واحد یادگیری 5: شایستگی ساخت ربات مسیریاب

هدف از این شایستگی عبارتند از:

1- توانایی ترسیم دوبعدی و سه‌بعدی قطعات شاسی ربات؛
2- توانایی ترسیم نقشه بردالکترونیکی و جانمایی روی شاسی؛
3- توانایی انتخاب قطعات مکانیکی مناسب برای ساخت ربات مسیریاب
4- توانایی ترسیم شماتیک و PCB ربات متناسب با وظایف تعریف شده برای ربات و پیاده‌سازی آن،
5- توانایی نوشتن برنامه میکروکنترلر برای ربات مسیریاب با مسیرهای تعریف‌شده.

استاندارد عملکرد

در پایان این واحد یادگیری، انتظار می‌رود که هنرجویان با تعریف ربات و انواع آن آشنایی پیدا کرده و با اصول طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی و ساز و کار ربات‌ها و همچنین برنامه‌نویسی آن‌ها، آشنا شوند و یک ربات مسیریاب طراحی و اجرا نمایند.

مقدمه

بدیهی است که در دنیای سرشار از فناوری و پیشرفت امروزی ابزار و وسایل هوشمند در همه زندگی انسان‌ها جایگاه ویژه‌ای دارند. با پیشرفت علم مکاترونیک، هوشمندسازی تجهیزات و اتوماسیون صنعتی با سرعت دوچندانی در حال پیشرفت است. یکی از مهم‌ترین و کارآمدترین تجهیزات مکاترونیکی پیشرفته ربات‌هاست.

ربات دستگاهی است که می‌تواند به‌طور خودکار عمل کند، ربات‌ها مخصوصاً برای انجام کارهایی مناسب هستند که برای انسان خسته‌کننده، دشوار یا خطرناک است. یک ربات واقعی ماشینی است که می‌تواند فکر کند، مانند یک کامپیوتر برنامه‌ریزی شود و برای انجام وظایفش حرکات گوناگونی را انجام دهد. یک ربات معمولاً یک سیستم الکترومکانیکی است که با حرکت یا ظاهرش مفهومی از خود یا از ارباب (سفارش‌دهنده یا سازنده) خود را انتقال می‌دهد. ریشه کلمه ربات از واژه Robota به معنای برده یا کارگر گرفته‌شده است. وسیله‌ای با دقت عمل زیاد که قابل برنامه‌ریزی مجدد است و توانایی انجام چند کار را دارد و برای حمل مواد، قطعات، ابزارها یا سیستم‌های تخصصی طراحی‌شده و دارای حرکات مختلف برنامه‌ریزی شده‌ای است که هدف از ساخت آن انجام وظایف گوناگون است.

ساختار کلی ربات

علم رباتیک از سه شاخه اصلی زیر تشکیل شده است:

1- مکانیک (شامل بدنه فیزیکی ربات)
2- الکترونیک (شامل مغز ربات)
3- نرم افزار (شامل قوه تفکر و تصمیم‌گیری ربات) 

مکانیک

در مکانیک یک ربات چند بخش وجود دارد؟ مکانیک ربات مسیریاب جزء ساده‌ترین مکانیک‌هاست. این مکانیک شامل بخش زیر است که تمام اجزای روی آن قرار خواهند گرفت.

1- شاسی یا بدنه
2- موتورها
3- چرخ‌ها

الکترونیک

الکترونیک مدار ربات مسیریاب از بخش‌های زیر تشکیل شده است.

1- برد حسگر
2- مقایسه‌گرهای آنالوگ
3- برد اصلی (میکرو کنترلر و درایو موتور)
4- تغذیه ربات

برنامه‌نویسی

برنامه یک ربات مسیریاب می‌تواند شامل چند بخش باشد که آن‌ها را توضیح می‌دهیم.

1- خواندن وضعیت حسگر
2- تصمیم‌گیری (پردازش اطلاعات)
3- فرمان دادن به موتورها

الف) مکانیک ربات‌ها

هر رباتی برای موجودیت یافتن به بستری نیاز دارد که این بستر همان مکانیک است. مکانیک ربات شامل شاسی، نیروی محرکه، چرخ‌دنده، چرخ‌ها، بست‌ها و... است.

بدنه (شاسی):

بدنه وظیفه نگهداری تمام اجزای ربات را به عهده دارد, طراحی و ساخت بدنه بستگی به وزن و حجم اجزا دارند. بدنه می‌تواند از جنس آلومینیم, چوب, طلق (پلکسی) و... باشد.

در ربات‌های متحرک به بدنه یا اسکلتی که وظیفه نگهداری و اتصال اجزای ربات را بر عهده دارند، اصطلاحاً شاسی گفته می‌شود. عوامل مهم در طراحی شاسی، عبارتند از:

الف) وزن ربات

وزن یک ربات بنا بر دلایل مختلفی مانند قوانین مسابقات، شتاب، پایداری عملکرد و... از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در بسیاری موارد، طراحان سعی بر کاهش وزن ربات‌ها دارند. این مسئله برای صرفه‌جویی در انرژی تولیدشده به وسیله اجزای محرک ربات و نهایتاً در حفظ انرژی باتری تأثیر قابل توجهی دارد.

اصلی‌ترین شاخص مؤثر بر وزن شاسی ربات، نحوه طراحی و جنس مواد مورد استفاده در طراحی شاسی است.

ب) میزان استحکام شاسی

تمامی اجزای ربات مانند باتری، موتور، جعبه‌دنده و... بر روی شاسی ربات سوار می‌شوند و در برخی موارد هم لازم است که بخشی از ربات به بخش دیگر یا به اشیای اطراف نیرو وارد نماید. از این‌رو، شاسی یا همان اسکلت باید توان نگه‌داری این قطعات را در تمامی حالات داشته باشد، همچنین جنس شاسی باید به گونه‌ای انتخاب شود که قابلیت بر شکاری، خم‌کاری، سوراخ‌کاری را داشته و پس از مونتاژ نهایی، از انعطاف لازم برخوردار باشد.

ج) پیش‌بینی جایگاه مناسب اجزای ربات

در طراحی اجزای مختلف یک ربات از جمله شاسی، باید موقعیت هر یک از قطعات و نحوه اتصال آن به شاسی مدنظر قرار گیرد. برای ساخت شاسی می‌توان از موادی مانند چوب، پولکسی گلاس، پلاستیک و فلزاتی مانند آلومینیوم و... استفاده نمود. به عنوان بهترین مواد برای ساخت شاسی می‌توان به پلاستیک و فیبر فشرده کربن و فیبر فشرده الیاف شیشه اشاره نمود، وزن کم و استحکام و قابلیت برش و خم و سوراخ‌کاری در این مواد از جمله مزایای آن به شمار می‌روند.

