سایت تخصصی کار و فناوری شهرستان گرگان

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/index.php/articles/48-robotics-engineering

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

http://www.robotics-engineering.ir/index.php/articles/49-robotics-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 شبیه‌سازی در حقیقت رباتی به صورت فیزیکی ساخته نمی‌شود و ساخت ربات در یک محیط مجازی شبیه سازی شده که در آن بعضی از قوانین دنیای واقعی وجود دارد صورت می‌گیرد 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 می‌شود.

در بخش Real مسابقات بسیار متنوعتری نسبت به Simulation وجود دارد زیرا شما با ربات های حقیقی سر و کار دارید که مهم‌ترین آنها عبارتند از: ربات‌های فوتبالیست(در چندین سطح مختلف)، ربات‌های امدادگر، ربات‌های مسیریاب (Path Finder)، ربات‌های آتش نشان (Fire Fighter)، ربات های مین یاب (Deminer)، ربات‌های لابیرنت، ربات‌های 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 مطلب را آغاز کرده  و سپس به ساخت ربات های سخت افزاری ساده همچون ربات خط یاب خواهیم پرداخت.

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.

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 باشد چون 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 می کنند 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)

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 n‌ بازو داشته باشیم n‌ 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 هیچ گاه 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)

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:

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)

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.

روش های برنامه ریزی ربات

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)

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 بارها و بارها 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 بعد بحث خواهیم کرد.

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

آشنايي با قطعات و... 

در ادامه 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 می شویم.

آي.سي

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 کاهش 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 یكی از پركاربردترین آی سی هایی است كه برای مصارف متعددی مورداستفاده قرار می گیرد و دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای كم 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 و... 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 2 و6 و7 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.

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) 

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 نام گذاری 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

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. 

حسگرهای مافوق صوت

یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاد درك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حركت است. از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی از فاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می كنند.

فركانسهای این محدوده را می توان بین 40 كیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فركانسها  كاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یك مخزن و... را دارند.

جهت استفاده از این امواج یك سری سنسورهای مخصوص طراحی شده كه می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی كرد.

سنسورهای غیر صنعتی در فركانسهایی در حدود 40 كیلو هرتز كار می كنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت كار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یك فاصله یا عمق یك مایع می توان از آنها استفاده كرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی كه در فركانسهای در حد مگا هرتز كار می كنند و به دلیل همین فركانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت.

مكانیزم كلی كار این سنسورها ، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس 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 كرد 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. يكی از مهمترین خطاهایی كه درآنها مشاهده می شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور كه میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یك بیم لیزر تاباند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممكن است پیش آید.

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

معرفی آپ امپ (Op-Amp)

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شوند و 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 ویژگی های 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 ولتاژ‌ 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 ولتاژ‌ 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.

مختصری در مورد آی سی 555

آی سی 555 دارای 8 پایه است و همانطور که بیان شد به آی سی تایمر مشهور است. در مدار داخلی این آی سی فلیپ فلاپ به کار رفته است که با توضیح مختصری از فلیپ فلاپ به بررسی آن می پردازیم.

در مدارات الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ ( Flip Flop ) یک نوع آی سی یا تراشه ( IC ) یا مدار مجتمع دیجیتال است که می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند. یک فلیپ فلاپ می تواند شامل دو سیگنال ورودی، صفر یا یک در پایه یا پایه های ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی ( clock ) و یک خروجی ( out put ) و دو پایه set و reset می باشد.

فلیپ فلاپ ها معمولا دارای یک خروجی معکوس خروجی اصلی هم هستند. یعنی از نظر منطقی خروجی معکوس یا متمم ، برعکس خروجی اصلی است و اگر خروجی اصلی مثلا دارای سطح منطقی یک ( مثلا 5 ولت ) باشد خروجی متمم ( مکمل هم می گویند ) به صورت معکوس خروجی اصلی (در این مثال صفر منطقی ) خواهد بود. آن را آلاکلنگ نامیده اند چون خروجی آن بین صفر و یک تغییر می کند. حال با این توضیح به 2 اصطلاح تریگر و ترشولد می پردازیم.

3. تریگر: چنانچه ولتاژ پایه 2 از VCC/3 کمتر شود ،با توجه به ورودی های مقایسه کننده آنالوگ دوم خروجی این مقایسه کننده بالا رفته و باعث ست شدن فلیپ فلاپ Q=1 ( که با لبه بالا رونده کار می کند) می گردد.یعنی خروجی فلیپ فلاپ یا خروجی خود IC در این حالت بالا می رود و حتی اگر ولتاژ پایه 2 باز هم از VCC/3 بیشتر شود و خروجی مقایسه کننده پایین بیاید تغییری در خروجی مشاهده نمی شود.

4.ترشولد: چنانچه ولتاژ پایه 6 از 2/3VCC یا ولتاژ 5 بیشتر شود ، با توجه به ورودی های مقایسه کننده اول ،خروجی مقایسه کننده High شده و فلیپ فلاپ را Reset و خروجی IC را صفر می کند.

5. دشارژ: از این عمل بیشتر برای تخلیه خازن و رفتن به سیکل بعدی تایمینگ استفاده می شود ولی بسته به نوع مدار و نظر طراح ، می تواند استفاده های دیگری هم داشته باشد .

یک سوال مهم!!!

