Πώς να φτιάξετε ένα ρομπότ; | Οδηγός βήμα προς βήμα και 5 κρίσιμα στοιχεία

Πώς να φτιάξετε ένα ρομπότ;

Θέμα συζήτησης: Διαδικασία κατασκευής ρομπότ και των βασικών του στοιχείων

Ανάπτυξη της ρομποτικής

Ο όρος "ρομπότ«Επινοήθηκε από τον Josef Capek το 1920, το οποίο αργότερα ο αδερφός του, ο Κάρελ, αναφέρεται σε ένα φανταστικό ανθρωποειδές στο έργο RUR

Ο όρος περιλαμβάνει ένα ευρύ φάσμα συσκευών, αλλά ένα ρομπότ, γενικά, είναι ένα μηχάνημα που μπορεί να ελέγχει τις ενέργειές του, να λαμβάνει αισθητηριακά σχόλια και να επεξεργάζεται πληροφορίες.

Τα ρομπότ είναι συνήθως προγραμματιζόμενα στη φύση και μπορούν να καθοδηγηθούν με συσκευές ελέγχου που είναι είτε εξωτερικές είτε ενσωματωμένες στο υλικό του ρομπότ.

Για να καταλάβουμε πώς να φτιάχνουμε ένα ρομπότ, πρέπει να περάσουμε από τα διάφορα στάδια ανάπτυξης της ρομποτικής. Οι Εβραίοι στην αρχαία περίοδο ήταν γνωστό ότι ετοίμαζαν σχέδια για ένα τεχνητό ον, το οποίο ονόμασαν golem. Ήταν γνωστό ότι βοηθούσε και βοηθούσε στην κουραστική και επαναλαμβανόμενη εργασία.

Επιπλέον, στο μέλλον, ο Λεονάρντο ντα Βίντσι είχε δημοσιεύσει το σχέδιο ενός μηχανικού ιππότη το 1495. Στη συνέχεια, το ρομπότ Televox του Westinghouse χτίστηκε το 1927 για να ακούει ανθρώπινες φωνητικές εντολές. Από τότε, υπήρξε πολύς τρόπος για να φτιάξετε ένα ρομπότ στο σημερινό κόσμο του Jetsons-εμπνευσμένη φαντασία, που έχει μια έννοια ρομπότ δυνατή για κάθε διαθέσιμη εργασία στη Γη.

Μηχανική σχεδίαση ρομπότ από τον Leonardo Da Vinci

Ωστόσο, δεν είναι εύκολο να κατανοηθεί κανείς πώς να φτιάξουμε ένα ρομπότ που μπορούμε ενδεχομένως να κατανοήσουμε. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά διαδικτυακά σεμινάρια που μας επιτρέπουν να αποκτήσουμε πρακτική εμπειρία στην κατασκευή πρωτόγονων ρομπότ παιχνιδιών που λειτουργούν με διάφορες αισθητηριακές πτυχές. Περιλαμβάνει ακόμη μια γνώση εμπειρογνωμοσύνης, ή τουλάχιστον, βασική γνώση κωδικοποίησης.

Κρίσιμα συστατικά ενός ρομπότ

Η δομή του ρομπότ είναι κυρίως μηχανική, η οποία είναι γνωστή ως κινηματική αλυσίδα, επειδή η λειτουργικότητά της είναι παρόμοια με αυτήν ενός ανθρώπινου σκελετού. Η αλυσίδα περιλαμβάνει συνδέσμους ισοδύναμους με τα οστά, ενεργοποιητές που είναι ισοδύναμοι με τους μυς και αρθρώσεις που καθορίζουν τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας.

Τα ρομπότ χρησιμοποίησαν ανοιχτές σειριακές αλυσίδες, καθώς όλα τα ρομπότ συνδέονται μεταξύ τους με αυτόν τον σύνδεσμο. Ρομπότ που έχουν την εφαρμογή ενός παραποιητής συνήθως έχουν ένα τερματικό τελεστές τοποθετημένο στον τελευταίο σύνδεσμο, που ονομάζεται επίσης καρπός του χειριστή. Αυτός ο τελικός τελεστής μπορεί να έχει διάφορα σχήματα και μεγέθη σχετικά με τη χρήση του στη διαχείριση του περιβάλλοντος.

