روباتيک، علم مطالعه فن آوري مرتبط با طراحي، ساخت و اصول کلي و کاربرد روباتهاست. روباتيک علم و فن آوري ماشينهاي قابل برنامه ريزي، با کاربردهاي عمومي مي باشد.
برخلاف تصور افسانه اي عمومي از رباتها به عنوان ماشينهاي سيار انسان نما که تقريباً قابليت انجام هر کاري را دارند، بيشتر دستگاههاي روباتيک در مکانهاي ثابتي در کارخانه ها بسته شده اند و در فرايند ساخت با کمک کامپيوتر، اعمال قابليت انعطاف، ولي محدودي را انجام مي دهند چنين دستگاهي حداقل شامل يک کامپيوتر براي نظارت بر اعمال و عملکردهاي و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، مي باشد. علاوه براين، ممکن است حسگرها و تجهيزات جانبي يا ابزاري را که فرمان داشته باشد بعضي از رباتها، ماشينهاي مکانيکي نسبتاً ساده اي هستند که کارهاي اختصاصي مانند جوشکاري و يا رنگ افشاني را انجام مي دهند. که ساير سيستم هاي پيچيده تر که بطور همزمان چند کار انجام مي دهند، از دستگاههاي حسي، براي جمع آوري اطلاعات مورد نياز براي کنترل کارشان نياز دارند. حسگرهاي يک ربات ممکن است بازخورد حسي ارائه دهند، طوريکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسيب زدن، در جاي مناسب قرار دهند. ربات ديگري ممکن است داراي نوعي ديد باشد.، که عيوب کالاهاي ساخته شده را تشخيص دهد. بعضي از رباتهاي مورد استفاده در ساخت مدارهاي الکترونيکي، پس از مکان يابي ديداري علامتهاي تثبيت مکان بر روي برد، مي توانند اجزا بسيار کوچک را در جاي مناسب قرار دهند. ساده ترين شکل رباهاي سيار، براي رساندن نامه در ساختمانهاي اداري يا جمع آوري و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسير يک کابل قرار گرفته در زير خاک يا يک مسير رنگ شده که هرگاه حسگرهايشان در مسير، يا فردي را پيدا کنند متوقف مي شوند. رباتهاي بسيار پيچيده تر رد محيط هاي نامعين تر مانند معادن استفاده مي شود.
روباتها همانند کامپيوترها قابليت برنامه ريزي دارند.بسته به نوع برنامه اي که شما به آنها مي دهيد.کارها وحرکات مختلفي را انجام مي دهند.رشته دانشگاهي نيز تحت عنوان روباتيک وجود دارد.که به مسايلي از قبيل سنسورها، مدارات ، فيدبکها،پردازش اطلاعات وبست وتوسعه روباتها مي پردازد.روباتها انواع مختلفي دارند از قبيل روباتهاي شمشير باز، دنبال کننده خط،کشتي گير،
فوتباليست،و روباتهاي خيلي ريز تحت عنوان ميکرو روباتها،روباتهاي پرنده وغيره نيز وجود دارند.
روباتها براي انجام کارهاي سخت ودشواري که بعضي مواقع انسانها از انجام آنها عاجز يا انجام آنها براي انسان خطرناک هستند.مثل روباتهايي که در نيروگاهاي هسته اي وجود دارند.،استفاده مي شوند.
کاري که روباتها انجام ميدهند.، توسط ميکرو پروسسرها(microprocessors) و ميکروکنترلرها(microcontroller) کنترل مي شود.با تسلط در برنامه نويسي اين دو مي توانيد دقيقا همان کاري را که انتظار داريد روبات انجام دهد.
روباتهايي شبيه انسان (human robotic)نيز ساخته شده اند.،آنها قادرند اعمالي شبيه انسان را انجام دهند.حتي بعضي از آنها همانند انسان داراي احساسات نيز هستند.بعضي از آنها شکلهاي خيلي ساده اي دارند.آنها داراي چرخ يا بازويي هستند که توسط ميکرو کنترلرها يا ميکرو پرسسرها کنترل مي شوند.در واقع ميکروکنترلر يا ميکرو پروسسر به مانند مغز انسان در روبات کار مي کند.برخي از روباتها مانند انسانها وجانوران خون گرم در برخورد و رويارويي با حوادث ومثايل مختلف به صورت هوشمند از خود واکنش نشان مي دهند.يک نمونه از اين روباتها روبات مامور است.
برخي روباتها نيز يکسري کارها را به صورت تکراري با سرعت ودقت بالا انجام مي دهند مثل روبات هايي که در کارخانه هاي خودرو سازي استفاده مي شوند.اين گونه روبات کارهايي از قبيل جوش دادن بدنه ماشين ، رنگ کردن ماشين را با دقتي بالاتر از انسان بدون خستگي و وقفه انجام مي دهند.