یكی از جالب‌ترین و هیجان‌انگیزترین پرسش‌هایی كه تاكنون تاریخ فلسفه به خود دیده، پرسشی است كه آلن تورینگ، فیلسوف و ریاضیدان انگلیسی در سال 1950 طی مقاله‌ای به نام Computing Machinery and Intelligence یا <ماشین محاسباتی و هوشمندی> مطرح كرد. او پرسید: <آیا ماشین می‌تواند فكر كند؟>

این پرسش به گونه ای شروع تفکر در مورد ساخت ربات های هوشمند را ایجاد کرد. وی برای این‌كه ذهن مخاطب را از پریشانی درباره ماهیت این ماشین دربیاورد، توضیح داد كه منظور او از ماشین، یك كامپیوتر است؛ ماشینی كه قادر به انجام محاسبات نرم‌افزاری است. به این ترتیب برای اولین بار این پرسش در ذهن نوع بشر پدید آمد كه: <آیا كامپیوتر می‌تواند فكر كند؟>

خود تورینگ  پاسخ قطعی این پرسش را پیدا نکرد، اما برای یافتن پاسخ مناسب در آینده، یك راهبرد خلاقانه پیشنهاد كرد. او آزمونی طراحی كرد كه خود آن را <بازی تقلید> نامید. تورینگ پرسید: <آیا یك ماشین، یعنی یك كامپیوتر، می‌تواند آزمون تقلید را با موفقیت پشت سربگذارد؟> آیا یك كامپیوتر می‌تواند با یك انسان چنان گفت‌وگو كند كه او فریب خورده و تصور كند در حال گفت‌وگو با یك انسان است؟

او آزمون بازی تقلید را چنین شرح داد: یك پرسشگر - یك انسان - همزمان در حال گفت‌وگو با دو نفر است. هر یك از این دو نفر در اتاق‌های جداگانه‌ای قرارگرفته‌اند و پرسشگر نمی‌تواند هیچ‌ یك از آن‌ها را ببیند. یكی از این دو نفر یك انسان است و دیگری یك ماشین؛ یعنی یك كامپیوتر. پرسشگر باید با این دو نفر شروع به گفت‌وگو كند و بكوشد بفهمد كدام‌ یك از این دو انسان است و كدام‌ یك ماشین. اگر كامپیوتر بتواند طوری جواب دهد كه پرسشگر نتواند انسان را از ماشین تمیز دهد، آن گاه می‌توان ادعا كرد كه این ماشین هوشمند است.

تورینگ برای آسان‌تركردن شرایط این آزمون و پرهیز از پیچیدگی‌های اضافی، آن را به محاوره‌ای متنی و روی كاغذ محدود كرد تا مجبور به درگیر شدن با مسائل انحرافی مانند تبدیل متن به گفتار شفاهی و تنظیم تُن صدا و لهجه نباشد.

او همچنین براساس یك سری محاسبات، پیش‌بینی كرد كه پنجاه سال بعد، یعنی در سال 2000 انسان قادر خواهد بود كامپیوترهایی بسازد كه در یك گفت‌وگوی پنج دقیقه‌ای، فقط هفتاد درصد پرسشگرها بتوانند كشف كنند كه در حال گفت‌وگو با یك انسان هستند یا یك ماشین. او برخورداری از یك میلیارد بیت حافظه (125 میلیون بایت - حدود 120 مگابایت) را یكی از مشخصه‌های اصلی این كامپیوتر دانست.

کسی تصور نمی کرد که روزی این ماشین قادر باشد با انسان بازی فکری شطرنج را نیز انجام دهد و پیروز گردد.

معایب و مزایای ربات ها

مزایای رباتها :

رباتیک و  اتوماسیون در  بسیاری از موارد می توانند ایمنی ، میزان تولید ، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند . رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند. که از تمیز کردن تیر چراغ برق تا استفاده در جنگ ها می توان اشاره کرد. رباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد . رباتها هیچگاه خسته نمی شوند .

دقت رباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میکرو متر دقت دارند . رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند. کاهش هزینه در بخش تولید از دیگر مزایای ربات است. حضور ربات ها سبب می گردد که انسان ها مجبور باشند کمتر به کارهای فیزیکی پرداخته و از نیروی کار به ست نیروی کار ذهنی متمایل گردد.

معایب رباتها :

رباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند که این مطلب می تواند بسیار خطرناک باشد . رباتها هزینه بر هستند. قابلیت های محدود دارند یعنی فقط کاری که برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند و قابلیت خلاقیت در کار را ندارند.

با در کنارهم قرار دادن این معایب و مزایا که قطعا فقط به این موارد ختم نمی شود باز می توان دید که ربات ها تا چه اندازه در زندگی انسان تاثیرگذارند که رشد آنها در تمامی جنبه های زندگی دیده می شود.

رادار تصویری

رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بكار میرود . با رادار می توان درون محیطی را كه برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریكی ، باران، مه، برف،غبار وغیره . اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد . كاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی، دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد .

سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج، از این طیف استفاده گردد . عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند . در این گونه سیستم ها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساطع می کند نتایج لازم کسب می گردد.

در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد : سنسورهای تصویری وغیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .

از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج و اسکترومتر ها (پراکنش سنج ) اشاره کرد . کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد . اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب می گردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .

معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است . به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد .

سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انرژی) سیگنال های پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد .

از مزایای شاخص رادار می توان به عملکرد رادار در شب یا روز وهمچنین قابلیت تصویربرداری درشرایط آب و هوایی مختلف اشاره کرد . امواج مایکرویو قادر به نفوذ در ابر ، مه، گرد و غبار و باران می باشند.

در مورد میکروکنترلرها بیشتر بدانیم

میکروکنترلر ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند. بیشتر این آی سی ها برای کنترل و تصمیم گیری استفاده می شود چون طبق الگوریتم برنامه ی آن عمل می کند این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کار برد دارد.

میکرو کنترلر ها دارای کامپایلرهای خاصی می باشد 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 به یکی از در گاه های کامپیوتر وصل می شود برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا میکند و در Rom ذخیره می شود.

