وبلاگ

الکترونیک و رباتیک در کنار همدیگر

الکترونیک و رباتیک در کنار همدیگر

رشته رباتیک بر فراز سه ستون اصلی مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار، مهندسی برق گرایش الکترونیک و کنترل و مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات استوار شده است. پس در نتیجه تمامی اشخاص فعال در صنف رباتیک با داشتن حداقل یکی از این سه رشته و اشراف کلی به دو رشته ی دیگر، مشغول به کار شده اند.

 پیش از این در مقاله تفاوت های بین رباتیک و هوش مصنوعی، به چگونگی همکاری ربات ها و هوش مصنوعی پی بردیم. و همچنین در مقاله مکانیک و رباتیک در کنار یکدیگر نیز به بررسی نقش مکانیک در صنعت رباتیک پرداختیم. حال می خواهیم با بررسی رشته برق و چگونگی تاثیر آن در رباتیک آشنا شویم.

زمانی که در مبحث برق و رباتیک وارد می شویم به کلماتی همچون الکترونیک و الکتریسیته برخواهیم خورد. اما باید بدانیم که با وجود شباهت زیاد، این دو اصطلاح محتوای معنایی کاملا متفاوت با یکدیگر دارند. به خصوص در زمینه رباتیک که هرکدام کاربرد منحصر به فردی از خود نشان می دهد.

منبع انرژی در ربات

بدن انسان برای حرکت کردن به منبعی برای تامین انرژی نیاز دارد و برای همه ما نیز بدیهی است که اصلی ترین ماخذ برای کسب انرژی خوردن غذا می باشد. بدن شما از یک فرایند پیچیده برای هضم غذا و سپس تبدیل آن به انرژی استفاده می کند. در ساختار ربات ها نیز ارگان های گوناگونی به کار رفته و دست به دست هم می دهند تا ربات به کار بیفتد. برای مثال باتری ها، انرژی خورشیدی و جریان برق DC هرکدام به نحوی متفاوت انرژی مورد نیاز را تامین می کنند.

علاوه بر مواردی که نام بردیم تعبیه موتورهای احتراق داخلی در ربات نیز یکی دیگر از راه های تامین سوخت می باشد. موتورهای احتراق داخلی را می توان در ربات های جنگجو یافت. اما در حالت عادی استفاده از آن ها کار رایجی نیست. چرا که ریسک خطر در این روش نسبت به استفاده از باتری و... بیشتر است.

نحوه عملکرد موتورهای احتراق داخلی به این صورت است که مخلوط سوخت و هوا در داخل محفظه احتراق واکنش نشان داده و محترق می شود. بر اثر این احتراق گازهای داغ با فشار بالا به وجود می آید و بر اثر انبساط این گازها پیستون موتور به حرکت درمی آید.

گرایش های رشته برق

جریان برق به ربات جان می بخشد. اهمیت الکترونیک در رباتیک با همین جمله کوتاه توصیف می شود. جریان الکترونیکی برای ربات همانند جریان خون در بدن انسان است. پس با سررشته داشتن در امور مرتبط با رشته مذکور می توانید مسیری برای راه یافتن به دنیای رباتیک خلق کنید. باید این نکته را نیز مد نظر داشته باشیم که جریانی که در اکثر ربات ها (غیرصنعتی) وجود دارد حداکثر 30 ولت می باشد.

مانند بدن انسان که برای سرپا ماندن به جریان خون در رگ هایش احتیاج دارد، ربات نیز به برق نیازمند است. در بدنه ربات، سیم ها نقش رگ های بدن انسان را دارند که الکترون ها در آن مسیر هدایت می شوند. درواقع این حرکت الکترون هاست که سبب به وجود آمدن جریان الکتریسیته یا همان برق می شود.

برای ادامه تحصیل در رشته برق نیاز به انتخاب یکی از چهار گرایش اصلی دارید. برق مخابرات، برق قدرت، برق کنترل و برق الکترونیک گزینه هایی هستند که در صورت ورود به این رشته پیش رویتان خواهند گذاشت.

اما با مطالعه گرایش دل بخواهتان نمی توانید به صنعت رباتیک راه پیدا کنید. در واقع تنها دوتا از این چهار گرایش به صنف رباتیک مربوط می شود؛ برق کنترل و برق الکترونیک. به منظور شفاف سازی بیشتر نگاهی به دو گرایش مربوطه بیاندازیم.

گرایش های برق دخیل در صنعت رباتیک: مهندسی کنترل

اولین موردی که برای تحلیل در نظر گرفتیم گرایش کنترل در رشته برق می باشد. حرکات بدنه یک ربات نیازمند جریان الکترونیکی است و مسلم است که این جریان مبدا و مقصدی دارد و در طول مسیر تمامی جوانب حرکت آن نیز بررسی می شود. به بیانی ساده، یک مهندس کنترل موظف به طراحی و پیاده سازی ساختاری است که یک سیستم برقی را بتواند به خوبی کنترل کند و با توجه به نیاز سیستم الکتریکی و الکترونیکی پایدار بماند.

