نحوه ساخت ربات مسیر یاب و رهگیر (ترکیب رباتیک و سنسورها)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
(پیش از مطالعه این بخش قسمت الکترونیک قطعات و ic ها مطالعه گردد)
هر ربات از ۳ بخش کلی تشکیل شده است :
۱- مکانیک
۲- الکترونیک
۳- برنامه نویسی
این ربات در برگیرنده تمام بخش های یک روبات پیشرفته، شامل بخش های مکانیکی (شاسی و گیربکس)، حسگرها (اعم از مادون قرمز و میکروسوئیچ)، موتورهای DC، بخش کنترلری (میکروکنترلر) و بخش الکترونیکی (برد مدار چاپی) می باشد
تغذیه ربات
یکی از عوامل مهم در انتخاب باتری برای ربات ها توجه به میزان ظرفیت بالا (آمپرساعت) و در عین حال وزن پایین باتری است. از اینرو تصمیم گرفته ایم برای تغذیه این ربات از باتری های تبلت استفاده کنیم. باتری تبلت ها از جنس لیتیومی بوده و هر باتری دارای سطح ولتاژ 3.7 ولت با ظرفیت های (آمپر ساعت) مختلف در بازار موجود است. معمولا باتری های لیتیومی در ساخت ربات ها بسیار مرسوم است چراکه دارای وزن کم و ابعاد کوچک هستند و در عین حال ظرفیت بالایی دارند.
همانطور که ذکر شد ولتاژ هر باتری لیتیومی 3.7 ولت است و ولتاژ مورد نیاز ما برای راه اندازی ربات 12 ولت می باشد، به همین جهت نیاز است تا با سری کردن سه عدد باتری لیتیومی تبلت با ولتاژ 3.7 ولت و ظرفیت جریان دهی 3000 میلی آمپر ساعت، یک منبع تغذیه با ولتاژ 12 ولت و ظرفیت 3000 میلی آمپر ساعت بسازیم. در تصویر زیر نمونه ای از باتری های به کار رفته در ربات را که به صورت سری بسته شده اند
(نمونه سنسورهاCNY70)
حسگرهای تشخیص خط سیاه در زمینه سفید و موانع روبرو و هدف
در ساخت این ربات برای تشخیص خط سیاه در زمینه سفید و همچنین تشخیص موانع و هدف از حسگر CNY70 استفاده شده است. سنسور CNY70، یک گیرنده و فرستنده امواج مادون قرمز است و در روبات های تعقیب خط برای تشخیص رنگ سیاه و سفید کاربرد دارد. اندازه سنسور CNY70 بسیار کوچک است و قیمت نسبتا مناسبی دارد. این حسگر، که به صورت بسته های آماده در بازار موجود است، از حسگرهای خوب و پر کاربرد است. فرستنده این حسگر ها آبی رنگ و گیرنده آن ها سفید رنگ می باشد.
این سنسور زمانی بهترین عملکرد را دارد که فاصله اش از زمین 3 میلی متر باشد. این حسگر، چهار پایه دارد که دو پایه از آنها به GND و دو پایه دیگر با مقاومت های 220 اهم برای فرستنده و 10 کیلو اهم برای گیرنده به VCC وصل می شوند. گیرنده این سنسور یک فتوترانزیستور است و به همین دلیل، سرعت زیادی ندارد و برای روبات های تعقیب خط چندان مناسب ، با وجود این چون دقت بالایی دارد،
میکروسوئیچ ها و تشخیص موانع
از جمله کاربردهای میکروسوئیچ، توقف ناگهانی ربات است. به محض فشار دادن اهرم این حسگر، یکی از پایه ها بر حسب نحوه قرار گرفتنش در مدار، صفر یا یک می شود. این ربات علاوه بر حسگرهای نوری که زیر آن تعبیه شده اند، به چهار کلید فشاری مجهز است که برخورد با دیواره ها و موانع را مشخص می کنند. دو کلید فشاری در دو سمت راست و چپ و دو کلید دیگر جلوی بدنه روبات قرار می گیرند. با توجه به اینکه کدام یک از میکروسوئیچ ها به مانع برخورد می کند، به موتورها فرمان داده می شود که کمی به سمت راست بچرخند، کمی به طور مستقیم حرکت کنند و سپس کمی به سمت چپ بچرخند. چنانچه روبات دوباره به مانع برخورد کند، همین مراحل تکرار خواهند شد. مدت زمانیکه ربات باید بچرخد یا مستقیم حرکت کند، به طور کامل به ساختار ربات و موتورهای آن بستگی دارد.