امکانات میکرو کنترلرها یکسان نیست و هر کدام امکانات خاصی را دارا می باشند و در قیمت های مختلف عرضه می شود. در صورتی که بخواهیم میکروکنترلر را با میکروپروسسور مقایسه کنیم می توان به مورد زیر اشاره کرد:

1. یک میکرو کنترلر را می توان طوری برنامه ریزی کرد که کار چندین گیت منطقی را انجام دهد.

2. تعداد آی سی هایی که در مدار به کار میرود به حداقل می رسد.

3. به راحتی می توان برنامه میکرو کنترلر را تغییر داد و تا هزاران بار میتوان روی میکرو برنامه های جدید نوشت و یا پاک کرد.

4. به راحتی می توان از روی یک مدار منطقی کپی کرد و مشابه آن را ساخت ولی در صورتی که از میکرو کنترلر استفاده شود و برنامه میکرو را قفل کرد به هیچ عنوان نمی توان از آن کپی گرفت .

ممکن است سوال دیگری مطرح گردد و آن تفاوت میکرو پروسسور با میکرو کنترلر است:

میکروپرسسور نیز یک پردازنده است و برای کار باید به آن چیپ های حافظه و قطعاتی را اضافه کرد این امکان زمانی مناسب است که بر حسب نیاز حافظه مناسب و قطعات دیگر مانند تایمرها و غیره به میزان بیشتری مورد استفاده باشد. عیب این نوع مدارات آن است که مدار خیلی پیچیده می شود و از لحاظ هزینه هم هزینه بیشتر می گردد به همین دلیل امروزه از میکروپرسسورها کمتر استفاده می شود زیرا میکرو کنترلر های جدید با حافظه های زیاد تعداد تایمر زیاد پورت های زیاد و تنوع بسیار زیاد انها بر حسب این امکانات دست ما را باز گذاشته است تا دیگر میکروپرسسورها را فراموش کنیم.

نرم افزار شبیه سازی ربات ها

نرم افزارهای اندکی در زمینه شبیه سازی ربات ها وجود دارد که یکی از آنها نرم افزار Microsoft robotic است که نرم افزاری با حجم زیاد و پر دردسر می باشد. نرم افزار دیگر که توسط یک فرد سوئدی به نام Olivier Michel طراحی و توسعه داده شده است به نام webots است از مزایای این نرم افزار کم حجم بودن ، سرعت نصب بالا و محیطی تقریبا ساده با آزادی عمل بسیار است که فرد با آشنایی با برنامه نویسی به زبان C یا ++C یا جاوا قادر به اعمال هرگونه تغییری می باشد. همچنین می تواند با نرم افزار matlab ارتباط برقرار کند.

از ویژگی های خوب این نرم افزار دارا بودن تمام سنسورهای لازم برای طراحی ربات است و گرافیک بالا و مثال های متعدد بگونه ای که بیش از 5000 دانشگاه از این نرم افزار برای طراحی ربات استفاده می کنند .

در webots بوسیله محیط گرافیکی تک تک المانهای ربات کنار هم مفصل می شوند و هر کدام داری یک مرز مشخص خواهد بود و جرم و ویژگی های مکانیکی مشخص مانند اینرسی یا ضریب جهش الاستیسیته و سایر خواص به طوری که یک محیط کاملا نیوتنی را نخست فرد آماده می کند و سپس در این محیط ربات خود را می سازد و قرار می دهد و شروع به حرکت می کند و نتایج ان را به عینه می بیند .

در صورت برخورد ربات با هر شی خارجی که دارای جرم و حجم است به مانند محیط واقعی تصادم صورت می گیرد و هر اتفاقی بسته به نیروها ممکن است بیفتد . لذا رباتی که در این نرم افزار شبیه سازی شود و با موفقیت ماموریتش را انجام بدهد در محیط طبیعی و پس از ساخت هم با همین موفقیت روبرو خواهد شد و webots یک محک بسیار عالی برای ساخت یک ربات است.

تمام الگوریتم حرکت و گریز از مانع ربات بوسیله برنامه نویسی به زبان C نوشته می شود پس از اینکه ربات در محیط توانست بایستد و شروع به حرکت متعادل کند . همه موتورها و محرکها در نهایت بوسیله برنامه کنترل ربات هدایت می شوند و محیط هم در صورت غیر هوا بودن مانند آب در رباتهای زیرآبی باید بوسیله برنامه نویسی به زبان c شبیه سازی شود و ویژگی هایش توضیح داده شود.

انواع ترانزیستورهای 3 پایه

بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نام آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد.

در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن ها با لامپ های خلاء، ترانزيستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند. اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یک طرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند. تفاوت خاصی در عملکرد این دو نمونه وجود ندارد.

ترانزیستور دارای سه پایه است

این پایه ها به نامهای Base (پایه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص می شوند. اگر به ساختار لایه ای یک ترانزیستور دقت کنیم بنظر تفاوت خاصی میان Collector و Emitter دیده نمی شود اما واقعیت اینگونه نیست. چرا که ضخامت و بزرگی لایه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و این عملا" باعث می شود که این دو لایه با وجود تشابه پلاریته ای که دارند با یکدیگر تفاوت داشته باشند. با وجود این معمولا" در شکل ها برای سهولت این دو لایه را بصورت یکسان در نظر می گیرند.

طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود ۰.۶ تا ۰.۷ ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آن صورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید.

در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید، این پیوند تقریبا" بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا" خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید.

بنابراین مشاهده می کنید که با برقراری یک جریان کوچک Ib شما می توانید یک جریان بزرگ Ic را داشته باشید. این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است. بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا" چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر - حتی کمتر - در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید.

