تبلیغات

به نام خدا

با درود فراوان خدمت دوستان عزیز

پوزش فراوان می طلبم از دوستان به خاطر تأخیر در ارایه‌ی مطلب.

در جلسه ی گذشته در مورد لیگ ربات‌های فوتبالیست دانش آموزی و برخی قوانین آن توضیحاتی داده شد. این جلسه نیز به تشریح ساختار فنی یک ربات فوتبالیست دانش آموزی می‌پردازیم.

همانطور که در جلسه ی پیش گفته شد، در کف زمین مسابقه، یک طیف رنگی از سفید تا سیاه بین دو دروازه کشیده شده است. به کمک این طیف می توان جایگاه تقریبی ربات را در زمین مسابقه پیدا کرد. اما چگونه؟


 

 یك سیستم مكان‌یابی تقریبی





یک سنسور مادون قرمز معمولی به همراه یک فرستنده ی مادون قرمز در زیر ربات به گونه‌ای تعبیه می شود كه نوری كه از فرستنده ساتع می‌شود، پس از برخورد با زمین به گیرنده مادون قرمز برسد. (مشابه حالتی كه در ربات مسیریاب سنسورها همراه با فرستنده مادون قرمز در زیر ربات تعبیه می‌شوند). سپس با اندازه گیری ولتاژ خروجی مدار گیرنده توسط ADC ِ میكروكنترلر( سیم خروجی مدار گیرنده به یكی از ADCها وصل می‌شود)، می‌توان میزان نوری كه از سطح زمین مسابقه بازتاب می‌شود را اندازه گیری كرده و با توجه به طیف رنگی موجود، مكان تقریبی ربات در زمین مسابقه را تعیین نمود. یافتن موقعیت مكانی ربات در زمین مسابقه، به ربات كمك می‌كند تا در موقعیت‌های مختلف، تاكتیك‌های مناسب‌تری را اتخاذ كند. مثلاً وقتی كه ربات به نزدیك دروازه‌ی تیم مقابل رسیده است، بهترین راهكار برای گل زدن این است كه به طرف دروازه با تمام قدرت شوت كند، اما وقتی ربات هنوز به نیمه‌ی زمین حریف نرسیده است، شوت كردن توپ ممكن است راهكار مناسبی برای گل زدن نباشد و بلعكس لازم باشد كه ربات سعی كند دروازه‌ی خود را از خطر حمله‌ی تیم مقابل محافظت كند.



 روش‌های پیدا كردن توپ





با توجه به این كه توپ این بازی یك منبع نور مانند لامپهای رشته‌ای معمولی یا آتش است، ساده‌ترین راه برای تشخیص توپ، همان سیستمی است كه در جلسه‌ی پنجم برای پیدا كردن آتش در ربات آتش نشان معرفی شد كه در ادامه مختصراً تشریح می‌شود. سیستم حركتی ربات به صورت دیفرانسیلی یا همان تانكی است. ربات در حالت عادی وقتی هنوز توپ را تشخیص نداده است، با متوقف نمودن یك موتور، به دور خود می‌چرخد. یكی سنسور نوری معمولی در قسمت جلوی ربات و به سمت روبرو، بر روی آن نصب می‌شود. با یك دور چرخش ربات به دور خود، این سنسور قادر خواهد بود كل زمین مسابقه را پوشش دهد. با توجه به اینكه تنها منبع نوری در زمین مسابقه همان توپ است، پس هرجا كه سنسورِ جلوی ربات، نوری را دریافت كند، به این معنی خواهد بود كه توپ در راستای مقابل ربات قرار دارد؛ و در نتیجه ربات باید چرخش خود را متوقف كند و با روشن نمودن هر دو موتور مستقیم در همان راستا به طرف توپ حركت كند. تصاحب توپ، اولین گام برای حمله به سمت دروازه‌ی تیم مقابل است، و تیم‌ها به این موضوع توجه ویژه‌ای نشان داده‌اند، از همین رو روش‌های متفاوتی برای این موضوع تا كنون كشف و مورد استفاده قرار گرفته است. روشی كه در بالا شرح داده شد الگوریتم بسیار ساده‌ای است كه طبیعتاً كارایی بالایی هم ندارد و در حال حاضر كمتر تیمی با این الگوریتم در مسابقات حاضر می‌شود. بزرگترین مشكل این روش، سرعت پایین آن برای تشخیص توپ و سپس به تصاحب درآوردن آن است. در ادامه با ساختاری آشنا خواهیم شد كه كارایی بسیار بالاتری نسبت به این سیستم دارد و در حال حاضر یكی از متداول‌ترین سیستم‌هایی است كه در مسابقات مورد استفاده‌ی تیم‌های مختلف قرار می‌گیرد.