برای اتصال بخش‌های مختلف شاسی و همچنین سوارکردن سایر اجزای ربات، استفاده از انواع چسب، پیچ، پرچ و بست‌ها امکان‌پذیر است. شکل زیر چند نمونه شاسی ربات را نمایش می‌دهد. از این شاسی‌ها در ساخت بسیاری از ربات‌های متحرک می‌توان استفاده نمود. به‌طور مثال ربات تعقیب نور، ربات تعقیب خط، ربات حل ماز، ربات کنترلی بی‌سیم و....

نیروی محرکه ربات

یکی از مهم‌ترین بخش‌های یک ربات، بخش تأمین «نیروی محرک» ربات است. ربات‌ها برای حرکت، نیازمند نیروی محرکه هستند. این نیروی محرکه بر حسب نوع ربات ممکن است با استفاده از فناوری پنوماتیک (فناوری به‌کارگیری گازهای فشرده یا سیالات، برای تولید نیروی‌مکانیکی) یا روش‌های الکترومغناطیسی تأمین گردد.

طراحان ربات‌های بزرگ مانند دستگاه‌های ساخت و تولید در کارخانه‌ها و خودروهای صنعتی عظیم، بیشتر به سراغ فناوری پنوماتیک رفته و بخش کوچکی از عملکرد این ربات‌ها را بر اساس روش‌های الکتریکی طراحی می‌نمایند.

اما در ربات‌های کوچک و ریز ربات‌ها، معمولاً وظیفهٔ تولید نیروی محرکه مکانیکی بر عهده سلونوییدها و موتورهای الکتریکی است. هر دوی این ابزار، نیروی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌نمایند. برای تولید نیروی محرکه در یک جهت با جابه‌جایی طولی کم، از سلونوییدها استفاده می‌شود. سلونوییدها در حقیقت، سیم‌پیچ‌هایی دارای هستة مغناطیسی متحرک است که از ترکیبات آهن و همچنین قدرت جذب (و دفع) مغناطیسی نسبتاً بالا ساخته شده است.

موتورهای الکتریکی، نیز نیروی الکتریسیته را به نیروی مکانیکی دورانی تبدیل می‌نمایند. این نیروی دورانی دو مشخصهٔ اساسی دارد: یکی سرعت دوران (برحسب دور بر دقیقه) و دیگر قدرت دوران یا همان گشتاور نیرو (بر حسب نیوتن‌متر) است. از ضرب سرعت خطی (متر بر ثانیه) در نیروی موتور، می‌توانید توان نهایی خروجی آن را محاسبه کنید. ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. با توجه به اینکه گفتیم موتور یک مبدل است، اگر موتور شما ایده‌آل باشد، توان خروجی به‌دست آمده با توان ورودی یعنی انرژی‌الکتریکی مصرف‌شده برابر خواهد بود. موتورهای الکتریکی مورد استفاده در ربات‌ها انواع مختلفی دارند که موتورهای DC، موتورهای AC، استپ موتورها و سرورموتورها از این جمله هستند. هر یک از موتورهای ذکرشده ویژگی خاصی دارد مثلاً استپ موتورها دارای دقت بالایی هستند و با توجه به نوع موتور می‌توان دقت گردش موتور را در حد چند درجه کنترل نمود. از ویژگی‌های اساسی موتورهای DC این است که جهت حرکت و سرعت حرکت آن‌ها به‌راحتی قابل کنترل است. با تغییر متوسط ولتاژ ورودی می‌توانید سرعت موتور را تغییر دهید و با تغییر جهت اتصال تغذیه به موتور (پلاریته) جهت دوران شافت تغییر خواهد نمود، همچنین موتورهای دیگر نیز خصوصیت‌های منحصربه‌فردی دارند. مشخصه‌های اصلی موفقیت یک ربات، انتخاب صحیح موتور محرک ربات است.

مقایسه انواع موتورها

قبل از بررسی اصول و مبانی انتخاب هر یک از موتورها باید، موتورها را با توجه به عملکرد، روش جابه‌جایی و امتیازاتشان به سه دسته موتورهای DC گیربکس‌دار، موتورهای پله‌ای و سروموتورها تقسیم‌بندی می‌کنیم. در جدول ذیل انواع مختلف موتورها با توجه به قدرت‌شان طبقه‌بندی شده‌اند. 

چند نمونه موتور استفاده‌شده در ربات‌ها:

EMG30

مزایا:
- جریان در زمان قفل 0/25 آمپر نسبت گیربکس آن 1 به 30 است.
- انکودر به ازای هر دور 360 پالس ایجاد می‌کند.

فال هابر با 120RPM

مزایا:
- در موتورهای فال‌ هابر سیم‌پیچی فال‌هابر (و یا شانه عسلی) به‌کار رفته است.معمولاً در این موتورها از آهن‌ربای آلنیکو استفاده شده است که شار زیادی تولید می‌کند.
- نوع انکودر: نوری
- تعداد پالس در هر دور موتور 12 پالس
- خروجی‌ها: خروجی دوتایی AB
- این موتور برای مسابقات ربات موتور اسپیندل، برای استفاده در ربات‌های فوتبالیست نوع قدرتی ابتدایی و متوسط، ربات فوتبالیست مسابقات روبوکاپ جوانان مناسب است.
- تعداد دور نهایی آن 120 دور در دقیقه است.

موتور AX12

مزایا:
- AX12 یک سرو موتور محصول شرکت Dynamixel است این سرو موتور شامل یک گیربکس کاهنده، یک موتور DC و یک مدار کنترل با قابلیت‌های شبکه در یک پکیج است جنس بدنه و چرخ‌دنده این موتور از پالستیک خاص است. سرعت بی باری این موتور 59 دور در دقیقه است. دیگر مشخصه‌های این سروموتور به شرح ذیل می‌باشد.
- دقت: ${29^ \circ }$
- میزان حرکت: صفر تا 300 درجه یا به‌صورت Endless
- سیگنال فرمان: packetهای دیجیتال
- پروتکل: ارتباط سریال به صورت Half duplex Asynchronous
- لایه فیزیکی Level Multi Drop.TTL 
- کد شناسایی: 245 کد از 0 تا 35 
- دو سرعت ارتباط: bps3743 الی Mbps1 فیدبک: مکان، دما، بار، ولتاژ ورودی و مانند آن.

گریپر یا نگه‌دارنده شامل دو فک متحرک است که از آن در گرفتن و جابه‌جایی اجسام استفاده می‌شود.