اولین ترانزیستورها

در اولیــن ماههــای سـال 1948 نخسـتین نمـونـه از یـک ترانزیـسـتـور (Transistor) که بدنه فلزی داشت در مجموعه آزمایشگاه های Bell ساخته شد. این ترانزیستور که قرار بود جایگزین لامپ های خلاء الکترونیک شود Type A نام گرفت. Type A که کاربرد عمومی داشت و بسیار خوب کار می کرد یک سال بعد به تعداد 3700 عدد تولید انبوه شد تا در اختیار دانشگاه ها، مراکز نظامی، آزمایشگاه ها و شرکت ها برای آزمایش قرار گیرد.

جالب است که بدانید این اختراع در زمان خود آنقدر مهم بود که هر عدد از این ترانزیستورها در بسته بندی جداگانه با شماره سریال و مشخصات کامل نگهداری می شدند. این ترانزیستور تنها دارای دو پایه بود. Collector (کلکتور) و Emitter (امیتر) و پایه Base (بیس) به بدنه فلزی آن متصل بود.

تولید ترانزیستورهای بدنه فلزی تا سال 1950 ادامه داشت تا اینکه در این سال در آزمایشگاه های Bell اولین ترانزیستور با بدنه پلاستیکی ساخته شد. طبیعی بود که در این حالت ترانزیستور می بایست سه پایه داشته باشد. اما به دلیل مشکلاتی که در ساخت این ترانزیستور وجود داشت تولید آن به حالت انبوه نرسید و در همان سال ترانزیستور های جدید دیگری با پوشش پلاستیکی جایگزین همیشگی آن شدند.

لازم به ذکر است که به عقیده بسیاری از دانشمندان، ترانزیستور بزرگترین اختراع بشر در قرن نوزدهم بوده که بدون آن هیچ یک از پیشرفت های امروزی در علوم مختلف امکان پذیر نبوده است. تمامی پیشرفت های بشر که در مخابرات، صنعت حمل و نقل هوایی، اینترنت، تجهیزات کامپیوتری، مهندسی پزشکی و ... روی داده است همگی مرهون این اختراع می باشد.

ترانزیستور وسیله ای است که جایگزین لامپ های خلاء - الکترونیک - شد و توانست همان خاصیت لامپ ها را با ولتاژهای کاری پایین تر داشته باشد. ترانزیستورها عموما" برای تقویت جریان الکتریکی و یا برای عمل کردن در حالت سوییچ بکار برده می شوند. ساختمان داخلی آنها از پیوندهایی از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم تشکیل شده است.

کدام میکرو را انتخاب می کنید؟

در پست های قبلی در مورد میکروکنترلر های 8051 اندکی صحبت کردیم حال دو میکروکنترلر PIC و AVR را مقایسه اجمالی خواهیم کرد.

یکی از میکروکنترلرهای قوی است که بر اساس بعضی از آمار بیشترین کاربر را به خود اختصاص داده است اگر چه به نظر می رسد در ایران آمار به نفع AVR است. میکروکنترلر PIC ساخت شرکت میکرو چیپ است که آن را در مدل های خیلی زیادی با امکانات مختلف برای کارهای مختلف می سازد .

این میکروکنترلر با مدل های مختلف PIC16XXX و PIC12XXXX که به جای X دوم از چپ به راست حروف C,X,E,F قرار می گرد که هر کدام مفهوم خاصی دارد و مورد بحث قرار خواهد گرفت، در مقابل میکروکنترلر AVR است که به نظر بنده بهترین میکروکنترلر موجود در بازار است.

سرعت این میکروکنترلر بسیار بالاست و دستوراتی که به آن داده می شود در یک سیکل کلاک انجام می دهد. در صورتی که این سیکل کلاک برای 8051 باید تقسیم بر12شود و برای PIC باید تقسیم بر 4 بنابراین AVR سریعترین میکروکنترلر موجود در بازار است.

AVR از زبان های برنامه نویسی سطح بالا یا به اصطلاح HIGH LEVEL LANGUAGE) HLL) پشتیبانی می کند که باعث تولید کدهای بیشتری می شود که در کل برنامه نوشته شده نسبت به برنامه هایی که برای 8051 و PIC نوشته میشود کوتاهتر است. امکانات جانبی این میکروکنترلر بسیار مناسب است و فرد را از خرید بعضی لوازم جانبی مانند چیپ های آنالوگ به دیجیتال (ADC) , مقایسه گر آنالوگ و... راحت می کند.

در ضمن AVR از بسیاری از استاندارد های ارتباطی مانند SPI,UART,12C,JTAG پشتیبانی می کند که به راحتی می توان این میکروکنترلر را با میکروکنترلر دیگر یا وسایل دیگر وصل کرد و با وسایل دیگر به راحتی ارتباط برقرار کند. قیمت این میکروکنترلر هم به نسبت امکانات فراوانی که داره بسیار پایین است به طوری که یک میکروکنترلر AVR تقریبا پیشرفته را با قیمت حدود 3 تا 4 هزار تومان می توان تهیه کرد.

آپ امپ در حالت مقایسه گری و تقویت مستقیم

در دو مقاله گذشته در مورد آپ امپ و فیدبک در آن صحبت شد حال به بررسی اپ امپ در دو حالت مقایسه گری و تقویت کننده مستقیم می پردازیم. در این حالت مقایسه گری (Comparator) کوچک ترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود.

در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شودکه مقدار ولتاژ‌ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ‌ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است. از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود.

در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ‌ Vref و تنظیم آن به صورت دلخواه استفاده کنید. و در حالت تقویت کننده مستقیم (noninverting amplifier) ورودی منفی یا inverting توسط مقاومت R1 زمین می شود و فیدک نیز از خروجی توسط مقاومت R2 به ورودی منفی فیدبک داده می شود. در این حالت خروجی کاملا هم فاز با ورودی خواهد بود.

مقدمه ای بر استپر موتورها

نوعی از موتورها استپر موتورها هستند که بسیار در ساخت رباتها استفاده می شوند. معمولا در ربات ها زمانی که دقت حرکت از اهمیت بیشتری برخوردار است از استپرموتور ها استفاده می شود.

