میتواند در حد بسته بندی تولیدات, کنترل کیفیت و جدا کردن تولیدات بی کیفیت, و یا کارهای پیچیده تری همچون جوشکاری و رنگزنی با دقت بالا باشد.

روبات های متحرک نوع دیگر روباتها که امروزه مورد توجه بیشتری است روباتهای متحرک هستند که مانند روباتهای جابجا کننده در محیط ثابت و شرایط کنترل شده کار نمی کنند.

بلکه همانند موجودات زنده در دنیای واقعی و با شرایط واقعی زندگی می کنند و سیر اتفاقاتی که روبات باید با آنها روبرو شود از قبل مشخص نیست.

در این نوع روبات هاست که تکنیک های هوش مصنوعی می بایست در کنترلر روبات(مغز روبات) به کار گرفته شود.روباتهای متحرک به انواع زیر قابل تفکیک اند: الف - روبات ها ی دارای پا : ۱- روبات های ۲ پا مانند روبات های انسان نما (Humand ) روباتهایی انسان نمایی که در ابتدا فقط دو پا داشتند و حالا وزن کمتر و حرکت روانتری دارند.

۲-روبات های ۴ پا روبات هایی که شبیه به حیوانات هستند.

مانند روبات های سگ (AIBO) سونی ۳-روبات های ۶ پا در ساخت این روبات ها از حشرات الهام گرفته شده .

۴-روبات های ۳ پا و ۸ پا نیز ساخته میشوند .

همانطور که گفته شد در ساخت روبات های متحرک قانون خاصی وجود ندارد .ب- روبات های دارای چرخ: روبات های دارای چرخ نیز انواع مختلفی دارد و در انواع ۲،۳،۴،۵،۶،۸ چرخ ساخته میشود .

نوع ۲،۴ چرخ بیشتر ساخته میشود.

البته در ساخت این نوع روبات ها از چرخ های تسمه تانکی هم استفاده میشود .

ج-روباتهاپرنده د-روباتهای چند گانه(هایبرید) که ترکیبی از روباتهای بالا یا ترکیب با جابجاگرها هستند.

موش ها، روبات هاى غیر مصنوعى دانشمندان مى‌توانند با فرستادن علایم الکتریکى از یک Laptop به مغز موش ها آن‌ها را در یک مسیر فرضى پرمانع کنترل کنند.

علایمى که به مغز موش فرستاده مى‌شود باعث پیدایش احساس تماس در سبیل‌هاى راست یاچپ موش مى شود و موش نیز با حرکت به سمت راست یا چپ به این علایم پاسخ مى دهد.

در آخرنیز دانشمندان علایمى را به مغز موش مى فرستند که باعث به وجود آمدن احساس شادمانى در موش مى شود.

ما مى توانیم حیوانات را وادار به انجام کارهاى مناسب کنیم!

جان کپین متخصص نوروفیزیولوژى رئیس گروه آزمایش‌گران در مصاحبه با ABC News و إNewYork Times گفته است که از این تکنیک مى توان براى تربیت موشهاى نجات دهنده استفاده کرد، این موش‌ها هنگامى که افراد در مناطق خطرناک گرفتار شده اند ،‌به کار گرفته خواهند شد.

ایده بزرگ پشت این آزمایش گسترش تحقیحات به حوزه نوروروباتیک است.

در حقیقت حیوانات مى‌توانند تحریکات یاد شده را حس کنند.

این مسئله ما را به ارزیابى امکان استفاده از اعضاى مصنوعى داراى قابلیت درک احساس قادر مى‌سازد.

در نتیجه افراد فلج مى‌توانند عضو مصنوعى را با استفاده از یک ماشین مغزى حدواسط بهتر کنترل کنند.

اما هدف فعلى چیست؟

کپین مى گوید که او در حال حاضر روى ایجاد موش‌هایى براى انجام ماموریت‌هاى نجات تحقیق مى‌کند.

هدف بعدى از الان مشخص است: جنگ در سال 1999 آژانس مرکز تحقیقات دفاعى روى مطالعات کپین درباره حیواناتى که مى توانستند در عملیات نظامى کمک کنند سرمایه‌گذارى کرد.

این بار دانشمندان از موش هایى صحبت مى‌کردند که میتوانستند به عنوان پیشاهنگ جاسوس یا پیغام رسان استفاده شوند.

حتى از موش‌ها مى توان به عنوان مین یاب استفاده کرد چون آن‌ها میتوانند بوى مواد منفجره را حس کنند و وزن آن‌ها نیز باعث انفجار مین نمى‌شود.

تصور کنید یک جنگجو را که به جاى آن که خود وارد عمل شود از نیروى تفکرش در فاصله دور استفاده کند.

به این ترتیب حتى مى‌توان با استفاده از موش ها یا حتى سک ها عملیات انتحارى را بدون نیاز به انسان و داوطلبان انجام داد.

‌دانشمندان تنها اطلاعات را به مغز آن‌هامى فرستند در حقیقت این اطلاعات به عنوان مثال تحریک بخش مغزى مربوط به حس لامسه سبیل راست یا چپ موش است.

بنابراین میتوان به راحتى به موش ترس یا رویدادى را در مقابلش القا کرد.

در حقیقت این مسئله دادن اطلاعات به مغز موش نیست بلکه نوعى فریب دادن موش است.

کپین در گفت و گو با Post نیز تایید مى کند که موش‌ها از این اعمال ناراحت نمى‌شوند ‌آنها حتى احساس درد و ناراحتى نمى کنند و در مقابل هر عمل درستى پاداش مى‌گیرند.

کیپن و همکارانش در طى آزمایش هاى خود موش ها را وارد محیط‌هایى کرده اند که در حالت عادى از آن‌ها گریزان هستند.

به عنوان مثال موش ها را وادار به رفتن به محیط‌هاى باز و پر نور کرده اند.

موش ها در حالت عادى بالا رفتن از نردبان عمودى ، عبور از سطوح شیب‌دار ،‌عبور از لبه هاى باریک و ...

امتناع مى کنند اما تنها تحریکات دسته اعصاب میانى بخش جلوى مغز کافى است که موش به راحتى از سطح شیب دار عبور کند.

در حقیقت کسى موش را با شلاق به جلو نمى برد و موش تنها براى جلو رفتن تحریک مى شود.

روباتى کردن موش ها به این دلیل بوده است که آنها بهتر از روبات ها ى