چگونه یک ربات بسازیم؟

حتما شما نیز تحت تاثیر فیلم‌های علمی‌تخیلی به مانند ترمیناتور قرار گرفته‌اید، یا شاید انیمیشن Wall-E را چندی پیش دیده‌اید! تنها فاصله‌ای که میان شما و آن ربات‌ها وجود دارد، اراده و انگیزه شما است، که البته این روح موضوع است، ولی ما تلاش کرده‌ایم تا به اندیشه شما در پی ساخت و طراحی یک ربات پیکر بخشیم.

در ادامه با ما همراه باشید.

عناصر رباتیک

از ساده‌ترین ربات‌ها گرفته تا پیچیده‌ترین آنان، همگی دارای عناصر سازنده‌ای مشترک ولی کارکرد و اهدافی گوناگون هستند. آنچه که آنان را بهترین می‌کند، وابسته به انجام دقیق وظایفی است که برای‌شان تعریف کرده‌اید.

مکانیزم

به حرکت درآوردن ربات‌ها، بخشی از سخت‌ترین مراحل طراحی ربات به شمار می‌آید. اینجا مرحله‌ای است که مکانیزم‌های طراحی، و مهندسی مکانیک باید نقش ایفا کنند. در حالی که مهندسی مکانیک بیشتر روی طراحی ماشین تمرکز دارد، ولی طراحان ربات، تمرکز اصلی خود را صرف موتورها و چرخ‌دنده‌ها می‌کنند، تا بهترین عملکرد را دریافت کنند.

مکانیزم به طور معمول شامل نمونه‌سازی از قطعات متحرک و بررسی آن‌ها پیش از یکپارچه‌سازی ربات است.

الکترونیک

یکی دیگر از مهارت‌های بنیادین مورد نیاز برای ساخت ربات، شناخت الکترونیک است. اگر از چگونگی کارکرد قطعات الکترونیکی به مانند ریزکنترل‌گرها و مدارها شناخت داشته باشید، این می‌تواند در انتخاب مناسب‌ترین موتورها و اجزا برای ربات و شیوه درست برق‌رسانی به آن، کمک شایانی برای‌تان باشد.

برنامه‌نویسی

پس از آماده‌سازی مدار و مکانیزم‌ها، زمانش فرا رسیده تا ریزکنترل‌گری که به مدار پیوند زده‌اید را برنامه‌ریزی کنید. ریزکنترل‌گر درواقع مغز ربات است، که به دستوراتی برای رویارویی با محیط اطراف خود نیاز دارد، تا بتواند به کنش‌ها و واکنش‌های پیرامون خود پاسخ دهد.

برای مثال، به یک ربات سنجش‌ازدور باید گفته شود که چگونه از حسگر فاصله خود ورودی دریافت کند و اطلاعات به‌دست‌آمده را چگونه پردازش کند، تا بتواند واکنش نشان دهد.

پیکربندی

آخرین مرحله ساخت یک ربات، پیکربندی آن است، جایی که اجزا باید درون قفسه و بدنه ربات به درستی جای بگیرند. نوع و جنس بدنه، وابسته به نوع ربات است، و اینکه او چه هدفی را پیش خواهد گرفت. با وجود آنکه کارکرد بدنه، حفاظت از اجزا الکترونیکی درون ربات است، و نقش مهمی در بهره‌وری از مکانیزم دارد، مهندسین می‌توانند آن را به گونه‌ای طراحی کنند تا به ربات شخصیت و موجودیت بدهد.

ملاحظات در طراحی ربات

این درواقع دربرگیرنده هر چیزی است که وابسته به طراحی ربات باشد، به مانند پیش‌بینی محیطی که او در آن پا می‌گذارد، قدرت برقی که برای حرکت کردن به آن نیاز دارد، حسگرهایی که به منظور انجام وظایف تعریف‌شده به آن‌ها نیاز دارد، و موادی که برای ساخت بدنه و زیبایی او لازم است.

محیط

آیا ربات شما از جایی به جایی دیگر حرکت می‌کند؟ اگر بله، کجا و در چه شرایطی قرار می‌گیرد؟ آیا باید در مقابل ورود آب و خاک و عناصر بیرونی دیگر به آن، تحمل‌پذیر باشد؟ تا زمانی که ربات در جایی امن باشد، تحت تاثیر عناصر بیرونی قرار نخواهد گرفت، ولی همیشه این پیش‌بینی را کنید که تاثیر آنان روی ربات چه می‌تواند باشد.

این وابسته به انتخاب نوع مواد، مکانیزم، و بدنه ربات است.

