سلام
سلام این وبلاگ منتفی شد وبلاگ جدید:
+ نوشته شده در سه شنبه نوزدهم بهمن 1389ساعت 23:18 توسط مهدی حسین زاده بحرینی
|
| تبليغات | X |
مقالات روباتیک
2سرعت مناسب که مواردی مانند وزن وموتوروولتاژ بستگی دارد
3سیم دسته کنترل بلند باشد.
4داشتن شوت کننده
راستی نقشه ی بورد شوتر این جلسه اشتباه بود
برای جلسه ی بعد:1 روبات فوتبالیست می سازید2 برد تعقیب نور را لحیم کرده
دلايل خود را درباره اختراع ربات هوشمند مينياب توضيح دهيد.
از آنجا كه كشور ايران از نظر زمينهاي مينگذاري شده جزو 3 كشور اول دنياست، هر ساله به علت انفجار مينها تعدادي از هموطنانمان جان خود را از دست ميدهند. در سالهاي اخير تمامي مراكز پژوهشي و دانشگاهي، مسابقاتي را در زمينه روشهاي مينيابي و خنثي كردن آن برگزار ميكنند.
به همين دليل، من نيز ربات هوشمند مينياب را طراحي كردهام كه پاكسازي و مينگذاري مناطق مورد نظر بدون نياز به نيروي انساني امكانپذير خواهد بود.
ويژگي اين ربات چيست؟
اين ربات قابليت كشف، خنثي و دوباره مينگذاري كردن ميادين را داراست. به اين ترتيب كه ربات در مرحله نخست مين را كشف و در مرحله دوم آن را خنثي ميكند. در پايان نيز عمليات مينگذاري دوباره اجرا ميشود. همچنين در اين ربات براي تشخيص مينها از 5 مدل سنسور استفاده شده است.
از ديگر ويژگيهاي اين ربات، داشتن مدار سينتيساندر است كه جلوگيري از تداخل فركانس و پيدا كردن فركانس از قابليتهاي اين مدار به شمار ميآيد. همچنين اين ربات به دليل داشتن موقعيتياب محلي به وسيله يك آيسي قطبنما مكان و حالت جغرافيايي خود را فراموش نميكند.
درخصوص چگونگي عملكرد ربات توضيح دهيد.
ابتدا ربات با نوعي پردازشگر زمين را پردازش و نقشه مينهاي داخل زمين را به صورت مختصات جغرافيايي اعلام ميكند سپس ربات مينهاي علامتگذاري شده در نقشه را پيدا و پس از شناسايي با زدن يك پرچم كوچك در كنار آن مين موجود در زمين را مشخص ميكند. در پايان پس از عبور افراد از ميادين مين و برداشتن پرچمها، مينها در زمين دوباره فعال ميشوند.
اين ربات در سطح صنعتي با چه قيمتي قابل توليد است؟
هر دستگاه با قيمت 3 ميليون تومان قابل توليد است.
به گزارش ايسنا ، دكتر عليرضا هادي، مديرعامل شركت سازنده اين ربات گفت: ربات بازرسي شبكههاي فاضلاب كه خاصيت ضد آبي دارد، ميتواند داخل شبكه هاي فاضلاب را بازرسي و تصويربرداري كرده و يك سري پارامترهاي سنسوري از قبيل شيب، دما و فشار را اندازهگيري كند.
وي افزود: اين ربات با هدف بازرسي در مكانهايي كه امكان حضور انسان براي تشخيص خرابي يا گرفتگي لوله نيست ساخته شده و با استفاده از دوربيني كه بر روي اين ربات نصب شده و قادر به فيلمبرداري از داخل لوله و در صورت نياز اپراتور و عكس برداري از قسمتهاي تخريب شده ميباشد .
دكتر هادي در مورد اندازه اين ربات عنوان كرد: ربات بازرسي داخل لوله به صورت مكعب مستطيل به قطر 20 سانتيمتر و طول 60 سانتيمتر ميباشد.
وي تصريح كرد: در گذشته زماني كه لولهاي دچار خرابي ميشد بر اساس حدس و گمان و در مواردي تجربه محلي را تخريب ميكردند، ولي با گذشت زمان نمونه خارجي اين رباتها وارد ايران شد كه بسياري از شركتهاي آب و فاضلاب كلانشهرها داراي آن هستند و به علت گران قيمت بودن آن شركتهاي استاني از وجود اين ربات بيبهره هستند.
دكتر رهايي خاطرنشان كرد: هزينه پرداختي براي اين ربات بازرسي، يك پنجم مشابه خارجي آن است و از اين رو شركتهاي آب و فاضلاب استاني ميتوانند از آن استفاده كنند.
وي افزود: در همين راستا محصول ديگري متناسب با نياز بازار به عنوان ربات بازرسي چاههاي عميق آب با هدف بازرسي چاهها، ديواره چاهها و وضعيتش از نظر رسوب گرفتگي و استهلاك در همين مجموعه براي نخستين بار در ايران طراحي و ساخته شد كه يك نمونه صنعتي آن در شركت آب و فاضلاب روستايي استان لرستان مورد استفاده قرار ميگيرد.
محققين در حال ساخت دو روبات هستند که قابليت رد و بدل کردن اطلاعات را دارند. اين رويداد آخرين ابتکاريست که شيوه هاي آموزش بشر را در سيستمهاي روباتيک اعمال مي کند. در اين پروژه به صورت خاص بر روي يادگيري معاني کلمات تمرکز مي شود.
توني بلپيم يکي از محققان اين پروژه گفت: روباتها هنوز قادر به درک مفاهيم نيستند اما تنها استفاده از فنون رياضي و آمار در ايجاد پاسخ در آنها موثر بوده است. براي مثال موتورهاي جستجو بدون هيچ درکي از مفهوم موضوع مورد جستجو، تنها لغات موجود درصفحات وب را با لغات جستجو شده انطباق مي دهند که اين روش به صورت شگفت انگيري در يافتن صفحات مناسب، کارآمد است.
اولين سري اين روباتها با گردنهايي بلند و با سري که در آن ميکروفن، بلندگو و دو دوربين به عنوان چشم کار گذاشته شده طراحي شده اند تا بتوانند اشارات و حرکات انسان را به خوبي ديده و مفهوم آنها را درک کنند.
بر اساس گزارش The Engineer، محققين اميدوارند بتوانند از دانش و شيوه روانشناسان براي آموزش زبان به کودکان در جهت آموزش به روباتها استفاده کنند. براي تسريع در آموزش آنها تصميم دارند که چند روبات را همزمان آموزش داده و سپس آنها را در کنار يکديگر قرار دهند تا بدون حمايت و دخالت انسانها آنچه آموخته اند را به يکديگر آموزش دهند. روباتها از طريق ارتباط اينترنتي با يکديگر تبادل اطلاعات خواهند کرد.
هدف اصلي يادگيري مفاهيم، اسامي، معني کلمات و ارتباط اين معاني با يکديگر است و روباتها بعد از آموزش توسط يک بازي ساده آزموده خواهند شد.
اين روبات شبه انسان كه «ربو ــ Q» نام دارد تنها 4/3 سانتيمتر قد دارد و ساخت شركت ژاپني توليد كننده اسباب بازي تومي است.