آنها توسط سیم پیچهای (Coil) درون خود در یك ترتیب و نظم خاص ، انرژی مكانیكی تولید می كنند ، یك موتور 48 مرحله یا خیلی كمتر را به طور دقیقی انجام می دهد تا یك چرخش كامل داشته باشد. اگر شما از دو موتور بر ای گرداندن چرخهای رباتتان استفاده می كنید می توانید با تنظیم مراحل موتور و نحوه گردش آن یعنی جلو یا عقب و اینكه چند درجه بچرخد كنترل مناسبی داشته باشید.

برای این منظور L293D همان درایور موتورها بسیار مناسب است این چیپ شامل دو پل ارتباطی (H-bridges) برای در ایو كردن موتورهای DC است . حال ممكن است این سوال برای شما به وجود آید که  درایو كردن موتورهای DC آسان است چه لزومی دارد كه از استپر موتورها استفاده كنیم بله موتورهای DC ققط یك سیم پیچ (Coil) دارند وتوسط یك L293D می توان دو تا از آن موتورها را درایو كرد در حالی كه استپر مو تورها حداقل دو سیم پیچ (Coil) دارند كه به ترتیب عقب و جلو درایو می شوند بنابراین یك L293D می تواند فقط یك استپر موتور دو قطبی دو فاز را درایو كند ولی دقت در استپر موتور بسیار بالاتر است.

استپر موتوری كه دو قطبی دو فاز (bi-polar , two –phase) است و با 5 ولت كار می كند و 800 میلی آمپر جریان می كشد را در نظر بگیرید این موتور نوع 7.5 درجه استپر و 48 استپ در هر چرخش كامل است. در مورد جریان آن باید گفت كه جریان بالایی است و انتظار می رود كه چیپ گرم شود.

 تنها راه خنك كردن آن استفاده از  Heat Sink در بالای چیپ است. اگر گرمای تولید شده در چیپ خیلی زیاد بود از fan كوچكی هم روی head sink می توان استفاده کرد.

آماری از ربات ها

در زمینه رباتیك در كشور، هرچند گروه های مختلفی در زمینه ربات کار کرده اند اما منسجم و هدفمند عمل نکرده اند. درضمن آن چه در دانشگاه ها پیگیری می شود با آن چه در صنعت مورد نیاز است تفاوت دارد و به همین دلیل رباتیک دانشگاهی در ایران با رباتیک صنعتی فاصله زیادی دارد و حتی بعضی از استادان برجسته در زمینه رباتیك وجود دارند كه تا كنون سروکار زیادی با ربات های صنعتی نداشته‌اند. به علاوه در میان صنایع، بیشتر صنعت خودرو به ربات های صنعتی روی آورده است.

مدیر واحد رباتیک و اتوماسیون سیکو درباره دلایل روی آوردن به ربات در صنعت می گوید: سه دلیل اصلی برای استفاده از ربات وجود دارد، افزایش کیفیت، وجود محیط‌ های زیانبار و خطرناک برای نیروی انسانی-حتی اگر توجیه اقتصادی نداشته باشد-و سوم در شرایطی که نیاز به افزایش تیراژ تولید است و در گلوگاه ها نیروی انسانی سرعت لازم را ندارد.

دکتر کاظمی با نقل قول از نشریه IFR (مخفف International Federation of Robotics) آمار جالبی مطرح می کند و می گوید: در آمار این نشریه برای سال 2005 در شاخه رباتیک صنعتی جهش 30 درصدی در به کارگیری ربات ها رخ داده است. تعداد ربات های نصب شده در سال 2005 حدود 136 هزار و 700 ربات بوده و اگر جهان را به سه بخش آمریکا، اروپا و آسیا تقسیم کنیم، رشد سال 2005 بیشتر مربوط به آمریکا و آسیاست.

چون در اروپا سال هاست که استفاده از ربات به تعادل رسیده است. این رشد بیشتر درصنعت خودرو و سایر صنایع نظیر الکترونیک، مخابرات و کامپیوتر اتفاق افتاده است. در آسیا بیشترین مصرف ربات در کشورهای ژاپن و کره است.

جالب است بدانید کره در سال 2005 در زمینه به کارگیری ربات 138 درصد رشد داشته یعنی حدود 13 هزار ربات در سال 2005 مصرف کرده است. بعد از این دو کشور با فاصله نسبتاً زیادی چین قرار دارد، هند، اندونزی، مالزی، فلیپین، سنگاپور، تایوان، تایلند و ویتنام در رده‌های بعدی قرار دارند كه در مجموع رقم بسیار ناچیزی را به خود اختصاص داده اند.

Matlab نرم افزاری قدرتمند

نرم افزار MATLAB برنامه كامپیوتری است كه برای كسانی كه با محاسبات عددی، و بویژه جبر خطی سر و كار دارند، تهیه شده است.

نام این نرم افزار از عبارت انگلیسی MAThematic LABoratory (که در اول با عنوان MATrix LABoratory معرفی شده) اقتباس شده و هدف اولیه آن قادر ساختن مهندسین و دانشمندان به حل مسائل شامل عملیات ماتریسی بدون نیاز به نوشتن برنامه در زبانهای برنامه نویسی متداول همچون FORTRAN و C بود.

با گذشت زمان قابلیتهای بسیار بیشتری به این نرم افزار افزوده شده اند بطوری كه در حال حاضر MATLAB به ابزار پر قدرتی برای ترسیم داده ها، برنامه نویسی و انجام محاسبات مهندسی و پژوهشی تبدیل شده است. این نرم افزار در اواخر دهه 70 در دانشگاه New Mexico توسعه داده شده است

از این زبان می توان در حل دستگاه های معادلات جبری، ترسیم نمودارهای ریاضی، حل معادلات دیفرانسیل ، پردازش سیگنال، پیاده سازی الگوریتم، طراحی واسط های کاربری گرافیکی (GUI)، ایجاد اینترفیس ارتباط با نرم افزارهای دیگر ، تولید کدهای توصیف سخت افزار در تحلیل مدارهای خطی استفاده کرد.