ساخت گریپر با امکانات موجود در کارگاه و طراحی برد برای راه‌اندازی و کنترل یک موتور سرو

نمونه‌ای از گریپرها:

درایور موتور

موتورها متناسب با وزن ربات، نوع و تعداد موتور می‌تواند بین 500 میلی‌آمپر تا چندین آمپر جریان مصرف‌کنند. تقریباً هیچ آی‌سی دیجیتالی قابلیت تأمین مستقل چنین جریانی، برای موتورها ندارد؛ بنابراین نیازمند مدار واسطی بین‌ بخش پردازنده و موتورهاست تا فرامین پردازنده را تقویت کرده و با ولتاژ و جریان کافی به موتورها بدهد. این وظیفه در ربات‌ها بر عهده مدارات درایور است. درایور در لغت به معنای راه‌اندازی است.

انواع درایورهای موتورهای DC

درایور یک‌طرفه

منظور از درایورهای یک‌طرفه موتور DC مداراتی هستند که قادرند موتور DC را تنها در یک جهت به حرکت درآورند و قادر به معکوس‌کردن جهت چرخش موتور نیستند. به عبارتی تنها می‌توانند فرمان STOP و (BACKWARD یا ORWARD) را به موتور بدهند. 

درایور دوطرفه

برای اینکه یک موتور DC قابلیت چرخش دوطرفه داشته باشد، باید درایور به گونه‌ای باشد که بتواند خطوط تغذیه مثبت و منفی را بر روی دو پایه موتور سوئیچ کند. برای این منظور از مداراتی موسوم به پل H(BridgeH) استفاده می‌شود. دلیل این نام‌گذاری شباهت مدار درایور به حرف H است.

تقسیم‌بندی درایورها

درایور یک‌طرفه

الف. درایور یک طرفهٔ موتور DC با ترانزیستور ترانزیستور می‌تواند نقش یک کلید را در مدار ایفا کند. در مدار روبه رو زمانی که خروجی پردازنده یک شود، ترانزیستور وصل شده و موتور به حرکت در می‌آید. نکته قابل توجه این است که بیشینه جریانی که ترانزیستور در این مدار می‌تواند عبور دهد، با حاصل ضرب جریان بیس در ضریب تقویت ترانزیستور برابر است.

ب. درایور یک‌طرفه موتور DC با رله

ج. درایور یک طرفه موتور DC با بافر: روش دیگر کنترل یک طرفه موتور DC استفاده از بافرها است. بافرها به گروهی از گیت‌های منطقی گفته می‌شود که سطح منطقی ورودی و خروجی آن‌ها یکسان است. تنها وظیفه بافرها تقویت جریان است. از معروف‌ترین آی‌سی‌های بافر می‌توان به ULN2003A و L6203 و ULN2803 اشاره کرد. این دو آی‌سی به ترتیب 8 و 7 عدد بافر معکوس‌کننده دارد. این آی‌سی‌ها به ازای هر خروجی می‌توانند 500mA جریان ورودی را تحمل کنند. در صورت احتیاج به جریان بیشتر می‌توان خطوط را با یکدیگر موازی کرد. 

درایور دوطرفه

الف. پل H با استفاده از ترانزیستور

ب. پل H با استفاده از رله

ج. آی‌سی‌های پل H و آی‌سی L293

همان‌طور که می‌دانیم سرعت چرخش موتورهای DC با تغییر مقدار ولتاژ دو سر آن‌ها کنترل می‌شود با تغییر پلاریتهٔ ولتاژ دو سر موتور، جهت چرخش آن عوض می‌شود. جریان موردنیاز برای رسیدن به قدرت نامی موتور نیز مسئله مهمی در استفاده از موتورهاست. همه این موارد را می‌توان توسط مدارات درایو موتور DC که نمونه آن‌ها در جدول آورده شده ایجاد کرد. اساس کار بیشتر ای‌سی‌های درایو موتور DC از جمله L293 و ULN2003 و L6203 مداری به نام پل H است.

مدار پل ارائه‌شده زیر را بر روی برد سوراخ‌دار سرهم‌بندی و لحیم کنید و با آن دو، موتور را کنترل کنید.

چرخ دنده:

از این قطعه برای انتقال نیرو (کوپل مکانیکی)، تغییر جهت گردش و تغییر نسبت سرعت و قدرت گردش یک گردنده استفاده می‌شود. در لوازم مختلف مانند مخلوط‌کن موادغذایی، چرخ‌گوشت و همچنین در وسایلی مانند دوچرخه و موتورسیکلت و اتومبیل‌ها با توجه به حالت‌های مورد نیاز، از تعدادی چرخ‌دنده با قطرهای مختلف استفاده می‌شود. شکل زیر برخی از نمونه‌های مختلف چرخ‌دنده را نمایش داده است. 

جعبه‌دنده (Gear box)

در بسیاری از ربات‌ها، برای تأمین نیروی محرکه مورد نیاز ربات از موتورهای الکتریکی کوچک استفاده می‌شود. ولتاژکار نامی این موتورها معمولاً بین 3 تا 18 ولت است. توان مکانیکی تولیدشده برای به حرکت درآوردن ربات به‌صورت مستقیم کافی نیست، از سوی دیگر سرعت گردش این موتورها نسبتاً بالا (بین 1000 تا 30000 دور در دقیقه) است و این سرعت نیز برای گردش اجزای مکانیکی ربات از قبیل بازو و چرخ‌ها بسیار زیاد است. استفاده از تعدادی چرخ‌دنده با قطر و ترتیب مناسب می‌تواند سرعت گردش محور موتور را به میزان لازم کاهش داده و در عوض قدرت آن را افزایش دهد.

مجموعه این چرخ‌دنده‌ها در قسمتی به نام جعبه‌دنده (Gear box) قرار داده می‌شوند. در یک جعبه‌دنده با کوچک و بزرگ شدن قطر چرخ‌دنده‌ها، نسبت بین سرعت و قدرت محور موتور به خروجی جعبه‌دنده تغییر می‌نمایید. در یک جعبه‌دنده با نسبت تغییر ثابت، میزان حداکثر نیروی مکانیکی قابل تحمل، نسبت دور ورودی به نسبت دور خروجی، قطر محور ورودی، قطر محور خروجی و طول این محورها جزء مشخصات مهم است که معمولاً بر روی بدنه یا برگه اطلاعات آن یادداشت می‌شود.

انواع چرخ ربات

همان‌طور که می‌دانید در ربات‌های متحرک، برای ایجاد تحرک از چرخ، زنجیر چرخ، پا یا سایر ابزار استفاده می‌شود. از ویژگی‌های مدنظر یک طراح و سازنده ربات در مورد چرخ‌ها، قطر چرخ، قابلیت هرزگرد بودن یا اتصال محور به نیروی پیش‌رانشی، امکان حرکت به جهات مختلف یا امکان گردش چرخ حول محور اتکادهنده و... است.

انواع چرخ‌های مورد استفاده در ربات‌ها به‌صورت زیر است:

چرخ 5 سانتی‌متری

چرخ بسیار مناسب برای ساخت ربات‌های قدرتی و ربات‌های کوچک از جمله مسیریاب، ماز و... با روکش لاستیکی. قطر این چرخ 5 سانتی‌متر و ضخامت آن 2 سانتی‌متر می‌باشد. همچنین قابلیت اتصال محور از قطر 4 تا قطر 8 را دارد. با توجه به جنس مرغوب چرخ قابلیت تراش‌کاری بر روی آن نیز وجود دارد.