نمايشگاه اخير تحت عنوان «ربو ژاپن 2008» به مدت سه روز در يوكوهاما دائر خواهد بود.
كوچكترين روبات جهان به اندازه انگشت شست و داراي دو پا است كه ميتواند مانع را شناسايي كرده و از طريق ابزار ساخته شده در حسگرهاي مادون قرمز رديابي كند.
همچنين با استفاده از يك دستگاه كنترل از راه دور ميتواند مانند يك فوتباليست بازي كند.
اين اسباب بازي روباتيك تا بهار سال آينده وارد بازار ژاپن خواهد شد و پس از آن به زودي در بازارهاي آسيايي عرضه ميشود.
گسترش كاربرد رباتهاي انسان نمايي كه ساخته بشر بوده و تنها از او فرمان ميبرند، در زمينههاي مختلف زندگي، آنها را به موجودات جايگزين تبديل كرده است و حضور آنها را در زمينههاي تحقيقاتي و صنعتي كه امكان حضور انسانها وجود ندارد در مقايسه با گذشتهاي نه چندان دور كه رباتهاي انسان نما براي نخستين بار طراحي و ساخته شدند به مراتب افزايش داده است. محققان كشورمان نيز براساس فناوريهاي بومي كشور براي نخستين بار در سطح خاورميانه رباتي انسان نما را طراحي كردهاند كه به عنوان يكي از طرحهاي برتر در بخش پژوهش توسعهاي نهمين جشنواره جوان خوارزمي شناخته شده است.
اين طرح در واقع شامل طراحي و ساخت رباتي دوپا و راه رونده با ارتفاع 100 سانتيمتر است كه ميتواند برخي حركات و فعاليتهاي انسان مانند راه رفتن و چرخيدن به طرفين را انجام دهد و توانايي دريافت، تشخيص و اجراي دستورات ديداري مانند حركات پانتوميم، اشاره به چپ و راست و همچنين برخي دستورات شنيداري مانند دستور به جلو رفتن و ايستادن را داشته باشد.
محققان به منظور افزايش ميزان شباهت ميان روباتها و انسانها، سري روباتيک را طراحي و توليد کرده اند که توانايي تقليد خصوصيات چهره انسان را داشته و مانند انسانها با استفاده از اين خصوصيات قادر به برقراي ارتباط خواهد بود.
به گفته مهندسان روباتيک دانشگاه بريستول، اين سر روباتيک که جولز ناميده مي شود، قادر است حرکات صورت و لب را مشابه انسانها تقليد کند.
اين روبات داراي پوستي قابل انعطاف بوده که 34 موتور کوچک وظيفه حرکت دادن آن را به عهده دارند. براي ايجاد توانايي تقليد روبات از انسان، حرکات صورت انسان توسط دوربيني تصوير برداري شده و سپس اطلاعات آن به موتورهاي کوچکي که در پوست جولز قرار دارند وارد شده است.
پس از آن محققان با استفاده از نرم افزاري خاص، تصاوير را به صورت فرمانهاي الکترونيکي در موتورها آزاد کرده و موفق به ايجاد حرکات طبيعي صورت انسان در روبات شدند. روبات جولز همچنين توانايي تقليد از گريه و خنده انسان را نيز دارد.
به گفته متخصصان جولز اولين روباتي است که خصوصيات چهره انساني را به خود اختصاص داده و قادر به شبيه سازي آنهاست. به دليل اينکه ارتباطات انساني به ميزان زيادي به بيان احساسات از طريق حرکات صورت وابسته است، روباتهايي که بتوانند چنين خصوصياتي را شبيه سازي کنند از کاربرد بيشتري برخوردار خواهند بود.
بر اساس گزارش بي بي سي، مهندسان سازنده اين روبات، بر اين باورند که روباتهايي که توانايي تقليد از خصوصيات انسان را دارند، در آينده و در بسياري از زمينه ها از جمله خدمات درماني مانند پرستاري کاربرد فراواني خواهند داشت.
استفاده از روباتهاي زميني و دريايي بدون سرنشين طي دهه هاي اخير در زمينه هاي مختلف نظامي به منظور افزايش ايمني انسانها با گسترش چشمگيري روبرو شده است.
جديدترين نمونه هاي روباتهاي نظامي توسط شرکت TALON توليد شده است که روباتي متحرک بوده و "Dragon Runner " نام گرفته است. اين روبات بسيار سبک و قابل حمل بوده و توانايي تغيير سريع از وضعيت اکتشافي به وضعيت خنثي کنندگي انواع بمب ها را خواهد داشت.
در عين حال اين روبات توانايي بالا رفتن از موانعي مانند پله، حرکت بر روي لوله ها و باز و بسته کردن درها را داشته که اين توانايي استفاده از Dragon Runner را در محيطهاي شهري در کنار محيطهاي خشن و دور افتاده ممکن خواهد کرد.
وزن قابل حمل توسط Dragon Runner ده کيلوگرم بوده و اين روبات مي تواند با استفاده از بازوي پيچيده و مچ قوي خود بسته هاي مورد نياز حاوي لوازم ضروري سربازان را به آنها منتقل کند.
بر اساس گزارش گيزمگ، دوربينهاي حساس و حسگرهاي صوتي مجهز به حالتهاي مکانيکي و ديجيتالي در اين روبات توانايي اعلام هشدارهاي ناگهاني را داشته و انعطاف پذيري آنها را نسبت به محيط افزايش مي دهد.
شرکت TALON از زمان توليد اوليه اين روباتها در سال 2000 ميلادي تاکنون بالغ بر دو هزار نوع از آنها را توليد کرده است که در زمينه هاي مختلف نظامي مورد استفاده قرار گرفته اند.
به گزارش واحد مرکزي خبر، عقيل يوسفي کما، عضو هيئت علمي دانشگاه تهران ،ربات هاي انسان نما را نمادي از پيشرفت هرکشور در ساخت ربات اعلام کرد و گفت:آزمايشگاه وسايل نقليه پيشرفته دانشکده مکانيک براساس سفارشي که 4 ماه پيش از انجمن مراکز تحقيق و توسعه صنايع و معادن دريافت کرد، مراحل ساخت ربات انسان نماي پيشرفته اي را در مدت 2 سال برنامه ريزي کرد.
رئيس مرکز وسايل نقليه پيشرفته دانشکده مکانيک افزود: در مرحله نخست ربات کنوني با قابليت حرکت هوشمند بر روي خطوط به کمک پرتوي فرو سرخ و کنترل از راه دور، گفتن جملات پيش بيني شده و حرکت دست و سر ، ساخته شد .
وي اضافه کرد :همچنين براساس برنامه و با جذب بودجه لازم تا يک سال آينده اين ربات قادر به بالا رفتن از پله و گام برداشتن خواهد بود و در پايان دو سال شنوايي و بينايي نيز به ربات اضافه مي شود.
يوسفي کما اهميت و دشواري اين طرح در مقايسه با ربات هاي کوچک را استفاده از موتورها و سروهاي ويژه (servo) و همچنين پايداري ربات ذکر کرد و گفت: مرحله بعدي کار اضافه کردن توانايي نشست و برخاست و حرکت پيشرفته شبيه به انسان خواهد بود.