Matlab مانند php و بر خلاف اکثر زبان های برنامه نویسی (مثل جاوا و سی) یک زبان مقدار گراست بدین معنا که متغیر ها به خودی خود نوعی ندارند و خود مقدار حافظه پیش فرض را به آن تخصیص می دهد و همچنین 31 کاراکتر اول را برای نام متغیر در نظر می گیرد در صورتی كه بخواهید در مورد دستور و یا تابع خاصی اطلاعاتی به دست بیاورید می توانید در پنجره Matlab کلمه  Help  و پس از آن نام دستور یا تابع مورد نظر را نوشته و کلید بازگشت را فشار دهید.

اصول مدار داخلی FPLD ها

در مقاله قبلی در مورد آی سی های FPGA صحبت کردیم. FPGA یک آی سی مدار مجتمع قابل برنامه ریزی است. آی سی های قابل برنامه ریزی با نامهای FPGA یا CPLD ها با نام کلی FPLD ها شناخته می شوند FPLD ها شامل گیتهای منطقی و ابزارهایی جهت اتصال آنها در یك مدار مجتمع می باشند.

با استفاده از نرم افزار های موجود مشخص می شود که گیتهای داخل یك device مثلا یک مدار چگونه می تواند جهت ساخت یك مدار منطقی به هم وصل شوند خروجی برنامه یك فایل باینری است که داخل FPLD , download می شود تا باعث شود FPLD مانند یك مدار منطقی عمل کند سپس FPLD برنامه ریزی شده می تواند داخل یك مدار بزرگتر قرار گیرد در واقع به زبان ساده تر ما FLDP ها را برنامه ریزی می کنیم و سپس مورد استفاده قرار می دهیم.

 این device در واقع از PLA ها (programmable logic Array) نتیجه شده اند ساختمان یك PLA شامل چند گیت AND چند گیت OR و inverter ها می باشد که از طریق آرایه سوئیچ ها به هم متصل می شوند . در یك PLA هر ورودی و معكوس شده آن توسط سیستم های افقی از داخل یك گیت AND عبور داده می شوند . گیتهای AND ورودیها را از طریق به هم بستن سیستمهای افقی و عمودی دریافت می کنند . سیستمهای عمودی خروجیهای گیتهای AND را وارد آرایة گیتهای OR می کنند .

در این قسمت ها سیمهای افقی که ورودیها را به گیتهای OR می برند به این سیمهای عمودی متصل می شوند . گاهی اوقات از آرایه منطقی قابل برنامه ریزی PAL ساده تری استفاده می کنند مدارات PLA و PAL برای منطق ترکیبی موثرند ولی برای منطق ترتیبی بدون اضافه کردن فلیپ فلاپهای خارجی قابل استفاده نیستند . در FPGA ها سه LUT و دو فلیپ فلاپ و بعضی مدارهای اضافی جهت ایجاد یك CLB  به هم متصل می شوند.

موتور القایی AC فاز شكسته

انواع موتورهای القایی AC را بررسی می کنیم که شامل : 

1- موتور القایی فاز شکسته

2- موتور القایی با استارت خازنی

3- موتورهای AC القایی با خازن دائمی اسپلیت 

موتور القایی فاز شكسته

موتور القایی فاز شكسته همچنین به عنوان Induction start/Induction run (استارت القایی/كاركرد القایی) هم شناخته می شود كه دو پیچه دارد.

پیچه استارت از سیم نازكتر و تعداد دور كمتر نسبت به پیچه اصلی برخوردار است که دلیل آن بوجود آوردن مقاومت بیشتر  است. همچنین میدان پیچه استارت در زاویه ای غیر از آنچه كه پیچه اصلی دارد قرار می گیرد كه سبب آغاز چرخش موتور می گردد. پیچه اصلی كه از سیم ضخیم تری ساخته شده است موتور را همیشه درحالت چرخش باقی نگه می دارد.

تورك آغازین كم است مثلا 100 تا 175 درصد تورك ارزیابی شده ، موتور برای استارت جریانی زیاد طلب می كند تقریبا 700 تا 1000 درصد به همین علت جریان ارزیابی شده تورك بیشینه تولید شده نیز در محدوده 250 تا 350 درصد از تورك براوردشده می باشد.

كاربری های بسیار خوبی برای موتورهای فاز شكسته وجود دارد که شامل سمباده (آسیاب) های كوچك , دمنده ها و فنهای كوچك و دیگر دستگاه هایی با نیاز به تورك آغازین كم و قدرت 1/20 تا 1/3 اسب بخار است و همچنین این موتورها برای استفاده در كاربری هایی كه به دوره های خاموش و روشن و گشتاور زیاد نیازدارند مناسب نیستند.

نوع دیگر این نوع از موتورها ، موتور القایی با استارت خازنی است این نوع موتور، اصلاح شده فاز شكسته است که با وجود خازنی سری اضافه شده به آن سبب بهبود استارت می شود. همانند موتور معمولی فاز شكسته این نوع موتور یك سوئیچ گریز از مركز داشته كه هنگامی كه موتور به 75 درصد سرعت ارزیابی شده می رسد , پیچه استارت را از مدار خارج می نماید.از آنجا كه خازن با مدار استارت موازی است , گشتاور استارت بیشتری تولید می كند.