چرخ 10 سانتی‌متری

چرخ بسیار مناسب برای ساخت ربات‌های قدرتی با روکش لاستیکی. قطر این چرخ 10 سانتی‌متر و ضخامت آن 4 سانتی‌متر می‌باشد. همچنین قابلیت اتصال محور از قطر 4 تا قطر 8 را دارد. بوش فلزی روی چرخ دور قسمت پلاستیکی تایر را محکم در بر گرفته و مانع از شکستن آن در مواقعی می‌شود که بار و فشار زیادی بر ربات وارد می‌شود.

با استفاده از پیچ موجود بر بوش فلزی شما می‌توانید موتور و گیربکس‌هایی با شافت‌های مناسب را به‌راحتی به آن (تنها با پیچاندن پیچ روی قطعه) وصل کنید. جنس بوش از آلومینیوم یا فولاد بوده و افزایش وزن ربات چشم‌گیر نخواهد بود؛ همچنین این قطعهٔ فلزی شافت موتور را به خوبی گرفته، مانع از خم‌شدن یا نهایتاً شکستن آن می‌شود.

از مزایای دیگر می‌توان به این نکته اشاره کرد که اگر شافت موتوری کوتاه، باشد به علت موقعیت مناسب پیچ روی قطعه به‌راحتی می‌توان موتور را بر روی چرخ متصل کرد.

چرخ خورشیدی

همان‌گونه که در تصویر می‌بینید این چرخ می‌تواند در دو جهت به‌طور هم‌زمان حرکت کند، یعنی شما می‌توانید با استفاده از سه چرخ خورشیدی رباتی بسازید که بدون نیاز به دور زدن در تمام جهات حرکت کند. این قابلیت باعث افزایش سرعت ربات می‌شود چون ربات شما دیگر لازم نیست که سر پیچ‌ها زمانی را برای دورزدن تلف کند و می‌تواند هم‌زمان با حرکت به جلو دور هم بزند.

از ویژگی‌ها و مزایای این چرخ می‌توان به این نکته اشاره کرد که چون چرخ‌های کوچک روی چرخ اصلی دارای روکش و اورینگ لاستیکی است، بر روی زمین مسابقه اصطکاک زیادی دارد، همچنین از این چرخ به عنوان چرخ هرزگرد در جلوی روبات نیز می‌توان استفاده کرد. این چرخ بر سر پیچ‌ها به هیچ عنوان قفل نمی‌کند و جهت ربات شما را تغییر نمی‌دهد.

چرخ امنی دایرکشنال (4 سانتی‌متری):

این چرخ به ربات شما قدرت حرکت در همه جهات را بدون نیاز به دور زدن می‌دهد یعنی ربات شما می‌تواند در حالی که به جلو حرکت می‌کند به سمت چپ یا راست نیز برود. این چرخ ساخت کشور آمریکا است. همچنین نسبت به مدل‌های دیگر از اصطکاک زیادتری برخوردار است. این چرخ در ربات‌های جونیور کاربرد فراوان دارد.

چرخ آلومینیومی با روکش لاستیکی:

دارای پیچ آلن بر روی شافت مرکزی و محور چرخ برای اتصال محکم شافت موتور به محور چرخ
جنس: جنس چرخ از آلومینیوم محکم و مقاوم برای ساخت ربات‌های لابیرنت مسیریاب ماز آتش‌نشان و مانند آن است، همچنین این چرخ دارای روکش لاستیکی با اصطکاک خوب است. از نظر زیبایی جلا و درخشش خاصی به ربات شما می‌دهد. می‌توان از سوراخ‌های موجود بر روی تایر به انکدر استفاده کرد، چون تایر آن قدر براق است که نور را بازتاب می‌کند.

چرخ‌های هواپیمای ریموت کنترل:

انواع مختلفی از چرخ‌های هواپیماها را کمپانی‌های Dubro می‌سازد. این چرخ‌ها به‌راحتی سوراخ‌کاری، چسب‌کاری و پیچ و مهره می‌شوند. نمونه‌های Dubro با وجود نرم‌بودن، استحکام قابل‌توجهی دارند و بر روی سطوح صاف چسبندگی مناسبی را ایجاد می‌کنند. نمونه‌های Dave Brown بسیار سبک است و بر روی سطوح ناهموار مانند فرش و آسفالت خیابان نیز اصطکاک قابل قبولی را ایجاد می‌کنند. این چرخ‌ها بسیارگران قیمت هستند و همراه با هواپیماهای ریموت کنترل فروخته می‌شوند.

چرخ هرزگرد

این چرخ برای تعادل ربات است و در تمام جهات می‌چرخد. بیشتر در ربات‌های سه‌چرخ استفاده می‌شود. شما می‌توانید با استفاده از یک یا دو عدد از این چرخ تعادل ربات خود را حفظ کرده از اصطکاک ربات با زمین جلوگیری کنید.

چرخ‌های دیگر

گاهی اوقات با وجود تلاشی که برای یافتن چرخ‌های مناسب صورت می‌گیرد، نتایج مناسبی به‌دست نمی‌آید. در این شرایط باید از خلاقیت خود برای حل مسئله استفاده کنید. برخی از انواع چرخ در فروشگاه‌های تجاری فروحته نمی‌شوند. قرقره‌ها، چرخ‌های اورینگ و چرخ‌هایی که در پرینترها به‌کار می‌روند، از این نوع هستند. تمام این چرخ‌ها بسیار محکم هستند و از لاستیک فشرده ساخته می‌شوند. این نمونه‌ها برای استفاده در طرح‌های رباتیک بسیار مناسب هستند و به سادگی در محل مورد نظر نصب می‌شوند. همان‌گونه که پیش‌بینی می‌شود این چرخ‌ها بسیار گران قیمت هستند، مگر آنکه از تعمیرگاه‌ها تهیه شوند.

ربات‌های بزرگ‌تر به چرخ‌های بزرگتری هم نیاز دارند. نمونه‌های مختلفی از چرخ‌های ماشین‌های چمن‌زنی، دوچرخه‌های کوچک و... وجود دارند که در ابزار فروشی‌ها فروخته می‌شوند.