فاصله سنج ساخت.
سرعت صوت در هوا 343 متر بر ثانیه و تا حدی به رطوبت و دمای محیط نیز بستگی دارد. سرعت صوت در آب نمک 1500 متر بر ثانیه و در آب خالص 1435 متر بر ثانیه است. برای مثال فرض کنید که سونار، امواج صوتی را به جسم ناشناس فرستاده است و صوت این فاصله را دو بار طی کرده است. حال اگر میکروکنترلر زمان 0.035 ثانیه را ثبت کرده باشد، فاصله جسم تا ربات برابر خواهد بود با حاصل ضرب سرعت صوت در هوا (343) در مدت زمان محاسبه شده توسط میکروکنترلر تا زمان برگشت امواج (0.035) و در نهایت نتیجه حاصل ضرب بر عدد دو تقسیم می شود.
توجه : حسگرهای اولتراسونیک دارای یک مقدار پیشینه و یک مقدار کمینه می باشند. اگر فاصله زیاد باشد، امواج پخش می شوند و گیرنده آنها را نمی تواند دریافت کند و بلعکس اگر فاصله بسیار نزدیک باشد، کار انعکاس به سرعت انجام می شود و وسایل الکترونیکی و یا پردازشگرها نمی توانند با این سرعت کار کنند.
سیستم اعلام پیدا کردن هدف و موانع روبرو
، زمانیکه ربات، موانع را تشخیص می دهد، باید چند ثانیه رو به روی آن بایستد و یک لامپ ال ای دی (LED) ، شروع به چشمک زدن کند. بدین منظور در هنگام طراحی و ساخت این ربات یک بوق (Buzzer) و یک لامپ LED بر روی برد اصلی ربات تعبیه شده است که بلافاصله بعد از تشخیص موانع توسط ربات تا چند ثانیه فعال می شوند.
مدار راه اندازی موتورها
در طراحی این ربات برای راه اندازی و کنترل سرعت چرخش موتورها از تراشه L293D استفاده شده است. این تراشه به عنوان یک راه انداز (Driver) در ربات هایی با اندازه کوچک کاربرد دارد. و دو مدار پل H را در خود جای داده است. هر کدام از این مدارها می توانند برای راه اندازی یک موتور استفاده شوند. شکل زیر ساختار این تراشه را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می کنید، هر سمت از این تراشه برای راه اندازی یک موتور و تغییر جهت آن استفاده می شود. این تراشه می تواند جریان 600 میلی آمپر را به صورت پیوسته و جریان 1200 میلی آمپر را به صورت لحظه ای تحمل کند.
پایه های Input1 و Input2 به یک ولتاژ منطقی وصل می شوند که هر کدام دارای دو حالت صفر و یک است. خروجی های Output1 و Output2 با توجه به نحوه ولتاژ اعمالی به این ورودی ها، ولتاژ مثبت یا منفی خواهند داشت. به این ترتیب موتور، بسته به ورودی ها، می تواند در جهت ساعتگرد یا پادساعتگرد بچرخد.
پایه ای به نام Enable نیز وجود دارد (که در برخی موارد Chip Inhibit نیز گفته می شود) در صورت یک بود این پایه، پایه ها فعال می شوند و با صفر شدنش، پایه های آن سمت از تراشه غیر فعال خواهد بود. جدول زیر نحوه عملکرد موتور را در حالت های مختلف ورودی های INPUT1 و INPUT2 نشان می دهد. همچنین برای کنترل سرعت موتور با استفاده از PWM، کافی است پالسpwm مورد نظر را به پایه Enable تراشه وصل کنید و پایه های INPUT1 و INPUT2 را نیز برای تعیین جهت چرخش موتور به کار ببرید.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)