انواع موتورهای القایی 
عموما دسته بندی موتورهای القای براساس تعداد پیچه های استاتور است كه عبارتند از:

موتورهای القایی تك فاز

موتورهای القایی سه فاز

بیشتر از كل انواع موتورها از موتورهای القایی AC تك فاز استفاده می شود منطقی است كه باید موتورهای دارای كمترین گرانی و هزینه نگه داری بیشتر استفاده شوند، موتور القایی AC تك فاز بهترین مصداق این توصیف است آن طور كه از نام آن مشخص می شود این نوع از موتور تنها یك پیچه (پیچه اصلی) دارد و با یك منبع تغذیه تك فاز كار می كند. در تمام موتورهای القایی تك فاز روتور از نوع قفس سنجابی است.

موتور القایی تك فاز خود راه انداز نیست هنگامی كه موتور به یك تغذیه تك فاز متصل است پیچه اصلی دارای جریانی متناوب می شود این جریان متناوب میدان مغناطیسی ای ضربانی تولید می كند به سبب القا روتور تحریك می شود. چون میدان مغناطیسی اصلی ضربانی است توركی كه برای چرخش موتور لازم است بوجود نمی آید و سبب ارتعاش روتور و نه چرخش آن می شود از این رو موتور القایی تك فاز به دستگاه آغاز گری نیاز دارد كه می تواند ضربات آغازی را برای چرخش موتور تولید كند. دستگاه آغاز گر موتورهای القایی تك فاز اساسا پیچه ای اضافی در استاتور است.

پیچه استارت می تواند دارای خازنهای سری و یا سوئیچ گریز از مركز باشد هنگامی كه ولتاژ تغذیه برقرار است. جریان در پیچه اصلی به سبب مقاومت پیچه اصلی ولتاژ تغذیه را افت می دهد (ولتاژ به جریان تبدیل می شود) در همین حین جریان در پیچه استارت بسته به مقاومت دستگاه استارت به افزایش ولتاژ تغذیه تبدیل می شود فعل و انفعال میان میدانهای مغناطیسی كه پیچه اصلی و دستگاه استارت می سازند میدان برایندی می سازند كه در جهتی گردش می كند موتور گردش را در جهت این میدان برایند آغاز می كند.

هنگامی كه موتور به 75 درصد دور مجاز خود می رسد یك سوئیچ گریز از مركز پیچه استارت را از مدار خارج می كند از این لحظه به بعد موتور تك فاز می تواند تورك كافی را برای ادامه كاركرد خود نگه دارد. بجز انواع خاص دارای Capacitor start / capacitor run عموما همه موتورهای تك فاز فقط برای كاربری های بالای 3/4 hp استفاده می شوند.

سنسور های گرمایی و بویایی 

سنسورهای گرمایی (Heat Sensors) :

یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومت آنها متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند.

نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

2. سنسورهای بویایی (Smell Sensors):

قبل از ساخت سنسور های بویایی سنسوری که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود.

برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو  یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد.

نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند

ساختار ترانزیستور اثر میدانی

همانگونه که از نام این المان مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از FET کنترل می شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ گونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

در مقالات قبلی انواع ترانزیستور های 3 پایه را بررسی اجمالی کردیم فت نیز نوع دیگری از ترانزیستور ها می باشد که کاربردهای خاص خود را داراست.

فت دارای سه پایه با نامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید. فت ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند . FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFET ها هستند ( ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) یکی از اساسی ترین مزیت های ماسفت ها نویز کمتر آنها در مدار است.

فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر ، نخست پایه گیت را پیدا می کنیم. یعنی پایه ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

موتورهای القایی با خازن

در مقاله قبلی در مورد موتورهای القایی فاز شکسته صحبت شد و همانطور که گفته شد موتور القایی با استارت خازنی همان موتور اصلاح شده فاز شكسته با خازنی سری است که معمولا در حدود 200 تا 400 درصد گشتاور ارزیابی شده را داراست و در آن جریان استارت معمولا بین 450 تا 575 درصد جریان ارزیابی شده است كه بسیار كمتر از موتور فاز شكسته و بعلت سیم ضخیم تر در مدار استارت است.

نوع اصلاح شده ای از موتور با استارت خازنی ، موتور با استارت مقاومتی است در این نوع موتور خازن استارت با یك مقاومت جایگزین شده است موتور استارت مقاومتی در كاربری هایی مورد استفاده قرار می گیرد كه میزان گشتاور استارتینگی كمتر از مقداری كه موتور استارت خازنی تولید می كند لازم است صرف نظر از هزینه این موتور امتیازات عمده ای نسبت به موتور استارت خازنی ندارد.

این موتورها در انواع مختلف كاربریهای پولی و تسمه ای مانند تسمه نقاله های كوچك , پمپها و دمنده های بزرگ به خوبی بسیاری از خود گردانها و كاربریهای چرخ دنده ای استفاده می شوند.

موتورهای AC القایی با خازن دائمی اسپلیت نوع دیگری است که در این نوع موتور (PSC) نوعی خازن دائما به صورت سری به پیچه استارت متصل است. این عمل سبب می شود كه پیچه استارت تا زمانی كه موتور به سرعت چرخش خود برسد بصورت پیچه ای كمكی عمل كند.

از آنجا كه خازن عملكرد اصلی , باید برای استفاده مداوم طراحی شده باشد , نمی تواند توان استارتی معادل یك موتور استارت خازنی ایجاد نماید گشتاور استارت یك موتور (PSC) معمولا كم و در حدود 30 تا 150 درصد گشتاور ارزیابی شده است موتورهای (PSC) جریان استارتی پایین , معمولا در كمتر از 200 درصد جریان برآورد شده دارند كه آنها را برای كاربری هایی با سرعتهای دارای چرخه های خاموش روشن بالا بسیار مناسب می سازد.

موتورهای PSC امتیازات فراوانی دارند طراحی موتور براحتی برای استفاده با كنترل كننده های سرعت می تواند اصلاح شود همچنین می توانند برای بازدهی بهینه و ضریب توان بالا در فشار برآورد شده طراحی شوندآنها به عنوان قابل اطمینان ترین موتور تك فاز مطرح می شوند مخصوصا به این خاطر كه به سوئیچ گریز از مركز نیازی ندارند.