انواع سیستم‌های حرکت در ربات‌ها

بررسی سیستم حرکت مناسب برای ربات

در بین سیستم‌های می‌توان موارد زیر را برای ربات استفاده کرد:

1- 4 چرخ معمولی
2- زنجیر و چرخ زنجیر
3- تسمه و پولی

نکته مهم در مورد سیستم کنترل ربات:

همانند بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی، برای بررسی وقایع در اطراف ربات و کنترل اجزای یک ربات و رسیدن به اهداف مورد نظر از ساخت ربات، نیاز به نوعی سیستم کنترل است. این سیستم کنترل با توجه به نیاز ربات و شیوه طراحی می‌تواند یک سیستم کنترل حلقه باز یا یک سیستم کنترل حلقه بسته یا ترکیبی از این دو نوع سیستم باشد.

ب) الکترونیک ربات

پس از طراحی مکانیک ربات برای هوشمندسازی و انجام فرمان‌های کنترلی خودکار، نیاز به طراحی مدار الکترونیکی داریم. به عبارت دیگر با الکترونیک، ربات را از حالت کنترل‌دستی به حالت اتوماتیک درمی‌آوریم.

طراحی مدارات الکترونیک ربات‌ها معمولاً در دو نرم‌افزار زیر انجام می‌شود:

1- پروتئوس (تحلیل و اجرای مدار) (proteus)

2- آلتیوم دیزاینر (طراحی شماتیک و Altium Designer -( PCB

Proteus نرم‌افزاری برای شبیه‌سازی ریزپردازنده‌ها، ایجاد شماتیک و طراحی PCB است. این نرم‌افزار از سری نرم‌افزارهای آزمایشگاه الکترونیک است که با داشتن محیط ساده، کارایی بالا، قدرت زیاد و پشتیبانی از میکروکنترلرها، طرفداران زیادی را به خود جذب نموده است.

به‌وسیله این نرم‌افزار می‌توان قطعات را چیده و نتیجه عملکرد آن‌ها را در مدارهای مختلف مشاهده کرد.

نرم‌افزار Altium Designer، یکی از برترین نرم‌افزارهای طراحی مدارچاپی است. هدف از ارائه نرم‌افزار پیاده‌سازی شماتیک و طراحی قطعات PCB و مدارهای الکترونیکی است، همچنین گفتنی است که نرم‌افزار از طراحی مدارهای دیجیتالی هم پشتیبانی می‌کند.

قطعات و تجهیزات الکترونیکی در طراحی ربات:

در طراحی برد الکترونیک ربات‌ها قطعات الکترونیکی زیادی استفاده می‌شود که برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از: مقاومت، خازن، سلف، دیود، ترانزیستور، رگولاتور، LED، باتری، میکروکنترلر، حسگر، نمایشگر LCD، بارز و ....

بخش عمده قطعات ذکر شده قبلاً در کتاب‌های سال دهم توضیح داده شده‌است و در اینجا فقط به شرح ساختمان و طرز کار باتری‌ها، میکروکنترلرهای AVR، حسگرها و ماژول‌های مورد استفاده در ربات‌ها می‌پردازیم.

باتری یا پیل الکتریکی (ولتائیک)

منبعی از انرژی پتانسیل‌الکتریکی است که در درون آن با انجام واکنش‌های شیمیایی، انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود، این انرژی در قطب‌های باتری قابل دریافت است. انرژی قابل دریافت در قطب‌های باتری به ازای واحد بارالکتریکی را نیروی محرکه‌الکتریکی emf یا Electromotive force باتری می‌گویند و آن را با یکای ولت اندازه‌گیری می‌کنند. قطب مثبت باتری را آند و قطب منفی آن را کاتد می‌نامند (در فرهنگ عامیانه به قطب‌ها (پلاریته)، سر مثبت و سر منفی نیز گفته می‌شود).

به‌طور کلی باتری‌ها به دو دسته قابل شارژ و غیرقابل شارژ تقسیم‌بندی می‌شوند. یکی از مهم‌ترین مشخصه‌های باتری‌ها به غیر از ولتاژ میزان جریان‌دهی آن است. که معمولاً بر روی بدنه آن بر حسب میلی‌آمپر‌ساعت (mAh) نوشته می‌شود. به‌عنوان مثال اگر بر روی بدنه یک باتری 1200mAh نوشته شده باشد این باتری قابلیت جریان‌دهی به یک مصرف‌کننده به میزان 1200mAh در مدت یک ساعت را دارد.

میکروکنترلرهای AVR

میکروکنترولرهای AVR دارای انعطاف‌پذیری غیرقابل مقایسه و بی‌همتایی هستند. آن‌ها قادر به ترکیب هر نوع کدی با یک معماری کارامد از طریق زبان‌های C و Assembly هستند و می‌توانند از طریق این برنامه‌ها تمام شاخص‌های ممکن در یک سیکل یا چرخهماشین را با دقت بسیار بالا هماهنگ کنند. معماری میکروکنترلرهای AVR به شکلی است که می‌تواند در تمام جهات مورد استفاده شما، عمل کند و برای شما کارایی 16 بیتی ارائه دهد که البته قیمتش به اندازهٔ یک 8 بیتی تمام می‌شود.

میکروکنترلر AVR به‌منظور اجرای دستورالعمل‌های قدرتمند در یک سیکل کلاک (ساعت) به اندازه کافی سریع است و می‌تواند برای شما آزادی عملی را که به منظور بهینه‌سازی توان مصرفی بدان نیاز دارید، فراهم کند. 

میکروکنترلر AVR بر مبنای معماری (RISC کاهش مجموعه دستورالعمل‌های کامپیوتر) پایه‌گذاری شده و مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها را که با 32 ثبات کار می‌کنند ترکیب می‌کند. استفاده از حافظه از نوع Flash که AVRها به‌طور یکسان از آن بهره می‌برند، از جمله مزایای آن‌هاست.

یک میکروکنترلر AVR می‌تواند با استفاده از یک منبع تغذیهٔ 2/7 تا 5/5 ولتی از طریق شش پین ساده در عرض چند ثانیه برنامه‌ریزی شود یا Program شود. میکروکنترلرهای AVR هرجا که باشند با 1/8 ولت تا 5/5 ولت تغذیه می‌شوند، البته با انواع توان پایین (Low Power) که موجودند. راه‌حل‌هایی که AVR پیش پای شما می‌گذارد، برای یافتن نیازهای شما مناسب است: 

با داشتن تنوعی باور نکردنی و اختیارات فراوان در کارایی محصولات AVR، آن‌ها به‌عنوان محصولاتی شناخته شدند که همیشه در رقابت‌ها پیروز هستند. در همه محصولات AVR مجموعه دستورالعمل‌ها و معماری یکسان هستند، بنابراین با افزایش حجم کدهای دستورالعمل شما که قرار است میکروکنترلر دانلود شود و یعنی بیشتر از گنجایش میکرویی شود که شما در نظر گرفته‌اید، می‌توانید از همان کدها استفاده کنید و در عوض آن را در یک میکروی با گنجایش بالاتر دانلود کنید.