Τα πέντε βασικά στοιχεία παρατίθενται παρακάτω και η σχέση τους απεικονίζεται επίσης ως εξής:

Παραποιητής

Το ρομπότ αποτελείται από έναν χειριστή που περιλαμβάνει πολλούς συνδέσμους και συνδέσμους ισοδύναμους με αυτόν ενός ανθρώπινου βραχίονα, ο οποίος παρέχει τη βάση υλικού του μηχανήματος.

Τέλος-τελεστής

Η βάση του χειριστή, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, έχει σταθερή υποστήριξη και έχει και άλλα ελεύθερα που λειτουργούν ως καρπός. Αυτός ο καρπός είναι συνήθως προσαρτημένος στο ακραίο τελεστικό, το οποίο γενικά εξυπηρετεί τη διάταξη παλάμης και δακτύλου ενός ανθρώπινου βραχίονα.

Ενεργοποιητής

Οι μύες είναι σε θέση να παρέχουν τη δύναμη για την κίνηση του βραχίονα, την παλάμη και τα δάχτυλα στα ανθρώπινα όντα, η οποία γίνεται από τους ενεργοποιητές στην περίπτωση των ρομπότ. Αυτοί οι ενεργοποιητές είναι συνήθως κινητήρες και είναι 3 τύποι ανάλογα με την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται: Ηλεκτρικό, Υδρολικό ή Πνευματικό αντίστοιχα.

ελεγκτής

Ο ψηφιακός υπολογιστής, συμπεριλαμβανομένου του υλικού και του λογισμικού του, λειτουργεί ως ελεγκτής του ρομπότ. Ο ελεγκτής του ρομπότ είναι ανάλογος με τον ανθρώπινο εγκέφαλο στη συνολική λειτουργία του. Βοηθά το ρομπότ να εκτελεί όλες τις ανατεθείσες εργασίες. Η κίνηση του χειριστή και του τελικού τελεστή κατευθύνεται και ελέγχεται από αυτόν τον ελεγκτή. Συνήθως αυτοί είναι είτε μικροελεγκτές είτε μικροεπεξεργαστές. Με άλλα λόγια, ο ελεγκτής καθορίζει όλες τις ενέργειες του ρομπότ.

Αισθητήρες

Ο εγκέφαλος δεν μπορεί να επεξεργαστεί πληροφορίες, εκτός εάν λάβει τις ίδιες που παρέχονται από τα όργανα αισθήσεων. Έτσι, η νοημοσύνη του εγκεφάλου δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Ομοίως, ο ελεγκτής του ρομπότ δεν μπορεί να εκτελέσει την πορεία δράσης μέσω επιθυμητών εντολών. λαμβάνει πληροφορίες από τους αισθητήρες για το αντιληπτό περιβάλλον. Έτσι, το πέμπτο και πιο σημαντικό στοιχείο του ρομπότ είναι διάφοροι αισθητήρες για πληροφορίες και δεδομένα από το περιβάλλον. Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφορετικών παραμέτρων όπως η θέση, η ταχύτητα, η δύναμη, η ροπή, η εγγύτητα, η θερμοκρασία κ.λπ.

Πώς να φτιάξετε ένα ρομπότ;

Προσδιορίστε την πρόθεση

Πρώτον είναι να έχουμε πρόθεση για το πώς να φτιάξεις ένα ρομπότ. Αυτό θα δημιουργήσει αυτόνομη τέχνη στην παραλία; Θα είναι ένας σύντροφος στο σπίτι που ξέρει νέα πράγματα εξελιγμένης συναισθηματικής νοημοσύνης; Ενθαρρύνετε την περιέργεια στην εκπαίδευση STEM; Βελτιστοποίηση διαδικασιών στην εφοδιαστική αλυσίδα παραγωγής; Δεν υπάρχει όριο στη δημιουργική σκέψη, αν και η αρχή πρέπει να είναι αρκετά απλή.

Συχνά, αυτά που εξυπηρετούν έναν μόνο σκοπό είναι τα πιο αποτελεσματικά ρομπότ. Ανεξάρτητα, δεν είναι εύκολο να δημιουργήσετε μια καλή δημιουργία χωρίς συγκεκριμένο σκοπό.