وي افزود: قرار است سورنا در همايشي که 24 آذر به همت انجمن مراکز تحقيق و توسعه صنايع و معادن کشور برگزار شود خود را معرفي کند.
حميد طاهباز توکلي، نيزهدف از پشتيباني انجمن از اين طرح را استفاده از توانمندي و خلاقيت جوانان و نخبگان کشورمان و نيز توسعه بخش هاي تحقيق و توسعه 67000 واحد صنعتي سراسر ذکر کرد
دبير انجمن مراکز تحقيق و توسعه صنايع و معادن کشور افزود: با تکميل شدن اين طرح در سال 1390، پيش بيني مي شود اين ربات بتواند مديريت همايش را به عهده بگيرد.
سورنا نام يک سردار ايراني بوده است که با سپاهيان کراسوس رومي جنگيده است.
منابع و صنایع دریایی نفش و تأثیر مهمی در زندگی انسانها دارند. به همین دلیل مطالعه و بررسی بسیاری از مسائل مهندسی، زیستشناسی، تجاری و نظامی مرتبط با دریا، همواره مورد توجه محققان بودهاست. با توسعه و گسترش صنایع دریایی و علوم مرتبط با دریا، امروزه برای انجام بسیاری از کاربردهای کشف و استخراج منابع زیرآبی، بازرسی و جمعآوری اطلاعات زیست محیطی و تحقیقاتی و نیز نصب، تعمیر و نگهداری سازههای ساحلی و دریایی، بهکارگیری تکنولوژیِ خاص و جدیدی برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون پیش آمده، ضروری مینماید. استفاده از وسائل و ابزارآلات مهندسی که قابلیت به کارگیری در اعماق آب را دارند و کاربریهای متنوع در فضا و بستر دریا را ممکن میسازند، چنان در سالهای اخیر توسعه و گسترش یافته که توانایی بشر را در بررسی، تحقیق و کار در اعماق دریا، به شدت متحول نمودهاست. در بسیاری از صنایع مختلف و گوناگون، استفاده از تجهیزاتی که بتوان آنها را بدون حضور مستقیم نیروی انسانی و از راه دور هدایت و کنترل نمود، کاربردهایی فراوانی یافتهاند و در بسیاری از موارد به جزء جدانشدنیِ کاربردهای تجاری و صنعتی بدل گشتهاند، به گونهای که انجام بسیاری از پروژههای مهندسی و تحقیقاتی بدون آنها امکانپذیر نیست. این تجهیزات شامل رباتها و بازوهای مکانیکی هستند که قابلیت انجام عملیات از پیش برنامهریزی شده و نیز اجرای فرامین لحظهای کاربر را به نحوی مناسب و دقیق، دارند. در صنایع زیردریایی بنا به دلایلی که گفته شد، استفاده از تکنولوژی رباتیک در سالهای اخیر توسعه و گسترش فراوانی یافته و در بسیاری از شاخههای علوم و مهندسیِ دریا نقش مهم و اساسی پیدا نمودهاند. بهبود و افزایش کارایی این تکنولوژی نیازمند افزایش مطالعات مهندسی بر روی تمامی انواع و اجزای سیستمها و رباتهای زیرآبی، جهت انجام عملیات پیچیدهتر و فرامین متنوعتر است. به این منظور حجم عظیمی از مطالعات و تحقیقات مهندسی در سراسر جهان و در رشتهها و تخصصهای متفاوت بر این موضوع متمرکز شدهاند.
یک وسیلهٔ نقلیهٔ پویشگرِ قابل کنترل از راه دور (ROV) زیردریایی، «ربات زیرآبی است که به اپراتور این امکان را میدهد که این وسیله را در اعماق آب کنترل و هدایت کند و از طریق اعمال فرامین عملیات مورد نظر را از طریق تجهیزاتِ ربات، انجام دهد»، که اختصارا «ربات زیرآبی» خوانده خواهد شد. رباتهای زیرآبی در اندازهها و ابعاد متفاوت و با گسترهٔ متنوعی از تکنولوژیها و امکانات در سالهای اخیر طراحی، ساخت، آزمایش و بهکارگیری شده و حتی در برخی موارد به تولید صنعتی رسیدهاند. انواع این رباتها از نمونههای کوچک و سادهای که صرفاً مجهز به دروبین فیلم برداری کوچکی هستند تا گونههای پیشرفته و بسیار پیچیدهای که در اعماق بیش از شش هزار متری دریا امکان انجام عملکردهای متنوع و متعددی را دارند، شامل میشوند. اجزای ربات زیرآبی که توسط کابل ارتباطی به اپراتور واقع در سطح دریا متصل است، عبارتاند از سیستم هدایتی جهت کنترل ربات، سیستم رانش، سیستم به آبانداختن، منابع تامین قدرت و کابل ارتباطی که توان لازم جهت عملکرد پروانهها و نیز دستورات و سیگنالهای کنترلی را به ربات و دادههای تولید شده توسط حسگرها را به اپراتور در سطح دریا منتقل میکنند. در اغلب موارد این کابل شامل غلاف مقاومی است که آن را در برابر بارهای وارده و نیز برخوردهای احتمالی با اجسام واقع در زیر آب و پارگی و خرابی ناشی از آن، محافظت میکند. رباتهای زیرآبی، میتوانند دارای تجهیزات متفاوتی باشند که از دوربین تلویزیونی کوچک، که جهت مشاهدات ساده به کار میروند تا مجموعههای پیچیدهای از ابزارآلات مانند بازوهای مکانیکی ماهر متنوع و قدرتمند، دوربینهای تلویزیونی و ویدئویی و دیگر ابزار و وسایل پیشرفته را در بر میگیرد.
امروزه رباتهای زیرآبی پیشرفتهای ساخته شدهاند که بدون استفاده از کابل، امکان هدایتشان در اعماق دریا وجود دارد.این گونه از رباتهای زیرآبی را «ربات خودکار زیرآبی(AUV)» مینامند که جهت جستجو در اعماق اقیانوس و انجام مطالعات اقیانوسشناسی و نیز مصارف نظامی، کاربردهای فراوانی دارند. در عین حال که اغلب تکنولوژی طراحی و ساخت رباتهای زیرآبی با قابلیتها و تواناییهای متنوع، بسیار گران قیمت و پرهزینهاست اما در سالهای اخیر تلاشهایی نیز برای ساخت رباتهای زیرآبی با صرف هزینهٔ پایین صورت پذیرفتهاست.