LCD

نمایشگر، قطعه‌ای الکترونیکی است که با اتصال آن به میکروکنترلر می‌توان هرگونه تصویری را به نمایش درآورد. نمایشگرها در مدل‌های بسیار متنوع برای کاربردهای مختلف در بازار وجود دارند. از LCDهای رنگی‌ای که در موبایل‌ها استفاده می‌شوند گرفته تا مدل‌های بسیار ابتدایی مانند 7segment که قبلا با آن آشنا شده‌ایم. به‌وسیله lcd می‌توان تمام نمادهایی که در سیستم کدگذاری ASCII وجود دارند، به نمایش درآورد که این نمادها شامل تمام حروف الفبای بزرگ و کوچک، اعداد لاتین و... هستند. این نوع LCD را در اصطلاح تجاری LCDهای کاراکتری (Alphanumeric LCD) می‌گویند.

LCDهای کارکتری در اندازه‌های مختلفی وجود دارند. اندازه این نوع LCD را بر اساس تعداد کاراکترهایی که در هر سطر و ستون نمایش داده می‌شوند، تعیین می‌کنند. پرکاربردترین اندازه LCDهای کاراکتری 16*2 است، یعنی این LCD می‌تواند دو ردیف 16 تایی کاراکتر را هم‌زمان روی صفحه نمایش دهد.

LCD نیز مانند هر قطعه‌الکترونیکی دیگر نیاز به دو پایه برای تغذیه + و – دارد. در LCDهای 16*2 اختلاف‌پتانسیل موردنیاز برای تغذیه باید 5 ولت باشد. پایه شماره 1 باید به GND و پایه شماره 2 باید به 5 ولت متصل شود. پایه شماره 3 نیز برای تنظیم نور زمینه در LCD تعبیه شده است. در حالت معمولی باید این پایه مستقیماً به GND متصل شود. پایه‌های 15 و 16 نیز برای تغذیه نور پشت‌زمینه هستند. پایه 15 به (5Vcc ولت) و پایه 16 به GND متصل می‌شود.

حسگرها

حسگر یک قطعه‌الکترونیکی است که کمیت‌های فیزیکی محیط اطراف را حس کرده، متناسب با آن ولتاژ یا جریان در خروجی می‌دهد.

اولین گام همیشه برای ساخت یک ربات (قبل از پیاده‌سازی مکانیک) انتخاب نوع و تعداد حسگر بر اساس طرح مسئله و وظیفه تعریف‌شده برای ربات است که متناسب با آن شاسی مکانیکی، موتورها و بقیه اجزای ربات طراحی می‌شوند. حسگرها معمولاً به‌صورت تکی یا ماژول‌های آماده ارائه می‌شوند.

حسگرهای فاصله‌سنج

فاصله‌سنج‌ها یک حسگر یا یک ماژول، برای اندازه‌گیری فاصله هر جسم از جلوی حسگر است.

انواع فاصله‌سنج:

1- فاصله‌سنج مادون قرمز (IR)
2- فاصله‌سنج صوتی (التراسونیک)
3- فاصله‌سنج لیزری

در اینجا باید به چند نکته برای انتخاب حسگر دقت کرد:

1. حسگر حداقل نویزپذیری را داشته باشد.
2. قیمت حسگر مناسب باشد.
3. اندازه‌ای مناسب داشته باشد.
4. خرابی آن کم باشد.

1. فاصله‌سنج مادون قرمز (IR)

این نوع فاصله‌سنج مانند هر نوع فاصله‌سنجی دیگری دارای دو بخش فرستنده و گیرنده است:

عملکرد این نوع فاصله‌سنج به شکلی است که فرستنده امواج مادون‌قرمز را می‌فرستد و با توجه به مقدار نور برگشتی فاصله را اندازه می‌گیرد.

محاسن: دقت بالا، زاویهٔ دید کم.
معایب: نویزپذیری در برابر نور خورشید، مقدار اندازه‌گیری کم.

بررسی برای انتخاب حسگر:

در ربات اولین نکته همیشه نویزپذیری کم است، پس بنابراین دو حسگر اولی از فهرست انتخاب ما پاک می‌گردند و در این میان چون حسگر GP2S28 دارای قیمتی فوق‌العاده بالایی است و نسبت به کیفیت خود قیمت مناسبی هم ندارد، از حسگر CNNY70 استفاده می‌شود.

مشخصات CNY70

این حسگر امواج مادون‌قرمز را به طرف بیرون ارسال می‌کند و در صورتی که در مقابل آن جسمی و مانعی قرار گیرد، امواج بازتاب داده می‌شود و با گیرنده که یک فتوترانزیستور است، دریافت می‌شود.

این حسگر با حساسیت بالا مناسب برای تشخیص بدون تماس و نیز مناسب برای خواندن انواع انکودر است، .همچنین دارای یک فیلتر مادون قرمز برای کم‌کردن اثر نور محیط است. بعد از انتخاب حسگر باید به نوع چیدمان آن بسیار دقت نمود.

روش تشخیص خط سیاه از زمینه سفید

در این حسگر، قسمت فرستنده امواج مادون‌قرمز را به سطح زمین مسابقه تابش می‌کند، می‌دانیم که سطح سیاه رنگ، امواج کمتری را نسبت به سطح سفیدرنگ بازتابش می‌نماید، این نکته اساس تشخیص سطح سیاه از سفید در این حسگرهاست.

در زمان روشن‌بودن فرستنده و تابش نور مادون قرمز به سطح سفید، میزان بازتابش نور برای تحریک گیرنده کافی است و آن را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد این حالت متناسب با نوع طراحی می‌تواند صفر یا یک منطقی در خروجی حسگر ایجاد نماید. از سوی دیگر میزان بازتابش سطح سیاه رنگ برای تحریک مناسب قسمت گیرنده کافی نبوده و حالت منطقی خروجی، عکس حالت قبلی خواهد بود. مهم‌ترین کاربرد این ترکیب حسگر در ربات مسیریاب است که فعالیت پایانی این مبحث نیز خواهد بود. باید توجه داشت که متناسب با نوع مسیر چیدمان حسگرها کلیدی‌ترین نکته ساخت این نوع ربات است. شکل زیر نحوه تشخیص خط سیاه از سفید و نمونه‌ای از چیدمان حسگر IR برای این کار را نشان می‌دهد.

انتخاب چیدمان حسگر: برای این کار همیشه عناصر موجود در زمین تعقیب خط باید در نظر گرفته شود:

1. خط‌هایی با انحنای کم؛
2. خط‌های 90 درجه؛
3. خط‌های 30 درجه؛
4. خطچین‌ها 20 سانتی‌متر و 30 سانتی‌متر؛
5. عبور از 3 راه و 4 راه.

جدول زیر را تکمیل کنید.

عبور از سه راه و چهارراه:

در این بخش طبق چیدمانی که داریم، باید حالت یک چهارراه و سه‌راه را روی آن آزمایش کنیم.