Επιλέξτε την πλατφόρμα

Δεύτερον, καθορίστε ποιο λειτουργικό σύστημα πρόκειται να τρέξει στο ρομπότ σας. Εάν σχεδιάζετε ένα ρομπότ αυτοκινήτων ή ένα υπολογιστικό ρομπότ εξαρτάται από την επιλογή του σωστού λειτουργικού συστήματος. Τα Windows 10, κυρίως λόγω της σύγκρισής τους με τις λύσεις AI της Microsoft, διαγράφουν το Linux για ρομποτική που προορίζεται για καθημερινή χρήση.

Συγκριτικά, με ελάχιστη εμπειρία προγραμματισμού, τα Windows 10 είναι φιλικά προς τον χρήστη και γρήγορη εκτέλεση. Θα επιλέξετε το λειτουργικό σύστημα που κάνει το ρομπότ σας ζωντανό μέχρι να αποφασίσετε τι είδους ρομπότ θέλετε να δημιουργήσετε.

Κατασκευάστε τον εγκέφαλο

Η κατασκευή της κεντρικής μονάδας εντολών του ρομπότ σας είναι το επόμενο και ίσως το πιο κρίσιμο βήμα. Αυτό λειτουργεί ως το θεμέλιο που υποστηρίζει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά του ρομπότ, είτε πρόκειται για φωνητική γνώση, έκφραση, αναγνώριση προσώπου, ανίχνευση κίνησης ή άλλη ικανότητα.

Εξίσου απαραίτητο με ένα φορητό, συνδεδεμένο στο Διαδίκτυο υλικό, ο πυρήνας αυτού του «εγκεφάλου» μπορεί να είναι. Raspberry Pi, έναν οικονομικό αυτοπρογραμματιζόμενο μικροϋπολογιστή και LattePanda, η πρώτη προεγκατεστημένη πλακέτα κατασκευαστή με ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα Windows 10, είναι τυπικές εκδόσεις, προσφέροντας στην ίδια διεπαφή χρήστη έναν τυπικό υπολογιστή με Windows

Το LattePanda είναι σε μέγεθος παλάμης, με βάση την Intel και διαθέτει δυνατότητα Arduino, επιτρέποντας σε έναν επεξεργαστή για πρωτότυπα ρομποτικής να βελτιώσει, να δημιουργήσει και να προσαρμόσει την κωδικοποίηση. Τα θετικά νέα είναι ότι το LattePanda δεν προορίζεται αποκλειστικά για προγραμματιστές εφαρμογών - οι εκπαιδευτικοί και οι δημιουργοί μπορούν να το χρησιμοποιήσουν με τους αναλυτικούς οδηγούς.

Αναπτύξτε το κέλυφος

Στο επόμενο βήμα για το πώς να δημιουργήσετε ένα ρομπότ, οι δυνατότητες που έχετε δημιουργήσει για το ρομπότ σας θα καθορίσουν ποια φυσικά χαρακτηριστικά χρειάζεται. Π.χ. ο εγκέφαλος θα πρέπει να συμμορφώνεται με έναν σαρωτή λέιζερ, οδηγούς κινητήρα και αισθητήρες αφής εάν σχεδιάζετε ένα ρομπότ καθαρισμού που χρειάζεται όραμα. Εάν το ρομπότ θέλει να συνδεθεί με άλλους υπολογιστές, βεβαιωθείτε ότι ο εγκέφαλος μπορεί να χειριστεί τη συνδεσιμότητα μηνυμάτων.

Ηλεκτρονικά - Η τυπική ρύθμιση Arduino

Η ηλεκτρονική ενότητα αντιπροσωπεύει τον μικροελεγκτή και άλλα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα για τη συμπλήρωση του μηχανικού υλικού. Ο μικροελεγκτής είναι ένα τυπικό Arduino που χρησιμοποιείται σε αυτό το παράδειγμα.