== کاربردهای رباتهای زیرآبی ==
امروزه رباتهای زیرآبی بخش جداناشدنی صنایع و علوم دریایی هستند. در حال حاضر این رباتها بخش بسیار مهم و قابل اعتمادی از صنایع ساحلی و فراساحلی میباشند که توسط نهادهای تجاری، دولتی، نظامی و دانشگاهی مورد استفاده قرار میگیرند.رباتهای زیرآبی مدرن، امروزه طیف متنوعی از وظایف محوله را، از بازرسیِ محیطهای خطرناک درون راکتور هستهای گرفته تا تعمیر تأسیسات *پیچیدهٔ زیردریاییِ صنایع نفت و گاز، به انجام میرسانند. عموماً رباتهای زیرآبی جهت انجام ماموریتهای زیر به کار میروند: مشاهدات زیردریایی: جهت کمک و حصول اطمینان از ایمنی و سلامت غواص، مطالعات متنوع و جمعآوری اطلاعات مربوط به محیط زیست و شیلات، دریاشناسی و اقیانوسشناسی،
موارد بالا فقط کاربردهای دریایی رایج را شامل میگردند در حالی که عملکرد این رباتها به موارد بالا محدود نبوده و کاربردهای فراوان و متنوع دیگری را نیز شامل میگردند که در ادامه مورد بحث قرار خواهند گرفت.
از آنجا که درصد بالایی از منابع نفت و گاز جهان در دریاواقع هستند، استفاده از رباتهای زیرآبی در این زمینه کاربردهای فراوانی دارند، چنان که میتوان گفت مهمترین و وسیعترین کاربرد رباتهای زیرآبی در سراسر جهان، در صنایع نفت و گاز جهت انجام عملیات اکتشاف و استخراج نفت و گاز است. از اواسط دهه هفتاد تکنولوژی رباتهای زیرآبی کمکهای وسیعی به عملیات جستجوی منابع انرژی زیرزمینی در دریا نمودهاند. در حال حاضر چنین ماموریتهایی توسط رباتهای زیرآبی با قدرت و اطمینانپذیری بالا در اعماق بیش از ۲۵۰۰ متری انجام میشوند. امروزه عملیات حفاری جهت استخراج نفت و گاز در آبهای کمعمق گرفته تا اعماق بسیار زیاد دریا - ۱۵۰۰ متری - صورت میپذیرند که رباتهای زیرآبی امکان پشتیبانی از کلیهٔ اجزای حفاری را داشته و در تمامی مراحل نصب و ساخت، بازرسی و نگهداری و نیز تعمیر و دیگر فعالیتهای مربوطه به کار میروند. بیش از شصت درصد رباتهای زیرآبی جهان در صنعت نفت و گاز فعالیت میکنند و اغلب در عملیات حفاری مشارکت میکنند. سیستمهای به کار گرفته شده در این پروژهها قابلیت کار در عمق ۳۰ متری تا ۳۰۰۰ متری را دارند. لذا امکان استفاده از تمامی انواع رباتهای زیرآبی موجود، در این صنعت وجود دارد. علاوه بر صنایع نفت و گاز، رباتهای زیرآبی در نصب و نگهداری سکوها، سیستمهای زیردریایی، نصب، حمل و نگهداری و به کاربری خطوط جریانی، سیمها و کابلهایهای خطوط مخابراتی نیز نقش مهمی دارند. رباتهای مشاهدهگر نوعا در آبهای کم عمق یا بسترهای پوشیده از درخت و گیاه کاربرد دارند. رباتهای سنگین و قدرتمند اغلب در آبهای عمیقتر، مناطقی با جریانهای زیرآبی قوی و زیاد به خصوص هنگامیکه استفاده از تکنولوژی و ابزارهای نوین و پیشرفته، بازوهای مکانیکی ماهر و انتقال سیال یا حمل و نگهداری بار مد نظر باشد، بهکار میروند. مشارکت در عملیات حفاری، نصب و ساخت تجهیزات صنعتی در اعماق دریا نیاز به اپراتور ماهر و دانش مهندسی پیشرفته در طراحی و ساخت ربات و نیز هدایت و ناوبریِ ربات دارد.
کاربرد نظامی رباتهای زیرآبی در آغاز به انجام عملیات جستجو و بازیابی وسایل و تسلیحات غرق شده، محدود میگشت. به مرور با افزایش سرمایهگذاری بر روی این تکنولوژی در صنعت نظامی، قابلیتهای رباتهای زیرآبی در این زمینه نیز افزایش جالب توجهی یافت. یکی از مهمترین موارد کاربرد رباتهای زیرآبی استفاده از آنها در چیدمان و نیز خنثیسازی مینهای جنگی است، که اغلب انجام آن با استفاده از شناورهای سطحی و یا غواصان سخت، مشکل و خطرناک است. استفاده از رباتهای زیرآبی میتواند نقش مهمی در طراحی استراتژیهای جنگی و تدافعی و تامین امنیت مرزهای ساحلی در زمان صلح و نیز کشف و خنثیسازی محدودهٔ آبهای سرزمینی، از مینها و همچنین تسلیحات و ادوات مستعمل به جای مانده از دوران جنگ، داشته باشد. با توجه به گسترش رباتهای زیرآبیِ خودکار، به نظر میرسد استفاده از این تکنولوژی در صنایع نظامی بسیار وسیع و مطلوب باشد. چرا که در کاربردهای نظامی اغلب مطلوب است ربات در گسترهٔ وسیع حرکت کند و از موانع متعدد گذر کند و لذا مطلوب است که ربات بدون کابل بوده و مجهز به تکنولوژیهای پیشرفتهٔ کنترل و هدایت از راه دور باشند و ضمنا بتوانند به صورت خودکار مسیر مطلوب را یافته و نیازی به منبع انرژی خارج از ربات نباشد.
ضعف تکنولوژی، محققان و دانشمندان را از تحقیق در اعماق دریاها و اقیانوسها برای سالها و تا اوایل سال ۱۸۷۰ محروم نگاه داشته بود. امروزه روشهای متعددی برای تحقیق در زیر و بستر دریا فراهم آمدهاست که از سبدهای قابل یدککشی توسط کشتی تا زیردریاییهای نفربر، از آن جملهاند. اما ورود تکنولوژی ساخت و تولید رباتهای زیرآبی مجهز به دوربینها و بازوهای مکانیکی ماهر و قدرتمند به این عرصه، امکانات قابل توجهی در اختیار محققان در زمینههای زیستشناسی و اقیانوسشناسی قرار داد. توانایی چنین رباتهایی در تهیه فیلم و عکسهای با کیفیت بسیار بالا از مکانها و محلهایی در اعماق دریا که پیش از این دست یافتن به آن غیر ممکن بودهاست، کمک منحصر به فردی به محققان این عرصه نمودهاست. نمونههای فراوانی از این گونه رباتهای زیرآبی جهت انجام امور پژوهشی و تحقیقاتی در دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی و پژوهشی دنیا طراحی و ساخته شدهاند که در فعالیتهایی نظیر:
مشارکت میکنند.