موتورهای PSC بسته به طراحیشان كاربرد بسیار متنوعی دارند كه شامل فنها , دمنده ها با نیاز به گشتاور استارت كم و چرخه های كاری غیر دائمی مانند تنظیم دستگاهها (طرز كارها) , عملگر درگاهها و بازكننده های درب گاراژها می شود.

سنسور گاز

یکی سنسورهايي که در رباتهای سنسور که در رباتهای امداد مورد استفاده قرار می گیرد و در بازار به سنسور گاز ( TGS813) معروف است دارای حساسیت بالایی در شناسایی گازهای قابل اشتعال از جمله بوتان ، متان و پنتان دارد.

این سنسور دارای شش پایه است که برای استفاده از آن باید سه پایه سمت چپ یا راست خود را به مثبت پنج ولت وصل کنید هیچ فرقی نمی کند که کدام سه پایه را وصل می کنید بعد از آن سه پایه دیگر را به ترتیب پایه وسط ، زمین و دو پایه دیگر را خروجی می کنید.

برای این که بتوانید از این سنسور استفاده کنید به خروجی سنسور مقاومتی ۱.۵ کیلو اهم وصل کنید این مقاومت طوری وصل می شود که همیشه با سنسور و مدار بعدی که برای پردازش سنسور می آید به صورت موازی است ( یک پایه مقاومت به خروجی مدار و  پایه دیگر به زمین متصل است) این سنسور در حالت عادی در خروجی دارای صفر منطقی است و وقتی گاز را احساس می کند خروجی آن به صورت یک منطقی در می آید .

برای این که از سالم بودن سنسور خود مطمئن شوید سنسور را به همان آرایشی که بالا گفته شده بسته و بعد یک دیود نورانی را با یک مقاومت ۲۲۰ اهم سری کرده و با مقاومت ۱.۵ کیلو اهم موازی کنید و مدار را به برق وصل کنید در حالت عادی دیود نورانی خاموش است ولی به محض این که گازی به مشام سنسور رسید دیود روشن می شود .

قابل ذکر است که سنسور برای راه اندازی نیاز به جریان حداقل ۱۸۰ میلی آمپر دارد به همین علت نمی توان آن را با باتری راه اندازی کرد برای همین برای تغذیه سنسور از یک منبع تغذیه استفاده می شود. همیشه یک مقاومت ۱.۵ کیلو اهم باید با خروجی سنسور موازی باشد در اصل این مقاومت یک حسن و هزارن عیب را به همراه دارد .

در اصل TGS 813 سنسوری است که خروجی آن به صورت آنالوگ با تغییرات گاز تغییر می کند و نه به صورت دیجیتال به همین علت برای این که بتوانیم کار خود را راحت کنیم خروجی را با یک مقاومت ۱.۵ کیلو موازی می کنیم که در حالت عادی خروجی را در صفر منطقی نگه دارد و وقتی که گاز مشتعل شد خروجی به یک منطقی تغییر حالت دهد البته این روش برای کارهایی که زیاد دقت لازم ندارد روش بسیار عالی و ارزان است ولی برای کارهایی که دقت بالایی را نیاز دارند روش مناسبی نیست.

نیرو محرکه ربات نوریاب

برای تامین نیروی محرکه ربات باید یک موتور الکتریکی کوچک که ولتاژ کاری آن بین 3 تا 6 ولت است را انتخاب نمایید. معمولاً این گونه موتورها قدرت چندانی ندارند و نمی توانند ربات را حرکت دهند  برای رفع این مشکل باید به نحوی نیروی موتور را افزایش دهیم معمولاً برای این کار از تعدادی چرخ دنده و یا تسمه و پولی استفاده می کنیم.

ما با توجه به امکانات اطراف خود می توانیم روش مناسب تر را انتخاب نماییم. اگر بخواهیم یک نیروی محرکه خوب را بدون دردسرهای اضافی به دست آوریم اسباب بازی ها گزینه های مناسبی هستند معمولاً درون اسباب بازی های متحرک مثل ماشینها حداقل یک موتور به همراه مجموعه ای از چرخ دنده ها ( گریبکس ) وجود دارد.

البته نمونه های موتور و گریبکس سر هم در بازار موجود است که می توانیم با قیمت بیشتری ( و البته کیفیت بهتر ) تهیه نماییم پس از نصب موتور و گربکس بر روی بدنه ربات ( بدنه ربات را می توانیم از چوب یا آلومینیوم بسازی ) نوبت به اتصال چرخ ها است.

اگر از موتور و گریبکس ماشینها اسباب بازی استفاده کرده ایم ، چرخ همان ماشین بهترین گزینه است در غیر اینصورت می توانید چرخ را از جنس چوب خراطی کنید یا از پلاستیک فشرده ( تفلون ) بسازید دقت کنید که قطر چرخ شما سرعت ربات را تعیین می کند که هر چقدر قطر بیشتر باشد سرعت ربات بیشتر و در عوض قدرت آن کمتر می شود معمولاً با چرخ هایی با قطر بین 5 تا 10 سانتی بهترین نتیجه حاصل می شود.

اگر ربات دو چرخ دارد ( در هر طرف یک چرخ ) باید برای حفظ تعادل آن فکری کرد. این کار را می توانیم با نصب دو چرخ هرز گرد در جلو و عقب روبات انجام دهیم اگر چرخ کوچک در دسترس نیست کافی است که یک مفتول را به صورت قلاب ( علامت سوال ) در آورده و در انتها و ابتدای ربات نصب کنید. این کار از کشیده شدن عقب و جلوی ربات بر روی زمین جلو گیری می کند اگر چه کار زیاد تمیز از آب در نمی آید.