تاريخچه روباتيك:

- 270 ق م : زماني كه يونانيان به ساخت مجسمه هاي متحرك ميپرداختند.
- حدود سال 1250 م: بيشاپ آلبرتوس ماگنوس (Bishop Albertus Magnus) ضيافتي ترتيب داد كه درآن، ميزبانان آهني از مهمانان پذيرايي مي كردند. با ديدن اين روبات، سنت توماس آكويناس (Thomas Aquinas) برآشفته شد، ميزبان آهني را تكه تكه كرد و بيشاب را ساحر و جادوگر خواند.
- سال 1640 م: دكارت ماشين خودكاري به صورت يك خانم ساخت و آن را Ma fille Francine " مي ناميد.اين ماشين كه دكارت را در يك سفر دريايي همراهي مي كرد، توسط كاپيتان كشتي به آب پرتاب شد چرا كه وي تصور مي كرد اين موجود ساخته شيطان است.
- سال 1738 م: ژاك دواكانسن (Jacques de Vaucanson) يك اردك مكانيكي ساخت كه از بيش از 4000 قطعه تشكيل شده بود.
اين اردك مي توانست از خود صدا توليد كند، شنا كند، آب بنوشد، دانه بخورد و آن را هضم و سپس دفع كند. امروزه در مورد محل نگهداري اين اردك اطلاعي در دست نيست.
- سال 1805 م: عروسكي توسط ميلاردت (Maillardet) ساخته شد كه مي توانست به زبان انگليسي و فرانسوي بنويسد و مناظري را نقاشي كند.
- سال 1923 م: كارل چاپك (Karel Capek) براي اولين بار از كلمه روبات (robot) در نمايشنامه خود به عنوان آدم مصنوعي استفاده كرد. كلمه روبات از كلمه چك robota گرفته شده است كه به معني برده و كارگر مزدور است. موضوع نمايشنامه چاپك، كنترل انسانها توسط روباتها بود، ولي او هرگونه امكان جايگزيني انسان با روبات و يا اينكه روباتها از احساس برخوردار شوند، عاشق شوند، يا تنفر پيدا كنند را رد مي كرد.
- سال 1940 م: شركت وستينگهاوس (Westinghouse Co.) سگي به نام اسپاركو (Sparko) ساخت كه هم از قطعات مكانيكي و هم الكتريكي در ساخب آن استفاده شده بود. اين اولين باري بود كه از قطعات الكتريكي نيز همراه با قطعات مكانيكي استفاده مي شد.
- سال 1942 م: كلمه روباتيك (robatics) اولين بار توسط ايزاك آسيموف در يك داستان كوتاه ارائه شد. ايزاك آسيموف (1920-1992) نويسنده كتابهاي توصيفي درباره علوم و داستانهاي علمي تخيلي است.
- دهه 1950 م: تكنولوژي كامپيوتر پيشرفت كرد و صنعت كنترل متحول شد. سؤلاتي مطرح شدند. مثلاً: آيا كامپيوتر يك روبات غير متحرك است؟
- سال 1954 م: عصر روبات ها با ارائه اولين روبات آدم نما توسط جرج دوول (George Devol) شروع شد.
امروزه، 90% روباتها، روباتهاي صنعتي هستند، يعني روباتهايي كه در كارخانه ها، آزمايشگاهها، انبارها، نيروگاهها، بيمارستانها، و بخشهاي مشابه به كارگرفته مي شوند.در سالهاي قبل، اكثر روباتهاي صنعتي در كارخانه هاي خودروسازي به كارگرفته مي شدند، ولي امروزه تنها حدود نيمي از روباتهاي موجود در دنيا در كارخانه هاي خودروسازي به كار گرفته مي شوند.مصارف روباتها در همه ابعاد زندگي انسان به سرعت در حال گسترش است تا كارهاي سخت و خطرناك را به جاي انسان انجام دهند.براي مثال امروزه براي بررسي وضعيت داخلي رآكتورها از روبات استفاده مي شود تا تشعشعات راديواكتيو به انسانها صدمه نزند.
- سال 1956 م: پس از توسعه فعاليتهاي تكنولوژي يك كه بعد از جنگ جهاني دوم، يك ملاقات تاريخي بين جورج سي.دوول(George C.Devol) مخترع و كارآفرين صاحب نام، و ژوزف اف.انگلبرگر (Joseph F.Engelberger) كه يك مهندس با سابقه بود، صورت گرفت. در اين ملاقات آنها به بحث در مورد داستان آسيموف پرداختند. ايشان سپس به موفقيتهاي اساسي در توليد روباتها دست يافتند و با تأسيس شركتهاي تجاري، به توليد روبات مشغول شدند. انگلبرگر شركت Unimate برگرفته از Universal Automation را براي توليد روبات پايه گذاري كرد. نخستين روباتهاي اين شركت در كارخانه جنرال موتورز (General Motors) براي انجام كارهاي دشوار در خودروسازي به كار گرفته شد. انگلبرگر را "پدر روباتيك" ناميده اند.
- دهه 1960 م: روباتهاي صنعتي زيادي ساخته شدند. انجمن صنايع روباتيك اين تعريف را براي روبات صنعتي ارائه كرد:
"روبات صنعتي يك وسيلة چند كاره و با قابليت برنامه ريزي چند باره است كه براي جابجايي قطعات، مواد، ابزارها يا وسايل خاص بوسيلة حركات برنامه ريزي شده، براي انجام كارهاي متنوع استفاده مي شود."
- سال 1962 م: شركت خودروسازي جنرال موتورز نخستين روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به كار گرفت.
- سال 1967 م: رالف موزر (Ralph Moser) از شركت جنرال الكتريك (General Electeric) نخستين روبات چهارپا را اختراع كرد.
- سال 1983 م: شركت Odetics يك روبات شش پا ارائه كرد كه مي توانست از موانع عبور كند و بارهاي سنگيني را نيز با خود حمل كند.
- سال 1985 م: نخستين روباتي كه به تنهايي توانايي راه رفتن داشت در دانشگاه ايالتي اهايو (Ohio State Uneversity) ساخته شد.
- سال 1996 م: شركت ژاپني هندا (Honda) نخستين روبات انسان نما را ارائه كرد كه با دو دست و دو پا طوري طراحي شده بود كه مي توانست راه برود، از پله بالا برود، روي صندلي بنشيند و بلند شود و بارهايي به وزن 5 كيلوگرم را حمل كند
روباتها روز به روز هوشمندتر مي شوند تا هرچه بيشتر در كارهاي سخت و پر خطر به ياري انسانها بيايند.