کاربردهای فراوان دیگری نیز برای رباتهای زیرآبی در غیر از محیط دریا و اقیانوس وجود دارد که در این بخش به برخی از رایجترین آنها اشاره خواهد شد. چنانکه گفته شد در بسیاری موارد رباتهای زیرآبی برای دستیابی به اعماقی که ورود به آن توسط غواص خطرناک و در برخی موارد غیرممکن است، استفاده میشوند. این رباتها در محلهایی مورد استفاده قرار میگیرند که باید به صورت مرتب مورد بازدید قرار گیرند و این امر برای غواصان سخت٬ خستهکننده و خطرناک است. مناطقی که در معرض تابش اشعههای رادیواکتیو قرار دارند یا اماکنی که امکان دید در آنها به طور کلی برای غواص وجود ندارد٬ تونلهای خطرناک و طولانیِ آبی در اطراف سدهای برزگ و عظیم٬ قرارگرفتن در جریان رودخانههای متلاطم و خروشان از جمله کاربردهای رباتهای زیرآبی در خشکی است. از دیگر موارد کاربری رباتهای زیرآبی در خشکی عبارتاند از:
باید به این نکته نیز توجه داشت که در بسیار موارد رباتهای زیرآبی به طور کامل جانشین غواص نمیشوند بلکه به عنوان نیروی پشتیبان و جهت تسهیل انجام عملیاتها و یا جهت تهیهٔ فیلم و عکس٬ استفاده از بازوهای مکانیکی٬ تامین نور و روشنایی محل و نیز اطمینان از ایمنی و سلامت محیط کاری غواص، به کار میروند.
«رباتهای زیرآبی» توسط مشخصههایی نظیر اندازه، عمق قابل دستیابی، توان مصرفی و دیگر مشخصات الکتریکی و یا الکتروهیدرولیکی٬ شناسایی و دستهبندی میگردند. در ادامه به ویژگیهای برخی از این گونهها اشاره میگردد:
این گروه شامل رباتهای زیرآبی با هزینهٔ پایین و اغلب تماما الکتریکی است که در اعماق حدود ۳۰۰ متری میتوانند فعالیت کنند. این رباتها جهت اعمالی مانند بازرسی و مشاهدات زیرآبی به کار میروند. در ضمن با تلاشهای جدید در توسعه و پیشرفت رباتهای کوچک بهبودهای قابل ملاحظهای در طراحی سیستمهای الکتریکی و تولید و انتقال قدرت آنها صورت پذیرفتهاست که باعث شده از لحاظ عملکرد، قابلیتهای کاربردی و دستیابی به اعماق بیشتر در سطح مطلوبتری نسبت به نمونههای پیشین باشند. هزینهٔ تمام شدهی این رباتها در حدود ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار دلار است. امروزه رباتهای کم هزینه به شکل وسیعی در کاربردهای علمی و پژوهشی٬ بازسازی صنایع آبی، جستجو و امداد و نجات، بازرسی از سدها، آبراهها، بنادر و کشتیها، بازرسی از راکتور هستهای و مشاهده و بازرسی از سازههای ساحلی به کار میروند. تا سال ۲۰۰۰، ۳۵ گونهٔ مختلف از این گونه رباتهای زیرآبی طراحی و ساخته شدهاند. در حال حاضر ۲۷ تولید کننده مختلف ۵۰۰ گونهٔ متفاوت از این نوع رباتها را تولید میکنند. امروزه حدود ۲۲ درصد رباتهای موجود را این دسته تشکیل میدهد.
این گروه جدید از رباتهای زیرآبی کوچک و الکتریکی که در کمتر از ۵ سال پیش متولد شدهاند، دارای هزینهٔ به نسبت بالایی – نزدیک ۵۰۰۰۰ دلار- میباشند. این رباتها از تکنولوژی جدید موتورهای الکتریکی٬ سیستم کنترلیِ قابل کاربری و هدایت توسط کاربر و سیستم انتقال دادههای مجهز به فیبر نوری استفاده میکنند. رباتهای زیرآبی الکتریکی میتوانند درعمق ۲۰۰۰ متری دریا کار کنند. توانایی انجام کارهای سنگین هنوز برای رباتهای الکتریکی ممکن نیست چرا که چین امری نیازمند سیستم راهبری و بازوهای مکانیکی و الکتروهیدرولیکی پیشرفتهاست. اما با این حال این گروه از رباتهای زیرآبی بسیاری از فعالیتهای دریایی و زیرآبی را با هزینهای پایین انجام میدهند. از این دسته رباتهای زیرآبیها به دلیل عملکرد مطلوبشان، به شکل وسیعی در حوزههای نظامی و دانشگاهی استفاده میگردند. این رباتها در مقایسه با انواعی که در صنعت نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرند از چندان پیچیدگی قابل ملاحظهای برخوردار نیستند. در ادامه به نمونههایی از رباتهای زیرآبی با قابلیتها و تواناییهای بسیار بالاتر و پیچیدهتر اشاره خواهد شد.
این دسته از رباتها امکان رسیدن به اعماق فراتر از ۴۰۰۰ متر را دارند. این رباتها جهت کوچک نگاه داشتن ابعاد (قطر) کابل ارتباطی اغلب از انرژی کمتری استفاده میکنند و بیشتر در عملیات امداد و نجات و نیز تحقیق و جستجو در اعماق اقیانوسها به کار میروند. در اینگونه ماموریتها، ربات به توان زیادی جهت مشاهده و بازرسی و حرکت در امتداد مسیر معینی نیاز ندارد. به کمک اینگونه رباتهای زیرآبی محققان این امکان را یافتهاند تا برای مدت زیاد و دفعات مکرر امکان مشاهدهٔ اعماق و بستر اقیانوسها را داشته باشند. در کاربردهای نظامی هم این رباتها جهت بازدید از بستر دریا و نیز کشف و نجات اجسام و اجساد مغروق در بستر اقیانوسها به کار میروند.
این دسته از رباتهای زیرآبی شامل رباتهایی با ویژگیهای منحصر به فردی نظیر قابلیت انجام کارهای سنگین در اعماق حدود ۲۵۰۰ متری و با توانی بالا - بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ اسب بخار- و قابلیت حمل ۵۰۰۰ کیلوگرم بار هستند که آنها را از دیگرِ گونههای رباتهای زیرآبی متمایز میکند. با توجه به نیاز روز افزون صنایع ساحلی و فراساحلی به نصب وسایل و تجهیزاتی با وزن و ابعاد بالا در اعماق دریا این گونه از رباتهای زیرآبی بزرگ قدرتمند و با قابلیت حمل و انتقال بارهای سنگین به وفور در این صنایع به کار میروند. نسل جدیدی از این گروه رباتهای زیرآبی برای استفاده در صنایع نفت و گاز که قابلیت کار در اعماقِ حدود ۳۰۰۰ متری را دارند، ساخته شدهاند که در عین دارا بودن ابعاد به نسبت کوچک به تکنولوژیهای بسیار پیشرفتهای مجهزند. جهت بالا بردن امکان کنترلپذیری و کاهش اثرات اغتشاش کابل، دارای کابلهای ارتباطی با ابعادی حداقل میباشند. آنچه این دسته از رباتهای زیرآبی را با انواع ژرفپیما متمایز میکند این است که در نوع ژرفپیما، ربات جهت کاهش ابعاد کابل وکاهش مصرف انرژی فقط امکان استفاده از توان کمی را دارد اما گونههای جدید رباتهای زیرآبی از توان بالاتری جهت انجام کارهای سنگین در اعماق بسیار زیاد استفاده میکنند. انجام عملیات جستجو و ردیابی در اعماق بیش از ۱۲۰۰۰ متر و انجام عملیات حمل و نصب قطعات در عمق ۶۰۰۰ متر طبیعتا به تکنولوژی نوین و پیشرفتهای نیاز دارد که هم چنان مد نظر طراحان و مهندسان تکنولوژی دریایی است و برخی توفیقها در آن اخیرا به دست آمدهاست و تا کنون فقط نمونههای انگشت شماری از این گونه رباتها در دنیا ساخته شدهاند.