بنا بر تصاویر بالا ما می‌توانیم به‌راحتی سه‌راه و چهارراه را تشخیص دهیم، ولی برای اشتباه نگرفتن با زاویه 30 درجه دو حسگر دیگر هم اضافه می‌کنیم و برد حسگر ما تا به حال به این شکل درآمده است.

تشخیص فاصله با حسگر IR:

برای انجام فاصله‌سنجی، بهترین نمونه‌های حسگرهای مادون‌قرمز عبارتند از:

یکی از بهترین ماژول‌های فاصله‌سنج IR، ماژول‌های شارپ است در طول سال‌ها Sharp خانواده‌ای از حسگرهای مادون قرمز را معرفی کرده‌است. این حسگرها از بسته‌بندی کوچک، مصرف خیلی کم و خروجی‌های متنوع بهره‌مند هستند. با معرفی سری حسگرهای شارپ GP2DXX، رویکرد تازه‌ای معرفی شده که نه تنها محدوده شناسایی اشیا را نسبت به روش قبلی افزایش می‌دهد، بلکه در مورد حسگرهای GP2D120،GP2D12 و GP2DY0A اطلاعات محدوده شناسایی را نیز در اختیار ما می‌گذارد. این فاصله‌سنج‌ها به علت ارائه روش‌های جدید اندازه‌گیری فاصله، آزادی بیشتری را نسبت به وضعیت نور محیطی ارائه می‌دهند.

2. فاصله‌سنج آلتراسونیک:

آلتراسونیک چیست؟

کلمه آلتراسونیک Ultrasonic به‌معنای مافوق صوت است. محدوده فرکانس شنوایی انسان 20 هرتز تا 20 هزارهرتز است. محدوده فرکانسی امواج مافوق صوت 40 کیلوهرتز تا چندین مگاهرتز است. امواج مافوق، کاربردهای فراوانی از جمله در لیزر، تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری، سنجش فاصله، عمق مخزن، شست‌وشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی، تعیین فشارخون بیمار، همگن‌کردن مواد مذاب، جوشکاری مواد غیرهم‌جنس، ریخته‌گری، تراش‌کاری، فرزکاری، سوراخ‌کاری و مانند آن دارد.

حسگرهای آلتراسونیک

برای استفاده از امواج فراصوت از حسگرهایی استفاده می‌شود که بر اساس محدودهٔ فرکانسی خود به دو دستهٔ صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی می‌شوند. حسگرهای فراصوت غیر صنعتی در محدوده فرکانسی 40 کیلوهرتز و حسگرهای صنعتی در حد مگاهرتز هستند. حسگرهای آلتراسونیک معمولاً دارای یک فرستنده و یک گیرندهٔ آلتراسونیک هستند. امواج فرستاده شده از حسگر پس از برخورد با یک مانع به حسگر بر می‌گردند و به وسیلهٔ گیرنده حسگر دریافت می‌شوند. از این طریق و با در نظر گرفتن زمان بازگشت موج و کیفیت امواج بازتابی می‌توان به اطلاعاتی راجع به عمق، نوع و سرعت مانع دست یافت. حسگرهای فراصوت مزیت‌های فراوانی که دارند نویزپذیری کم، استفاده در شرایط نوری مختلف از آن جمله است.

امواج فراصوت همانند امواج دیگر خواص شکست، پراش، بازتاب و عبور دارند. این امواج به سه روش مکانیکی، مغناطیسی و الکتریکی ایجاد می‌شوند.

این نوع فاصله‌سنج مانند هر نوع فاصله‌سنج دیگری دو بخش فرستنده و گیرنده دارد.

اندازه‌گیری این نوع فاصله‌سنج‌ها به این صورت است که امواج فراصوت توسط فرستنده فرستاده شده و صبر می‌کند تا زمان برگشت آن برسد و بعد مدت زمان آن را اندازه گرفته و با فرمول سرعت صوت در هوا فاصله را اندازه می‌گیرد.

محاسن: بازه اندازه‌گیری وسیع، نویزپذیری کم.
معایب: پهنای باند بزرگ.

به دلیل نویزپذیری فاصله‌سنج‌های مادون قرمز و اینکه دیوارهای دورتادور از پلکسی بی‌رنگ است، باید از ماژول‌های فاصله‌سنج آلتراسونیک استفاده کنیم. پروتکل ارتباطی ماژول SRF با میکروکنترلر I2C است و واحدهای خروجی این ماژول سانتی‌متر و اینچ است که می‌توان آن را با استفاده از دستورهایی تغییرداد.

یکی از کاربردهای مهم آلتراسونیک در ربات‌ها استفاده در دورزدن مانع است که به 3 ماژول آلتراسونیک نیاز داریم که مکان آن‌ها به شرح زیر است:

محل نصب حسگر آلتراسونیک

1- کاربرد این فاصله‌سنج به ترتیب

الف) تشخیص مانع در روبروی خود: اولین کار برای عملیات دور زدن مانع تشخیص موجودیت مانع در روبه‌روی خود است تا بتواند کارهای دیگر را برای انجام این عملیات انجام دهد.
ب) تنظیم فاصلهٔ خود با مانع روبه‌روی خود: یکی از کارهای لازم بعد از تشخیص مانع تنظیم فاصلهٔ صحیح ربات با مانع که اغلب در صورت انجام ندادن این کار همراه با برخورد ربات با مانع و از بین رفتن امتیاز مانع است

2- در سمت راست و چپ

یکی از الزامات دورزدن مانع تشخیص فواصل کناری است، برای این که ربات متوجه شود که کدام طرف مکان بیشتری برای دورزدن ربات است.

مکان قرارگیری مانع به‌طور کل دو حالت دارد:

الف) قرارگیری مانع در میان یک خط مستقیم

ب) قرارگیری مانع در مرکز یک پیچ 90 درجه

حسگرهای شتاب‌سنج

برای تشخیص سطح شیب‌دار استفاده از حسگرهای شتاب‌سنج ضروری است.

شتاب‌سنج دستگاهی است که مقدار شتاب صحیح (Proper Acceleration) را اندازه‌گیری می‌کند. شتاب صحیح شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است. شتاب‌سنج دارای مدل‌های یک‌محوری و چندمحوری است که می‌توانند اندازه و جهت شتاب را به عنوان یک کمیت‌ برداری اندازه‌گیری کنند؛ می‌توان از حسگرهای شتاب‌سنج در تعیین موقعیت و آشکارسازی لرزش و ضربه استفاده کرد. شتاب‌سنج‌های ریز ماشین‌کاری‌شده با روند رو به افزایشی در لوازم الکترونیکی قابل حمل و کنترلرهای بازی‌های کامپیوتری برای تعیین موقعیت و به‌عنوان ورودی بازی‌های کامپیوتری به‌کار می‌روند. یکی از معروف‌ترین حسگرهای شتاب‌سنج مورد استفاده در ربات، MPU6050 است که البته هم شتاب‌سنج و هم ژیروسکوپ است.(ژیروسکوپ حسگر اندازه‌گیری زاویه است).