آشنايي با روباتيك
روبات چيست؟

روبات يك ماشين الكترومكانيكي هوشمند است با خصوصيات زير:
- مي توان آن را مكرراً برنامه ريزي كرد.
- چند كاره است.
- كارآمد و مناسب براي محيط است.
اجزاي يك روبات:
- وسايل مكانيكي و الكتريكي:
شاسي، موتورها، منبع تغذيه، ...
- حسگرها (براي شناسايي محيط):
دوربين ها، سنسورهاي sonar، سنسورهاي ultrasound، ...
- عملكردها (براي انجام اعمال لازم)
بازوي روبات، چرخها، پاها، ...
- قسمت تصميم گيري (برنامه اي براي تعيين اعمال لازم):
حركت در يك جهت خاص، دوري از موانع، برداشتن اجسام، ...
- قسمت كنترل (براي راه اندازي و بررسي حركات روبات):
نيروها و گشتاورهاي موتورها براي سرعت مورد نظر، جهت مورد نظر، كنترل مسير، ...

ويژگيهاي يک روبات

يک روبات داراي سه مشخصه زير است
1-داري حرکت وپويايي است
2-قابليت برنامه ريزي جهت انجام کارهاي مختلف را دارد
3-بعد از اينکه برنامه ريزي شد.قابليت انجام وظايفش را به صورت خودکار دارد.
ممکن است روزي فرا برسد که روباتها جاي انسانها را در انجام کارها بگيرند.حتي بعضي از آنها ممکن است به صورت محافظ شخصي از جان انسانهادر مقابل خطرات احتمالي حفاظت کنند.