در اغلب رباتهای زیرآبی از کابل برای انتقال توان به راهاندازها و نیز انتقال فرامین استفاده میشود و نیز دادههای حسگرها و دوربینها نیز از طریق کابل به کاربر انتقال داده میشوند. اما کابل از طرفی باعث افت انرژی شده و برای عمقهای زیاد و محدودههای عملکرد وسیع، میزان توان مصرفی را افزایش میدهد. از سوی دیگر برای انتقال توان بالا، افزایش قطر کابل سبب افزایش نیروهای هیدرودینامیکی وارده و افزایش اغتشاش وارده به سیستم میشود. لذا در بسیاری از کاربردها استفاده از رباتهای زیرآبی دارای کابل، مشکلات و محدودیتهای فراوانی دارد. تکنولوژی ساخت اینگونه از رباتهای زیرآبی که کار برروی آنها از اوایل دهه هشتاد آغاز شدهاست٬ هنوز دوران آغازین خود را میگذراند. این رباتها مجهز به سیستم کنترل و هدایت مرکزی، سیستم ارتباطی پیشرفته و سیستم تولید توان هیدرولیکی به منظور تولید انرژی لازم جهت پروانهها و دیگر ابزارها و بازوهای مکانیکی است. تاکنون در مجموع بیش از هفتاد گونهٔ مختلف از رباتهای خودکار توسط دوازده کشور ساخته شدهاست. علاوه بر انواع ذکر شده برخی دیگر از رباتهای زیرآبی متناسب با نوع کاربری طراحی و ساخته شدهاند که به عنوان مثال میتوان رباتهایی که توسط کشتی یا قایق پشتیبان به صورت یدککش بهکار میروند را نام برد که در بازرسی از خطوط لوله٬ نقشهبرداری و مشاهدات علمیکاربردهای وسیعی دارند.
امروزه به کمک روشهای پیشرفته طراحی کامپیوتر٬ طراحی رباتهای زیرآبی نیز پیشرفتهتر و دقیقتر شدهاست. بدیهی است اکنون که طراحی و ساخت رباتهای پیچیده و چند منظوره و دارای توان دستیابی به اعماق بسیار زیاد دریا و اقیانوس مورد نظر است، دستیابی به سطوح بالایی از دانش طراحی نیز لازم و ضروری خواهد بود. این رباتها باید داری انعطافپذیری مطلوبی باشند، چنان که قابلیت انجام فعالیتها و ماموریتهای متنوعی برای آنها مهیا باشد. به منظور تامین اهداف مطلوب در طراحی رباتهای زیرآبی باید دو نکته را مد نظر داشت: نوع عملکرد مورد نظر و مقدار عمقی که ربات در آن باید به کار بپردازد. علی رغم موارد بالا طراحی ربات زیرآبی باید به صورت مجموعهای واحد و با در نظر گرفتن تمامی ملاحظات طراحی لازم و مرتبط صورت پذیرد که برخی از آنها عبارتاند از:
چنان که ذکر شد رباتهای زیر آبی اجزا مختلف و متعددی دارند که عموماً شامل موارد کلی و اساسی زیر است:
در نهایت طراح با در نظرگرفتن عوامل موثر در طراحی باید مدل بهینهای برای طراحی ربات پیشنهاد کند. رباتهایی زیرآبی در نهایت به واسطهایی متصل هستند که منظور و هدف کاربر را محقق میسارند. بازوهای مکانیکی ماهر که قادر به انجام کار فیزیکی هستند٬ دوربینهای تلویزیونی، نورافکنها و دیگر لوازم رهگیری که امکان کارکرد، هدایت، مسیریابی، کنترل و ناوبری ربات را فراهم میسارند، از این جملهاند.
این قسمت ها شامل سازه مکانیکی ربات به همراه نیروی محرکه ربات می شود که مجموعاً علاوه بر شکل دهی به ربات قابلیتهای حرکتی ربات را نیز ایجاد می کنند.
سازه مکانیکی معمولاً به گونه ای ساخته می شود که همه حالاتی که ربات در آن قرار خواهد گرفت را پشتیبانی نماید. مثلاً اگر ربات شما قرار است یک وزنه 100 کیلوگرمی را جابجا نماید سازه مکانیکی ربات اولین قسمتی است که باید سازگاری کامل با این وزنه داشته باشد. وقتی می گوییم سازگاری کامل یعنی اولاً مقاومت کافی در برابر این وزن و ثانیاً شکا آن به گونه ای باشد که بتواند وزنه را به راحتی جابجا کند ممکن است در محیط محدودیتی برای روبات شما وجود داشته باشد ، مثلاً ارتفاع ربات یا وزن آن به دلیلی محدود باشد که این موارد نیز از جمله مواردی است که سازه ربات باید با آنها همخوانی داشته باشد. با توجه به نکات ذکر شده ، بهترین جنس را برای ساختن ربات انتخاب می کنند برای انتخاب مواد اولیه نکاتی مانند وزن ، مقاومت کششی و خمشی ، جنس ، قیمت ، قابلیت انعطاف پذیری و ... مورد توجه قرار می گیرد. در صورتی که می خواهید رباتی جهت پروژه های دانشجویی یا دانش آموزی خود بسازید، چوب – آلومینیوم – پلاستیک فشرده – تفلون و ... جزو گزینه های اساسی شما هستند که باید با توجه به شرایط خود یکی از آنها را انتخاب نمایید.
برای طراحی و ساخت ربات دقت کنید که روبات شما باید بیشترین پایداری ممکن را داشته باشد که رابطه مستقیم به شکل روبات و مرکز ثقل آن دارد، مثلاً رباتهای کوچک که ارتفاع زیادی دارند از پایداری خوبی برخوردار نخواهد بود و با کمترین نیرویی امکان واژگونی آنها وجود دارد.
اگر روبات شما دارای چرخ برای حرکت است جنس و اندازه چرخ یکی از اساسی ترین مسائلی است که می تواند میزان توانایی ربات را مشخص کند. چرخ ربات را با توجه به جنس مکانی که ربات باید در آن حرکت کند به گونه ای انتخاب کنید که بیشترین ضریب اصطکاک را داشته باشد. در واقع عامل انتقال انرژی چرخا به زمین و در نتیجه حرکت ربات، اصطکاک چرخا با زمین است. اگر شما نیروی محرکه بسیار قوی در اختیار داشته باشد ولی چرخ های ماشین دست سازتان بر روی زمین سر بخورد قطعاً نتیجه مناسبی نخواهید گرفت. اصولاً چرخ را می توانید از ماشین های اسباب بازی خراب جدا کرده و استفاده کنید یا از تفلون و یا چوب خراطی شده جهت ساخت چرخ استفاده کنید. با کمی جستجو ممکن است چرخ های مناسبی در بازار پیدا کنید. در صورتی که چرخ شما روکش مناسبی ندارد و ضریب اصطکاک آن کم است باید یه گونه ای این مشکل را حل کنید. اگر ربات بر سطح صاف و محکمی مانند چوب حرکت می کند، لاستیک های ژله ای بهترین گزینه هستند در صورتی که هیچ امکاناتی در اختیار ندارید می توانید از دستکشهای آشپزخانه استفاده کنید ! چند لایه دستکش یا چیزی شبیه به آن ( مانند بادکنک ) بر روی چرخ های ربات خود بکشید و محکم چسب بزنید خواهد دید که چسبندگی ربات شما بر روی زمین چقدر افزایش خواهد یافت.