در این ساختار، سیستم حركت ربات به صورت چهار جهته (Omni Directional) است و ربات هیچگونه حركت چرخشی‌ای ندارد، و همواره در هر شرایطی، جلوی ربات به سمت زمین تیم مقابل است. همانطور كه می‌دانیم، وقتی سیستمِ حركت ربات چهار جهته باشد، ربات بدون اینكه نیاز به چرخش داشته باشد، می‌تواند به هر سمتی كه نیاز است حركت كند. در ادامه به دو سوال زیر در مورد این سیستم پاسخ می‌دهیم:

1- روبات چگونه توپ را تشخیص می‌دهد؟

2- روبات چگونه توپ را به تصاحب خود در می‌آورد؟

در این سیستم، بر دور تا دورِ ربات، سنسور‌های نوری به طوری تعبیه می‌شوند كه ربات بتواند بدون چرخش، تمام نقاط زمین را زیر پوشش قرار دهد. در این سیستم ممكن است ده‌ها سنسور نوری معمولی در دور تا دور ربات نصب شود تا به این طریق بتوان مطمئن شد كه تمام زمین زیر پوشش چشم‌های ربات قرار می‌گیرد. این سنسورها همگی به میكروكنترلر كه پردازنده‌ی مركزی ربات است متصل شده‌اند. به محض اینكه هر كدام از این سنسور‌ها، نوری دریافت كنند، میكروكنترلر با توجه به محل نصب سنسور بر روی بدنه ربات، جایگاه توپ را در زمین مسابقه مشخص می‌كند. مثلاً اگر سنسوری كه در سمت چپ ربات نصب شده است نوری را از توپ دریافت كند، پردازنده تشخیص می‌دهد كه توپ در سمت چپ ربات واقع شده است.

در شكل زیر نحوه‌ی نصب سنسور‌های نوری بر روی بدنه‌ی ربات نشان داده شده است.



همان‌طور كه می‌بینید، سنسورهای نوری در یك محفظه‌ی تیره رنگی قرار گرفته‌اند كه نور فقط از روبه‌رو می تواند وارد این محفظه شود و به سنسور برسد، در حقیقت این كار زاویه‌ی دید سنسور را محدودتر می‌كند. به نظر شما دلیل این عمل چیست؟

اما پیدا كردن توپ در زمین مسابقه، مرحله‌ی اول كار است، در مرحله‌ی بعدی ربات باید سعی كند به سمت توپ حركت كند و آن را به تصاحب خود در بیاورد.
همان‌طور كه گفته شد، همواره جلوی ربات باید به سمت زمین تیم مقابل باشد و ربات هیچ‌گونه حركت چرخشی‌ای ندارد. در نتیجه ربات برای تصاحب توپ در هر شرایطی، باید سعی كند خود را به پشت توپ برساند، و سپس با حركت رو به جلو باید توپ را همراه با خود تا زمین تیم مقابل حمل كند تا بتواند در فاصله‌ی مناسبی از دروازه‌ی حریف، توپ را به سمت آن شوت كند. در ادامه ابتدا با مكانیزمی آشنا می‌شویم كه ربات بتواند به كمك آن و بدون اینكه توپ را از خود جدا كند، آن را جابجا كند. سپس با مكانیزم دیگری آشنا خواهیم شد كه امكان شوت كردن توپ را برای ربات فراهم می‌سازد. برای طراحی و استفاده از این مكانیزم‌ها قوانین دقیق و محدودیت‌هایی در دفترچه‌‌ی قوانین ذكر شده است كه به آن‌ها نیز خواهیم پرداخت.

به دوستان عزیز پیشنهاد می‌كنم برای آشنایی بیشتر با این ربات‌ها و مسابقات آن‌ها، از اینترنت كمك بگیرند و از طریق سایت‌های جستجوگر، فیلم‌ها و عكس‌هایی در این مورد پیدا كنند و ببینند. این امر به درك بهتر موضوعات مطرح شده در جلسات ما بسیار كمك می‌كند.

حال اولین سوالی كه مطرح می‌شود این است كه در حالت كلی روبات چه نیازی به چنین سیستمی دارد(منظور سیستم نگهدارنده توپ و شوت زننده)؟

همان‌طور كه می‌دانید، یكی از مهمترین قابلیت‌های یك بازیكن فوتبال، توانایی او در حفظ توپ یا به اصطلاح پا به توپ بودن اوست. این موضوع در رقابت ربات‌ها هم به همین اندازه اهمیت دارد و رباتی كه توانایی بیشتری در حفظ توپ داشته باشد، صاحب موقعیت‌های بیشتری در زمین خواهد شد و در نتیجه می تواند بهتر بازی كند.

