آشنايي با ساختار فني يك ربات فوتباليست دانش اموزي و...
به نام خدا
با درود فراوان خدمت دوستان عزیز
پوزش فراوان مي طلبم از دوستان به خاطر تأخير در ارايه‌ي 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؟
| | يك سيستم مكان‌يابي تقريبي |
یک سنسور مادون قرمز معمولی به همراه یک فرستنده ی مادون قرمز در زیر ربات به گونه‌اي تعبیه می شود كه نوري كه از فرستنده ساتع ميشود، پس از برخورد با زمين به گيرنده مادون قرمز برسد. (مشابه حالتي كه در ربات مسيرياب سنسورها همراه با فرستنده مادون قرمز در زير ربات تعبيه مي‌شوند). سپس با اندازه گيري ولتاژ خروجي مدار گيرنده توسط ADC ِ ميكروكنترلر( سيم خروجي مدار گيرنده به يكي از ADCها وصل ميشود)، مي‌توان ميزان نوري كه از سطح زمين مسابقه بازتاب ميشود را اندازه گيري كرده و با توجه به طيف رنگي موجود، مكان تقريبي ربات در زمين مسابقه را تعيين نمود. يافتن موقعيت مكاني ربات در زمين مسابقه، به ربات كمك مي‌كند تا در موقعيت‌هاي مختلف، تاكتيك‌هاي مناسب‌تري را اتخاذ كند. مثلاً وقتي كه ربات به نزديك دروازه‌ي تيم مقابل رسيده است، بهترين راهكار براي گل زدن اين است كه به طرف دروازه با تمام قدرت شوت كند، اما وقتي ربات هنوز به نيمه‌ي زمين حريف نرسيده است، شوت كردن توپ ممكن است راهكار مناسبي براي گل زدن نباشد و بلعكس لازم باشد كه ربات سعي كند دروازه‌ي خود را از خطر حمله‌ي تيم مقابل محافظت كند.
با توجه به اين كه توپ اين بازي يك منبع نور مانند لامپهاي رشته‌اي معمولي يا آتش است، ساده‌ترين راه براي تشخيص توپ، همان سيستمي است كه در جلسه‌ي پنجم براي پيدا كردن آتش در ربات آتش نشان معرفي شد كه در ادامه مختصراً تشريح ميشود. سيستم حركتي ربات به صورت ديفرانسيلي يا همان تانكي است. ربات در حالت عادي وقتي هنوز توپ را تشخيص نداده است، با متوقف نمودن يك موتور، به دور خود مي‌چرخد. يكي سنسور نوري معمولي در قسمت جلوي ربات و به سمت روبرو، بر روي آن نصب ميشود. با يك دور چرخش ربات به دور خود، اين سنسور قادر خواهد بود كل زمين مسابقه را پوشش دهد. با توجه به اينكه تنها منبع نوري در زمين مسابقه همان توپ است، پس هرجا كه سنسورِ جلوي ربات، نوري را دريافت كند، به اين معني خواهد بود كه توپ در راستاي مقابل ربات قرار دارد؛ و در نتيجه ربات بايد چرخش خود را متوقف كند و با روشن نمودن هر دو موتور مستقيم در همان راستا به طرف توپ حركت كند. تصاحب توپ، اولين گام براي حمله به سمت دروازه‌ي تيم مقابل است، و تيم‌ها به اين موضوع توجه ويژه‌اي نشان داده‌اند، از همين رو روش‌هاي متفاوتي براي اين موضوع تا كنون كشف و مورد استفاده قرار گرفته است. روشي كه در بالا شرح داده شد الگوريتم بسيار ساده‌اي است كه طبيعتاً كارايي بالايي هم ندارد و در حال حاضر كمتر تيمي با اين الگوريتم در مسابقات حاضر ميشود. بزرگترين مشكل اين روش، سرعت پايين آن براي تشخيص توپ و سپس به تصاحب درآوردن آن است. در ادامه با ساختاري آشنا خواهيم شد كه كارايي بسيار بالاتري نسبت به اين سيستم دارد و در حال حاضر يكي از متداول‌ترين سيستم‌هايي است كه در مسابقات مورد استفاده‌ي تيم‌هاي مختلف قرار مي‌گيرد.