چرخ ربات را باید در اندازه ای انتخاب کنید که در هنگام حرکت قدرت و سرعت مناسب را برای شما ایجاد کند. اصولاً هر چقدر قطر چرخ را افزایش دهید سرعت ربات زیاد شده و در عوض قدرت آن کاهش می یابد. برای بدست آوردن سرعت ربات خود محیط چرخ آن را بدست بیاورید و در سرعت چرخش آن ضرب کنید در این صورت میزان حرکت در واحد زمان شما بدست خواهد آمد.
موتور DC که توسط گریبکس به چرخ متصل است
یکی از مهمترین اجزای یک ربات نیروی محرکه آن است. برای حرکت دادن سازه ای که ساخته اید نیاز به انرژی مکانیکی دارید. این انرژی معمولا توسط یک موتور الکتریکی تامین می شود. موتور الکتریکی یا اصطلاحاً آرمیچر ها در واقع مبدل های انرژی هستند. موتورهای الکتریکی می توانند انرژی الکتریکی که از ترمینالهای آن وارد می شود را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. انرژی مکانیکی معمولاً به صورت دوران در شافت (محور) موتور ظاهر می شود. دوران این محور (شافت) دو مشخصه اساسی دارد : یکی سرعت دوارن آن و دیگری قدرت آن. از ضرب سرعت خطی (متر بر ثانیه) در نیروی موتور می توانید توان نهایی خروجی آن را محاسبه کنید. با توجه به اینکه گفتیم موتور یک مبدل است، اگر موتور شما ایده آل باشد توان خروجی که بدست می آورید با توان ورودی یعنی انرژی الکتریکی مصرف شده براب خواهد بود. موتورهای الکتریکی انوع مختلفی دارند از جمله استپ موتورها ، سرور موتورها ، موتورهای دی سی DC ، موتورهای AC و ...
هر یک از موتورهای نام برده شده ویژگی خاصی دارد مثلا استپب موتورها دارای دقت بالایی هستند و با توجه به نوع موتور می توان دقت گردش موتور در حد چند درجه کنترل نمود. به دلیل گستردگی مطلب، انواع موتور در مقوله ای جداگانه مورد بحث قرار خواهد گرفت. در حال حاضر موتور مورد استفاده ما در ربات های کوچک و ساده موتور DC می باشد. از ویژگی های اساسی موتورهای DC این است که جهت حرکت و سرعت حرکت آنها به راحتی قابل کنترل است. با تغییر متوسط ولتاژ ورودی می توانید سرعت موتور را تغییر دهید و با تغییر پلاریته ( جهت اتصال تغذیه به موتور ) جهت دوران شافت تغییر خواهد نمود.
همانگونه که گفتیم توان خروجی از ضرب سرعت در قدرت و با استفاده از فرمول W=f.d بدست می آید.
موتور های الکتریکی معمولاً به گونه ای ساخته می شوند که سرعت چرخش شافت آنها بسیار زیاد است ( بر خلاف قدرت خروجی که معمولاً کم است ) این سرعت به طور طبیعی بین 3 تا 10 هزار دور در دقیقه ( RPM ) است. شما می توانید با استفاده از مکانیزم هایی ( مانند چرخ دنده ها و یا تسمه ها ) این سرعت را پایین بیاورید و در عوض به قدرت بیافزایید. در ادامه قصد داریم در مورد انواع مکانیزم های تغییر نسبت سرعت و قدرت صحبت کنبم.
رایج ترین روش این کار استفاده از تعدادی چرخ دنده است که به مجموع آنها گریبکس گفته می شود. با استفاده از همین روش است که نسبت بین قدرت و سرعت در اتومبیل مشخص می شود. در این روش با کوچک و بزرگ کردن چرخ دنده ها نسبت ورودی به خروجی گریبکس تغییر می نماید. بحث گریبکس و طرز کار بخث گسترده ای است فقط این نکته را ذکر می کنم که اگر نیروی محرکه شما به یک چرخ دنده کوچک متصل باشد، و این چرخ دنده، چرخ دنده بزرگتری را به گردش درآورد به دلیل تفاوتی که در محیط این چرخ دنده ها وجود دارد، چرخ دنده بزرگتر چرخش کمتری خواهد داشت و در نتیجه سرعت آن کاهش یافته و با توجه به اینکه سرعت و قدرت با یکدیگر رابطه عکس دارند، قدرت افزایش خواهد یافت. اگر کمی فکر کنید و چند گریبکس را از نزدیک ببینید به خوبی طرز کار آن برای شما روشن خواهد شد. از انواع دیگر گریبکس ها می توان به گریبکس های حلزونی و گریبکس های مرکب اشاره نمود.
علاوه بر گریبکس روش های دیگری مانند استفاده از چرخ و زنجیر ( مانند دوچرخه ) و استفاده از تسمه ( مانند کولر آبی ) برای انتقال و تغییر نسبت انرژی مکانیکی متداول است.
برای تهیه گریبکس می توانید به وسایلی رجوع کنید که موتور و گریبکس به نحوی در آن وجود دارد و قیمت تهیه آنها نیز مناسب است. مثلاً در اسباب بازی های مختلف می توانید موتور و گریبکس در ابعاد گوناگون بیابید. البته اگر در بسیاری از موارد باید از موتور و گریبکس های مرغوب و با توان زیاد استفاده نمایید که می توانید آنها در بازار جستجو کنید. در زیر تصویر چند نمونه از چرخدنده و گریبکس را مشاهده می نمایید.
گفتیم که موتور و گریبکس وظیفه تامین انرژی مکانیکی مورد نیاز جهت حرکت بخشهای مختلف ربات را بر عهده دارند. بنابراین اگر از موتور و گریبکس در قسمت محرکه ربات استفاده می نمایید، باید خروجی گریبکس که با سرعت مناسب و قدرت نسبتاً زیاد دروان می کند را به گونه ای به چرخ متصل نمایید در اینصورت چرخ ربات نیز به گردش درآمده و ربات شما حرکت خواهد کرد. معمولاً برای ساخت ربات هایی از قبیل مسیریاب ، ماز ، پرتابگر ، امدادگر ، بولینگر ، دریبل زن و ... باید مکانیزیمی ایجاد نمایید که بتوان جهت حرکت ربات را به دقت کنترل نمود یکی از مکانیزم های متداول استفاده از دو موتور و گریبکس در دو طرف است که در مقاله مربوط به ساخت ربات نوریاب ( بولینگر ) به تفصیل توضیح داده شده است.