شیوه‌های اتصال قطعات بر روی برد مدار چاپی

دو شیوه اصلی اتصال قطعات بر روی بردها شامل: الف- سوراخ‌کاری برد و لحیم‌کاری پایه قطعات (Through hole) و ب– نصب سطحی قطعات یا (Surface Mountage technology)SMT با استفاده از لحیم‌کاری و بدون ایجاد سوراخ است. تفاوت بین این دو روش را در شکل زیر مشاهده می‌کنید. 

ج- نرم‌افزار برنامه‌نویسی ربات

نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی استفاده شده Code vison و Atmel Studio هستند.

میکروکنترلرهای 8 و 32 بیتی AVR دارای کاربران زیادی در سرتاسر جهان است، برای این میکروکنترلرها کامپایلرهای متعددی ارائه شده که کامپایلر و دیباگر AVR Studio یکی از معروف‌ترین و پرقدرت ترین آن‌هاست. کامپایلر و دیباگر AVR Studio از تمامی میکروکنترلرهای خانوادهٔ avr پشتیبانی کرده و در آن می‌توان با زبان‌های c و ++c برنامه‌نویسی نمود.

هم‌اکنون شرکت اتمل، ورژن جدید این نرم‌افزار را با نام Atmel Studio منتشر نموده است. AVR Studio که هم‌اکنون با نام جدید Atmel Studio در دسترس کاربران قرار دارد، از تمامی میکروکنترلرهای خانواده avr و برخی از میکروکنترلرهای خانواده ARM سری Cortex پشتیبانی می‌کند، این کامپایلر بهترین کامپایلر برای کار با میکروکنترلرهای AVR بوده و دارای ویژگی‌های به شرح زیر است:

- ویرایشگر کامل هوشمند با قابلیت شناسایی کلیه دستورها؛
- پشتیبانی از دستورهای استاندارد زبان c و کتابخانه‌های آن؛
- پشتیبانی از تمامی پروگرامرها و دیباگرهای ارائه‌شده از سوی شرکت اتمل؛
- منابع آموزشی متنوع و راهنمای قدرتمند.

Code vison

CodeVisionAVR

یک نرم‌افزار تخصصی برای رشته‌های برق و کامپیوتر (گرایش سخت‌افزار) است. در واقع این نرم‌افزار یک کامپایلر برای زبان برنامه‌نویسی C است که برای برنامه‌نویسی میکروکنترلرهای AVR از آن استفاده می‌شود. این برنامه محیط برنامه‌نویسی و کامپایل‌کردن برنامه نوشته‌شده برای برنامه‌ریزی میکروکنترلر را برای شما فراهم می‌کند.

آخرین نسخه این برنامه قدرت بسیار بیشتری پیدا کرده است و از طرفی مشکلات قبلی آن برطرف شده است. این برنامه در تمامی نسخه‌های ویندوز قابل نصب است.

ربات مسیریاب یا تعقیب خط (Line Follower):

رباتی است که وظیفه اصلی آن تعقیب‌کردن مسیری به رنگ مثلاً سیاه در زمینه‌ای به رنگ متفاوت مشخصی مثلاً سفید است که با استفاده از حسگر مادون قرمز (IR) تشخیص داده می‌شود. یکی از کاربردهای عمده این ربات، حمل‌و نقل وسایل و کالاهای مختلف در کارخانجات، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها، کتابخانه‌ها و... است. ربات تعقیب خط تا حدی قادر به انجام وظیفه کتاب داری کتابخانه‌هاست؛ به‌این صورت که بعد از دادن کد کتاب، ربات با دنبال‌کردن مسیری که کد آن را تعیین می‌کند، به محلی که کتاب در آن قرار گرفته می‌رود و کتاب را برداشته، و به نزد ما می‌آورد. مثال دیگر کاربرد این نوع ربات در بیمارستان‌های پیشرفته است، کف بیمارستان‌های پیشرفته خط‌کشی‌هایی به رنگ‌های مختلف دارد که هدایتگر ربات‌ها به محل‌های مختلف است.

اولین و مهم‌ترین نکته در ساخت ربات مسیریاب انتخاب تعداد حسگر IR و چیدمان آن است که آن هم بستگی به نوع و پیچیدگی مسیر دارد. 

فعالیت کارگاهی: چیدمان حسگرهای IR (صفحه 194 کتاب درسی)

با توجه به مسیرهای داده شده تعداد و نحوه چیدمان حسگرها را در جدول زیر تعیین کنید.

شکل مسیر	تعداد حسگر	چیدمان حسگر
	........................	........................
	........................	........................
	........................	........................
	........................	........................
	........................	........................

نکات مهم:

1- شاسی ربات مسیریاب حرفه‌ای یک شاسی سبک و مطابق با قوانین مسابقات است که حتی در بسیاری از موارد طراحان از خود PCB ربات به عنوان شاسی استفاده می‌کنند، ولی در اینجا می‌خواهیم تا ربات علاوه‌بر مسیریابی بتواند یک ربات امدادگر (برای شرکت در مسابقات دانش‌آموزی امدادگر الف- (RESQUE A، حل و همچنین یک ربات قدرتی مناسب برای آزمایش ماژول‌های مختلف باشد؛ 
2- در این ربات از موتورهای ZGA28 با قطر شافت 4mm استفاده شود؛ 
3- یک LCD کاراکتری برای نمایش اطلاعات مختلف ماژول‌ها نصب شود؛ 
4- برای داشتن یک ربات جامع و کامل در انجام تمرینات مختلف در اینجا از سیستم چهارچرخ استفاده شده، ولی در مسیریاب حرفه‌ای چهارچرخ ربات را کند می‌کند و معمولاً از دوچرخ و یک هرزگرد استفاده می‌کنند؛
5- نقاط مشخصی برای نصب و راه اندازی ماژول‌های بلوتوث (HC05) و آلتراسونیک (SRF08) و همچنین یک گریپر برای جابه‌جا‌کردن مانع در نظر گرفته شده‌است؛
6- چهار میکروسوئیچ نیز در جلو و عقب ربات برای مسیرهای دیواره مانند حل ماز در نظر گرفته شده است.

با توجه به نکات فوق قطعات شاسی را به‌صورت زیر با استفاده از نرم‌افزار Solid Works طراحی کنید.

فعالیت کارگاهی: طراحی برد الکترونیک ربات (صفحه 158 کتاب درسی)

 

نمایی از برد مدارچاپی (PCB) حسگرها و برد اصلی ربات را با استفاده از نرم‌افزار Altium Disigner به‌صورت زیر رسم کنید.