در اين ساختار، سيستم حركت ربات به صورت چهار جهته (Omni Directional) است و ربات هيچگونه حركت چرخشي‌اي ندارد، و همواره در هر شرايطي، جلوي ربات به سمت زمين تيم مقابل است. همانطور كه مي‌دانيم، وقتي سيستمِ حركت ربات چهار جهته باشد، ربات بدون اينكه نياز به چرخش داشته باشد، مي‌تواند به هر سمتي كه نياز است حركت كند. در ادامه به دو سوال زير در مورد اين سيستم پاسخ مي‌دهيم:
1- روبات چگونه توپ را تشخيص مي‌دهد؟
2- روبات چگونه توپ را به تصاحب خود در مي‌آورد؟
در اين سيستم، بر دور تا دورِ ربات، سنسورهاي نوري به طوري تعبيه مي‌شوند كه ربات بتواند بدون چرخش، تمام نقاط زمين را زير پوشش قرار دهد. در اين سيستم ممكن است ده‌ها سنسور نوري معمولي در دور تا دور ربات نصب شود تا به اين طريق بتوان مطمئن شد كه تمام زمين زير پوشش چشم‌هاي ربات قرار مي‌گيرد. اين سنسورها همگي به ميكروكنترلر كه پردازنده‌ي مركزي ربات است متصل شده‌اند. به محض اينكه هر كدام از اين سنسورها، نوري دريافت كنند، ميكروكنترلر با توجه به محل نصب سنسور بر روي بدنه ربات، جايگاه توپ را در زمين مسابقه مشخص مي‌كند. مثلاً اگر سنسوري كه در سمت چپ ربات نصب شده است نوري را از توپ دريافت كند، پردازنده تشخيص مي‌دهد كه توپ در سمت چپ ربات واقع شده است.
در شكل زير نحوه‌ي نصب سنسورهاي نوري بر روي بدنه‌ي ربات نشان داده شده است.
همانطور كه مي‌بينيد، سنسورهاي نوري در يك محفظه‌ي تيره رنگي قرار گرفته‌اند كه نور فقط از روبه‌رو مي تواند وارد اين محفظه شود و به سنسور برسد، در حقيقت اين كار زاويه‌ي ديد سنسور را محدودتر مي‌كند. به نظر شما دليل اين عمل چيست؟
اما پيدا كردن توپ در زمين مسابقه، مرحله‌ي اول كار است، در مرحله‌ي بعدي ربات بايد سعي كند به سمت توپ حركت كند و آن را به تصاحب خود در بياورد.
همانطور كه گفته شد، همواره جلوي ربات بايد به سمت زمين تيم مقابل باشد و ربات هيچگونه حركت چرخشي‌اي ندارد. در نتيجه ربات براي تصاحب توپ در هر شرايطي، بايد سعي كند خود را به پشت توپ برساند، و سپس با حركت رو به جلو بايد توپ را همراه با خود تا زمين تيم مقابل حمل كند تا بتواند در فاصله‌ي مناسبي از دروازه‌ي حريف، توپ را به سمت آن شوت كند. در جلسه‌ي آينده ابتدا با مكانيزمي آشنا مي‌شويم كه ربات بتواند به كمك آن و بدون اينكه توپ را از خود جدا كند، آن را جابجا كند. سپس با مكانيزم ديگري آشنا خواهيم شد كه امكان شوت كردن توپ را براي ربات فراهم مي‌سازد. براي طراحي و استفاده از اين مكانيزم‌ها قوانين دقيق و محدوديت‌هايي در دفترچه‌‌ي قوانين ذكر شده است كه در جلسه‌ي آينده به آن‌ها نيز خواهيم پرداخت.
به دوستان عزيز پيشنهاد مي‌كنم براي آشنايي بيشتر با اين ربات‌ها و مسابقات آن‌ها، از اينترنت كمك بگيرند و از طريق سايت‌هاي جستجوگر، فيلم‌ها و عكس‌هايي در اين مورد پيدا كنند و ببينند. اين امر به درك بهتر موضوعات مطرح شده در جلسات ما بسيار كمك مي‌كند.
جلسه‌ي آينده 3شنبه‌ي هفته‌ي آينده بر روي سايت قرار خواهد گرفت.
پيروز باشيد
فراز اميرغياثوند، دوست شما