در صورتی که ربات شما قسمت های متحرک دیگر ی به غیر از چرخ دارد ( مثلاً بازو ) می توانید جهت اتصال آنها به ربات از لولا و بلبرینگ استفاده نمایید. و برای حرکت دادن هر قسمت یک موتور و گریبکس نیاز دارید. نحوه اتصال موتور و گربکس در قسمتهای دیگر ممکن است با اتصال چرخ ها کمی متفاوت باشد که با کمی هوش و ابتکار می توانید بهترین روش اتصال را بیابید.
نظر بدهید
چگونه توسط کامپیوتر یک اسیلوسکوپ ساده بسازیم ؟
در این مقاله جالب شما می آموزید که چگونه با کمترین هزینه ممکن ( چند مقاومت و یک فیش ) کامپیوتر خود را به یک اسیلوسکوپ ساده تبدیل کنید. برای این کار باید سیگنالهای الکتریکی مورد نظر را تضعیف کرده و کامپیوتر ارسال نمایید. مقاله در فرمت pdf می باشد و برای مطلعه آن به نرم افزار Adob Acrobat Reader ( آکروبات ریدر ) نیازمندید. این مقاله توسط آقای مهدی باقرپور برای سایت ارسال شده است که می توانید آن را از لینک زید دانلود کنید.
دانلود: آموزش ساخت اسیلوسکوپ توسط کامپیوتر
حجم : 313 Kb
فرمت : پی دی اف
دیود چگونه کار می کند ؟
منحنی رفتار یک دیود در هنگام اعمال ولتاژ مثبت
اگر به یک پیوند PN ولتاژ با پلاریته موافق متصل کنیم جریان از این پیوند عبور کرده و اگر ولتاژ را معکوس کنیم در مقابل عبور جریان از خود مقاومت نشان می دهد. باید اشاره کنیم که قصد نداریم تا به تفضیل وارد بحث فیزیک الکترونیک شویم و فقط سعی خواهیم کرد با بیان نتایج حاصل از این شاخه علمی ابتدا عملکرد دیود و سپس ترانزیستور را بررسی کنیم.
همانطور که می دانید دیود ها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود.
از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و - به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث میشود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می شود که چیزی حدود 0.6 تا 0.7 ولت می باشد. به شکل اول توجه کنید که چگونه برای ولتاژهای مثبت - منظور جهت درست می باشد - تا قبل از 0.7 ولت دیود از خود مقاومت نشان می دهد و سپس به یکباره مقاومت خود را از دست می دهد و جریان را از خود عبور می دهد.
نماد فنی و دو نمونه از انواع دیوید
اما هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می کنید (+ به کاتد و - به آند) جریانی از دیود عبور نمی کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدار های الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تاثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمیگذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیود ها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژمعکوس بیش از آن شود دیوید می سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می شود.
در دسته بندی اصلی، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می دهند، دیودهای یکسوکننده (Rectifiers) که برای یکسوسازی جریانهای متناوب بکاربرده می شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالآخره دیود های زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می شود.
ترانزیستور - نیمه هادی های نوع N
lang=fa>و P
اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک
پیوند PN می شود و
چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند
جریانی از مدار عبور نخواهد کرد.
اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را
می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در
خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید
این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی
استفاده کنید.
موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت
ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این
وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت
بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.
جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند
باید حداقل داشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور در
خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آنکه شما جریان ورودی یک
ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید.
از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.
border=1>
از لحاظ ساختاری می توان یک ترانزیستور را با دو دیود مدل کرد.
ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر
حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع
اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم
که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.
در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می
کنید. که از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادی
های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole)
آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن
کمبود الکترون وجود دارد.
اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل
نمایش داده می شود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ
اعمال شده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟).
این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند.
همانطور که می دانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد. از
آنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شود پاسخ
فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگی دارد. به همین
دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار
سازی - را نداشتند.
معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و
آنرا به حد یک نقطه می رسانند.
نظر بدین خواهشا
ترانزیستور - نیمه هادی های نوع N
lang=fa>و P
اعمال ولتاژ با پلاریته موافق باعث عبور جریان از یک
پیوند PN می شود و
چنانچه پلاریته ولتاژتغییر کند
جریانی از مدار عبور نخواهد کرد.
اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را
می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در
خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید
این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی
استفاده کنید.
موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت
ولتاژ استفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریان این
وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روی یک مقاومت
بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.
جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند
باید حداقل داشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور در
خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آنکه شما جریان ورودی یک
ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید.
از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.
border=1>
از لحاظ ساختاری می توان یک ترانزیستور را با دو دیود مدل کرد.
ترانزستورهای اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر
حسب آنکه چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع
اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم
که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.
در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می
کنید. که از اتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادی
های نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادی حفره (Hole)
آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد را فضایی دانست که در آن
کمبود الکترون وجود دارد.
اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل
نمایش داده می شود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ
اعمال شده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟).
این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند.
همانطور که می دانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد. از
آنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شود پاسخ
فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگی دارد. به همین
دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهای رادیویی - مثلآ برای آشکار
سازی - را نداشتند.
معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و
آنرا به حد یک نقطه می رسانند.
نظر نظر نظر!!!!
ترانزیستور چگونه کار می کند ؟
در مطالب قبل بطور خلاصه راجع به دیودها و ترانزیستورها و پیوندهای PN صحبت کرده مثالهایی از کاربرد اصلی انواع دیود ارائه کردیم. در این قسمت راجع به گونه های ساده اولین ترانزیستورها که از سه لایه نیمه هادی تشکیل شده اند صحبت خواهیم کرد.
بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد. هر چند در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یکطرف 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 و این بدان معنی نیست که ترانزیستور ژرمانیم با پلاریته NPN یا سیلیکون با پلاریته PNP وجود ندارد.
برای هریک از لایه های نیمه هادی که در یک ترانزیستور وجود دارد یک پایه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بیرونی را به نیمه هادی ها میسر می سازد. 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 میگیردند.
بدون آنکه در این مطلب قصد بررسی دقیق نحوه کار یک ترانزیستور را داشته باشیم، قصد داریم ساده ترین مداری که می توان با یک ترانزیستور تهیه کرد را به شما معرفی کرده و کاربرد آنرا برای شما شرح دهیم. به شکل زیر نگاه کنید.
بطور جداگانه بین E و C و همچنین بین E و B منابع تغذیه ای قرار داده ایم. مقاومت ها یی که در مسیر هریک از این منابع ولتاژ قرار دادیم صرفا" برای محدود کردن جریان بوده و نه چیز دیگر. چرا که در صورت نبود آنها، پیوندها بر اثر کشیده شدن جریان زیاد خواهند سوخت.
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 0.6 تا 0.7 ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید. اگر به شکل دوم دقت کنید بوضوح خواهید فهمید که این عمل چگونه امکان پذیر است. 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، با توجه به آنچه قبلا" راجع به یک پیوند PN توضیح دادیم، 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. (در واقع در اینحالت می توان فرض کرد که در شکل دوم عملا" لایه PN مربوط به BE از بین می رود و بین EC یک اتصال کوتاه رخ می دهد.)
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.
نظر یادتون نره