برق

آیا قرار است که ربات شما از باتری استفاده کند، یا پیوسته به پریز برق باشد؟ تک‌تک موتورها، حسگرها، پردازشگرها، و غیره، به مقداری برق برای کارکرد نیاز دارند — شما باید تشخیص دهید که هر یک از اجزا به چه میزان برق نیاز داشته، و تا چه مدت از ربات انتظار دارید تا سرپا بماند و کار کند.

آنچه که به صورت کلی از ربات می‌خواهید را باید به صورت جزیی از اجزا بخواهید.

حواس

همانند موجودات، یک ربات نیز برای رویارویی با هر چیزی که در محیط با آن سروکار دارد، نیاز به حواس دارد. برای مثال، اگر از ربات خود انتظار دارید که در روبه‌رو شدن با دیوار، از برخورد با آن پرهیز کند، باید از حسگر مجاورتی در آن استفاده کنید. اگر می‌خواهید او اشیا و موجودات در حال حرکت را تشخیص دهد، باید از حسگر جنبشی استفاده کنید.

تعداد بسیار زیادی از حسگرها وجود دارند که از هر کدام می‌توان بهره برد. همه اطلاعاتی را که ربات لازم است از محیط اطرافش به دست آورد را در نظر بگیرید، سپس آنان را مهندسی کنید، تا در نهایت شاهد کارکرد و رفتاری باشید که از ربات خود انتظار دارید.

بدنه و ماده

باید از پیش مشخص کنید که ربات شما دارای چه وزنی خواهد بود، و نقاطی که قرار است در آن حسگرها را جاسازی کنید را از پیش تعیین کنید. آیا امنیت باتری در آن چقدر است، و در صورت داغ شدن، این امکان را دارید که بتوانید آن را دربیاورید و جایگزینش کنید؟

طراحی بدنه یک ربات می‌تواند ساده یا پیچیده باشد، ولی اگر انعطاف‌پذیرتر باشد، بی‌گمان دست شما را در روند ساخت بازتر می‌کند.

ظاهر

پس از آنکه نیازهای اولیه و اصلی برای پیکربندی و ساخت ربات را پشت‌سر گذاشتید، بهتر است که برای او خصیصه‌های شخصیتی تعریف کنید. برای مثال، چهره بخشیدن به آن، یکی از خصیصه‌های شخصیتی است.

می‌توانید برای او احساساتی همچون شادی، غم، ترس، خشم، و غیره تعریف کنید، تا زمانی که در شرایط گوناگون قرار گرفت، آنان را ابراز کند.

مراحل ساخت ربات

حال زمان انجام اقدامات عملی برای ساخت ربات فرا رسیده است. در ادامه به آنچه که برای آغاز کار نیاز دارید خواهیم پرداخت.

کیت‌های ربات

کیت‌ها ربات‌های از پیش ساخته‌شده و پیشرفته‌ای هستند که هر یک از آنان وظیفه‌ای خاص برای ساخت و طراحی ربات‌ها را بر عهده دارند. کیت‌ها می‌توانند دارای عناصر ساختاری، مکانیکی، موتورها، حسگرها، و یک صفحه کنترل‌گر برای کنترل ورودی و خروجی باشند، یا در کل فاقد قطعات الکترونیکی باشند و برای انجام وظایف ساده به کار گرفته شوند.

نرم‌افزار طراحی ربات

از آنجایی که قرار است خود دست‌به‌کار شوید و به طراحی ربات بپردازید، بی‌گمان به نرم‌افزاری درخور نیاز دارید تا بتوانید مراحل طراحی ربات را نخست به صورت مجازی مورد آزمایش قرار دهید تا اگر در پی روند کار با مشکل روبه‌رو شدید، برای‌تان هزینه کمتری داشته باشد.

می‌توانید از کار و تمرین با Adobe Illustrator آغاز کنید. به کمک یک پرینتر سه‌بعدی و دستگاه برش لیزری، پس از طراحی مدل، می‌توانید ربات طراحی‌شده را چاپ کنید و به مدل واقعی‌اش دست پیدا کنید.

سخت‌افزار ربات، قطعات و ابزارها

وابسته به کارکردی که قرار است ربات شما داشته باشد، زمینه رباتیک می‌تواند برای‌تان پرخرج باشد، ولی با دارا بودن ابزار و قطعاتی مناسب، می‌توانید از بسیاری از زحمات خود بکاهید.