در واقع الگوریتم های کنترل، مباحثی با پایه و اساس منطقی اند که برای کنترل میزان خطا بین یک مقدار اندازه گیری شده و یک مقدار تنظیم شده برنامه ریزی می شوند. به طور کلی تئوری کنترل به رفتار سیستم های دینامیکی می پردازد.

 

مهندسی الکترونیک در رباتیک

خلق یک ربات بدون حضور مهندس الکترونیک به هیچ عنوان میسر نیست! در واقع وظیفه طراحی و پیاده سازی مغز ربات به دوش مهندسین الکترونیک می باشد. مغز یا همان واحد کنترلی و پردازنده آن از مدارهای پیچیده الکترونیکی طراحی شده که  تخصص بسیار بالایی برای پیاده سازی آن نیاز است.

 مدارهای الکترونیکی به منظور کنترل اجزای مکانیکی ربات برنامه ریزی می شوند. در ادامه باید به این موضوع توجه کنیم که در بهترین حالت، مدت زمان کارکرد ربات باید نسبت به مصرف انرژی آن کمتر باشد و استفاده از الکترونیک در انجام این امر کاری الزامیست.

از دیگر بهره برداری های صنعت رباتیک از الکترونیک ذخیره داده ها در حافظه است. علاوه بر اینکه می توان به این مدارها وظایف خاصی را محول کرد، می توان اطلاعات خاصی را نیز توسط آن ها نگهداری کرد. با استفاده از این فناوری اعضای گروه قادراند تا در صورت لزوم، داده های جمع آوری شده را از یک تراشه واحد دریافت کنند که در این روش پای برنامه نویسان کامپیوتر در میان است. همچنین استفاده از منطق الکتریکی نیز از دیگر راه های دریافت داده می باشد که اصولا ترفند رایجی نیست. مسلم است که در انجام پروژه، انتخاب آسان ترین راه حل، سرعت عمل کار را بالاتر خواهد برد؛ از این رو مدارهای الکترونیکی قابل برنامه نویسی طرفداران بیشتری دارند.

تعریف الکترونیک به صورت مستقل

کلمه الکترونیک معادل فارسی ندارد و از واژه لاتین “electronic” اقتباس شده است. ریشه کلمه الکترونیک از الکترون گرفته شده. الکترون ها نیز ذرات بسیار ریزی هستند که تنها با چشم مجهز دیده می شوند، بار منفی دارند و عامل اصلی به وجود آمدن جریان الکتریسیته هستند.

به طور کلی الکترونیک شامل فعالیت هایی محور بررسی عبور جریان الکتریکی از مواد با خاصیت های متفاوت و اشکال مختلف می باشد. مدارهای الکترونیکی از جمله مباحثی است که در این گرایش از رشته برق، بسیار با آن سروکار خواهید داشت. مهندسین الکترونیک این مدارات را روی بردهای الکترونیکی طراحی کرده و آن ها را به کار میگیرند.

 بردهای الکترونیکی نیز مجموعه ای از مدارها می باشد که همه بر روی یک صفحه سوار شده اند. بردهای الکترونیکی شامل صفحه های فیزیکی از جنس فایبر، تفلون، راجرز، فلکسی بل و ... که با مسیرهای مسی تعبیه شده اند میباشد. بردها با خطوط مسی تعبیه شده  خود، آسان ترین سیم کشی بین قطعات الکترونیکی را محیا میکنند که در صورت طراحی این صفحه به همراه قطعات الکترونیک آن را PCB می نامند. طراحی این بردها پیش از این یک فرایند کاملا دستی بود؛ اما امروزه قبل از طراحی PCB، طرح شماتیکی آن در نرم افزارهایی مانندAltium designer ، TinyCad، ZenitPcb و ... طراحی شده سپس در فضای دیگری در همان نرم افزارها، شماتیک را به pcb تبدیل میکنند. سپس فایل طراحی شده را به دستگاه هایی جهت چاپ سپرده و برد الکترونیکی مورد نظر خود را تحویل میگیرند.

بنابراین در پایان این مقاله به چگونگی ارتباط برق و رباتیک پی بردیم و با گرایش های کنترل و الکترونیک نیز آشنا شدیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با دنیای رباتیک با ما همراه باشید.




نظرات

نظری ثبت نشده است

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


فیلد مورد نظر را پر کنید
فیلد مورد نظر را پر کنید
فیلد مورد نظر را پر کنید
امتیاز*

ما را در اینستاگرام دنبال کنید @RobaticSchool