اما چگونه می توان برای ربات چنین سیستمی طراحی كرد؟

برای پاسخ به این سوال ابتدا باید به قوانین این لیگ مراجعه كرد تا از محدودیت‌هایی كه برای استفاده از چنین سیستم‌هایی وضع شده است مطلع شویم. بند زیر ترجمه‌ایست از قانونی كه فدراسیون جهانی روبوكاپ برای حركت توپ در مسابقات این لیگ وضع كرده است.

حركت توپ:

1- یك ربات نمی‌تواند توپ را نگه دارد.
تذكر: نگه داشتن توپ به این معناست كه رباتی كنترل كامل توپ را از طریق حذف تمام درجات آزادی توپ در دست گیرد. مثلاً متصل كردن توپ به بدنه روبات، احاطه كردن توپ توسط بدنه‌ی ربات و مانع شدن از دسترسی ربات‌های دیگر، چرخاندن و یا به دام انداختن توپ توسط هر كدام از اجزای بدنه‌ی روبات. زمانیكه ربات در حركت است، در صورتیكه چرخش توپ متوقف شود و یا در جلوی ربات نچرخد، می‌تواند نشان دهنده‌ی این باشد كه توپ به دام افتاده است.

2- توپ نمی‌تواند زیر بدنه‌ی ربات نگه داشته شود.

3- در تمامی زمان‌ها توپ باید قابل دیدن باشد.

4- ربات‌های دیگر باید به توپ دسترسی داشته باشند.

5- تنها استثنا برای نگه داشتن توپ، استفاده از استوانه‌ای چرخشی است كه به توپ چرخش به عقب می‌دهد تا توپ را روی سطح خود نگه دارد.


همان‌طور كه می بینید برای طراحی چنین سیستمی قوانین بسیار سخت گیرانه‌ای وضع شده است تا از اختلال‌های احتمالی در تقابل سیستم‌های مختلف با یكدیگر جلوگیری شود؛ و در حقیقت فقط یك شیوه برای حفظ توپ قابل طراحی و استفاده است كه در ادامه تشریح مكانیزم آن خواهیم پرداخت.

مبنای فعالیت این مكانیزم این است كه با اعمال نیرویی به توپ، آن را در جهتی به دوران در می‌اورد كه باعث می‌شود توپ به سمت خود ربات هدایت شود. به شكل زیر نگاه كنید:

 


 


این شكل، تصویری شماتیك از مكانیزم سیستم حفظ توپ یك تیم حرفه‌ای است كه این مكانیزم را ابتدا در نرم افزارهای حرفه‌ای طراحی جامدات طراحی كامپیوتری كرده‌اند. اگر این استوانه در راستایی كه در شكل نشان داده شده است بچرخد، توپی كه با آن در تماس است به سمت خود استوانه متمایل می شود و در نتیجه همواره با نیروی مناسبی متمایل به سمت خود ربات است. در این سیستم توپ همواره در حال دوران است و در مواقعی كه ربات ثابت است، توپ بر روی زمین سر می‌خورد تا بتواند دوران داشته باشد.
رباتی كه در تصویر می‌بینید به این سیستم مجهز شده است:

 

 


 
همان‌طور كه گفته شد، این سیسنم تنها سیستم مجاز برای حفظ توپ در زمین مسابقه است. برای طراحی چنین سیستمی، نیاز به یك موتور مجزا با سرعت چرخش زیاد (rpm بالا) داریم كه بتواند با سرعت بالایی توپ را بر روی زمین بچرخاند.

ربات به وسیله‌ی این سیستم نسبتاً ساده، می تواند توپ را به هر نقطه از زمین مسابقه جابجا كند و اگر این مكانیزم دقیق طراحی شود می‌تواند توپ را حتی در هنگامی كه ربات با سرعت زیاد به سمت عقب حركت می‌كند هم حفظ كند. كاربرد این مكانیزم فقط محدود به ربات‌های دانش‌اموزی نیست و تقریباً در تمام سطوحِ ربات‌های فوتبالیست این سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر تصویر ربات یكی از مطرح‌ترین تیم‌های حاضر در لیگ ربات‌های فوتبالیست دانش‌جویی سایز كوچك است كه با همین سیستم حفظ توپ می‌كند.

 

 


 
در جلسه‌ی آینده با مكانیزم دیگری آشنا خواهیم شد كه به ربات قابلیت شوت زدن را می‌دهد و مبنای كار آن آهنرباهای الكتریكی است. همچنین با مدارات الكترونیكی و سیستم‌های كنترل قدرت در آن آشنا خواهیم شد.
در انتها از تمامی دوستانی كه نظرات خودشون را با ما در میان گذاشته‌اند صمیمانه تشكر و قدر دانی می‌كنم و اگر هنوز به سوالات و نظراتشان پاسخ داده نشده است پوزش فراوان می‌طلبم، انشاالله به زودی نظرات به نمایش در خواهند آمد.