ابزارهای اولیه موردنیاز

• هویه لحیم کاری
• ابزار کمک دست
• سیم‌چین
• سیم‌لخت‌کن
• انواع دم‌باریک
• منبع تغذیه برق
• مجموعه پیچ‌گوشتی و آچار و انبردست (کوچکترین تا بزرگترین)
• دستگاه چسب حرارتی تفنگی

اجزا اولیه موردنیاز

• محفظه و نگهدارنده باتری
• لامپ/چراغ ال‌ای‌دی
• مجموعه مقاومت
• ماسفت (ترانزیستور اثرِ میدانیِ نیمه‌رسانای اکسید-فلز)
• سویچ تاگل
• موتور آرسی سروو آنالوگ
• تمشک پی
• آردوینو

تامین‌کنندگان

در حال حاضر فروشگاه‌های آنلاین زیادی هستند که می‌توانید قطعات مورد نیاز خود را از آنان تهیه کنید، ولی بهتر است که قیمت قطعات مورد نظر را در چند فروشگاه مقایسه کنید، سپس به بررسی شیوه ارائه خدمات آن سامانه بپردازید. اگر رشته و زمینه فعالیت شما رباتیک باشد، پس مدام در فروشگاه‌ها رفت‌وآمد خواهید داشت، بنابراین هشیار باشید.

یکی از قدیمی‌ترین فروشگاه‌های ارائه قطعات و خدمات رباتیک، روبوایکیو (roboeq.ir) است. از موتور و ماژول گرفته تا انواع حسگرها، منبع تغذیه، باتری‌ها، شارژرها، پرینتر سه‌بعدی، و دستگاه برش لیزری را می‌توانید در آنجا پیدا کنید.

ایده‌های طراحی ربات

رباتیک به طور اساسی یک رشته بسیار گسترده است، و بهره‌وری از آن به دلایل گوناگونی از جمله فروش و تبلیغات به کار گرفته می‌شود. در پایان، به تعدادی از رده‌های خاص ربات‌ها می‌پردازیم.

ربات‌های بازی

یکی از راه‌های جالب و ساده برای یادگیری و ساخت ربات، خرید اسباب‌بازی‌های رباتیک و باز کردن آن‌ها است; با این کار، علاوه بر آشنایی با مکانیزم ساخت ربات، می‌توانید از قطعات درون آن نیز برای ساخت رباتی نو بهره‌مند شوید (برای‌تان ارزان‌تر از خرید خالص قطعات تمام می‌شود).

ربات‌های جنگی

ربات‌ها همگی برای هدفی ساخته می‌شوند، ولی کمتر رباتی را پیدا خواهید کرد که دارای انگیزه و البته افتخار باشد. اگر علاقه‌مند به رباتیک باشید، بی‌گمان مسابقات مبارزه ربات‌ها را تماشا کرده‌اید و پس از برنده شدن ربات مورد علاقه خود، از شادی فریاد زده‌اید; این همان نقطه‌ای است که میان دو ربات مبارز، اگر یکی افتخار کسب نکند، دیگری بی‌گمان انگیزه‌ای برای انتقام به دست می‌آورد.

از تانک‌ها گرفته تا ربات‌های اژده‌ها، وابسته به موادی که در آن استفاده می‌کنید، ساخت یک ربات جنگجو برای‌تان خرج برمی‌دارد، بنابراین پیش از ساخت آنان، نگاهی به جیب خود بی‌اندازید.

ربات‌های پرنده

ساخت ربات‌های پرنده با ظهور و پیشرفت گوشی‌های هوشمند بسیار آسان‌تر از گذشته شده است. حال می‌توان از بهترین حسگرهای جنبشی، شتاب‌سنج‌ها، جاذبه‌سنج‌ها، و ژیروسکوپ‌هایی که در گوشی‌های هوشمند وجود دارند، برای پیگیری و کنترل از راه دور ربات‌های پرنده در یک فضای سه‌بعدی بهره برد.

ربات‌های پیچیده

اگر به دنبال چالش بیشتری در مهندسی ربات هستید، شاید ربات زیر که تنها روی دو چرخ حرکت می‌کند و به جستجوی روشن‌ترین قسمت یک مکان می‌گردد، برای‌تان جالب باشد. وابسته به آنکه پیچیدگی را در چه می‌بینید، ربات شما می‌تواند دارای هر ویژگی منحصربه‌فردی باشد که آن را متفاوت‌تر از دیگران نشان دهد، مادامی که از مکانیزم پیچیده‌ای برخوردار باشد.

جمع‌بندی

بهره‌گیری از تجربیات دیگران، نوآوری و ایده‌پردازی، پیشگیری، طراحی مجازی، استفاده از ابزار و قطعات روز، و تست، از عوامل اصلی موفقیت در ساخت یک ربات محسوب می‌شوند.