آناتومي اندام روباتهاي شبيه انسان

در سال 1950 دانشمندان تصميم گرفتند.شکلي از رباتهاي دو پارا درست کنند.که از لحاظ فيزيکي شبيه انسان باشند.اين گونه روباتها متشکل از دو بازو دو پا هستند.که دستها و پاها به صورت متقارن وشبيه بدن انسان در سمت راست وچپ ربات قرار گرفته اند.براي انجام چنين کاري آنها مي بايست در ابتدا آناتومي بدن خود را مي شناختند.آنها معتقد بودن که انسانها طي ميليونها سال تکامل يافته اند.،تا اينکه امروزه قادرند انواع مختلفي از کارها را انجام دهند.اگر از مردم راجع به روباتهاي شبيه انسان سوال کنيد.آنها در اولين وهله به ياد فيلم پليس آهني مي افتند.شما نيز مي توانيد با استفاده از کاغذهاي استوانه اي و تک هاي چوب وچسب شکلي مانند زير درست کنيد.

حرکت در روبات

هنگاميکه شما راجع به مطلبي فکر مي کنيد و براي آن دنبال پاسخ مي گرديد.مي توانيد جواب خود را در طبيعت بگيريد.به حيواناتي که اطراف ما هستند.،و مانند ما مي توانند در چهار جهت حرکت کنند.دقت کنيد.به طور مثال به حرکت فيل توجه کنيد.مفاصلي که در پاها وجود دارند.سبب حرکت پاها به سمت عقب،جلو، چپ و راست مي شوند
هنگامکه اين حيوان حرکت مي کند وزن خود را بر روي پا هايش تقسيم ميکند.بنابراين اين امکان را دارد که تعادلش را حفظ کند و بر روي زمين نيافتد.در روباتها نيز همين مسئله وجود دارد اگر يکي از پاهاي آن در هوا قرار بگيرد روبات متوقف مي شود.واين امکان وجود دارد بر روي زمين بيافتد.به حرکت مورجه ها دقت کنيد.اين موجود 6 پا دارد. در هنگام حرکت به سمت جلو سه پايش را به سمت جلو وسه پاي ديگرش را در همان موقعيت به سمت عقب فشار ميدهد .دو پا از يک طرف ويک پا از طرف ديگرهمواره کار مشترکي را انجام مي دهند. واين کار سبب حرکت مورچه به سمت جلو مي شود.
حشرات بدليل داشتن پاهاي بيشتر وفرم پاها راحتر از حيوانات چهار پا مي توانند تعادل خود را در حرکت حفظ کنند.بهمين دليل رباتهاي شبيه حشرات بيشتر از روباتهايي شبيه سگ و گربه ساخته شده اند.

لگو روبات(lego robot)

براي شروع به ساخت روبات بهتر است .،که با لگو ها ونحوه اسمبل کردن آنها آشنا شويد.لگوها ايده هاي خوبي در ساخت روبات به شما مي دهند.بسياري از روباتهايي که ساخته شده اند.حشره،حيوان،انسان نيستند.بلکه آنها لگو هستند.شما مي توانيد بدنه روبات خود را بوسيله لگوها بسازيد.و مدارات الکترونيک را در آن جا سازي کنيد.
بيشتر ماشينهايي که وجود دارند از چهار چرخ تشکيل شده اند.دو چرخ جلويي داراي چرخش زاويه اي هستند.،و دو چرخ عقبي در جاي خود ثابت هستند.،وتنها ميچرخند،حرکت به سمت راست،جلو و عقب را چرخهاي جلويي تعيين مي کنند.در برخي از ماشينها هر چهار چرخ داراي اين وضعيت هستند.از اين موارد در ساخت لگو روباتها شبيه ماشين استفاده مي شود.برخي از ماشينهاي پيشرفته از راه دور کنترل مي شوند(remote control) که اين مسئله را براحتي مي توان در روباتها بست وتوسعه داد.
براي ساخت يک لگو ماشين احتياج به چهار چرخ پلاستيکي و دو ميله تحت عنوان محور احتياج داريد.شايد بتوانيد اين قطعات را براحتي در يک ماشين اسباب بازي پيدا کنيد.برخي از طراحان روبات به جاي چهار چرخ از سه چرخ استفاده مي کنند.در اين حالت عموما دو چرخ ثابت وتنها در جاي خود مي چرخند و تنها يک چرخ داراي حرکت آزاد است.نوع دو چرخ آن نيز وجود دارد.در اين حالت هر دوچرخ داراي حرکت آزاد زاويه اي هستند.
براي حل مشکل تعادل روباتها در هنگام چرخش از چهار چرخ استفاده مي شود. در هر طرف دوچرخ وجود دارد.که چرخهاي در هر سمت بوسيله تسمه يا نواري پلاستيکي بهم متصل مي شوند.
منابع :
روباتيک http://bikalak.wordpress.com
آشنايي با روباتيك http://www.hupaa.com
رباتها http://robot.schoolnet.ir/