Arduino Uno; Πηγή εικόνας: SparkFun Ηλεκτρονικά από Boulder, ΗΠΑ, Arduino Uno - R3CC-BY 2.0

Η λίστα των απαιτούμενων στοιχείων μπορεί να δει παρακάτω:

  • An Arduino πλακέτα μικροελεγκτή: Ο εγκέφαλος / υπολογιστής / ελεγκτής του ρομπότ που έχει προγραμματιστεί.
  • Ένα ψωμί: Απαιτείται σύνδεση καλωδίων χωρίς συγκόλληση.
  • Ενα σύνολο καλώδια αλτών.
  • Ένας οδηγός κινητήρα για κάθε κινητήρα: Απαιτείται για τον ασφαλή έλεγχο των κινητήρων.
  • Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες: Δεν θα χρησιμοποιείτε μπαταρίες μίας χρήσης εάν ανησυχείτε για το ρομπότ σας.
  • Εγκατάσταση φορτιστή μπαταρίας: Απαιτείται ειδικός πίνακας διακοπής φόρτισης μπαταρίας.
  • Ένας ρυθμιστής τάσης (buck ή boost): Ο ρυθμιστής τάσης με βάση το Arduino.
  • Μια ενότητα επικοινωνίας (προαιρετική): Το ρομπότ σας μπορεί να είναι πλήρως αυτόνομο ή προγραμματισμένο. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι θέλουν να μπορούν να ελέγχουν από απόσταση το ρομπότ τους ή τουλάχιστον να το συνδέουν για καταγραφή δεδομένων μέσω Bluetooth ή Wi-Fi.
  • Διάφορες αντιστάσεις, πυκνωτές, LED κ.λπ. Λίγα από τα εξαρτήματα θα χρειαστούν κάποια εξωτερικά εξαρτήματα για να λειτουργήσουν και είναι επίσης χρήσιμο να έχουμε κάποια LED για να δούμε τι συμβαίνει.
  • Κολλητήρι.

Μηχανικός

Το μηχανικό τμήμα εξηγεί την ανάπτυξη ενός πλαισίου ή βάσης για τον τρόπο κατασκευής ρομπότ. 3 πιθανές επιλογές έχουν συζητηθεί παρακάτω.

  • Ένα συμβατικά σχεδιασμένο πλαίσιο μπορεί να αγοραστεί για ένα άνετο επίπεδο κατασκευής υλικού, αν και το κόστος είναι κάπως υψηλό για αυτό που έχουμε.
  • Το πλαίσιο μπορεί να είναι τρισδιάστατο για προσαρμοσμένο σχεδιασμό που είναι ευέλικτο και προηγμένο σύμφωνα με τις απαιτήσεις. Μια τέτοια δομή μπορεί να έχει κόστος μεσαίου επιπέδου και η δυσκολία κατασκευής ποικίλλει αναφορικά με τη μοναδικότητα του σχεδιασμού.
  • Αν ψάχνετε για κάτι πολύ δροσερό, θα πρέπει να θυμάστε την κοπή με λέιζερ. Αν και το βασικό υλικό (ξύλο) είναι πολύ φθηνό για την κατασκευή διαφόρων πρωτοτύπων, η πρόσβαση στον εξοπλισμό είναι δύσκολη δουλειά.

Προγραμματισμός ρομπότ

Αφού κατανοήσουμε πώς να δημιουργήσουμε ένα ρομπότ από την οπτική γωνία του υλικού, το ερώτημα που έχουμε είναι πώς να προγραμματίσουμε το ρομπότ. Αυτή η ερώτηση υπόκειται στην απάντηση για το ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την κατασκευή του ρομπότ. Ένα αυτόνομο ρομπότ θα μπορούσε να απαιτεί κάποιες δεξιότητες μηχανικής εκμάθησης ή οποιοδήποτε βαθμό τεχνητής νοημοσύνης, το οποίο απαιτεί διαφορετική γλώσσα προγραμματισμού από ένα ρομπότ που έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μόνο μερικές λειτουργίες.

Για αρχάριους, αυτό που ουσιαστικά χρειάζεστε στη ρομποτική είναι να παρέχετε προγραμματιζόμενο υλικό ή προ-προγραμματισμένες ενότητες λογισμικού. Στη συνέχεια, μπορείτε να προγραμματίσετε αυτές τις λειτουργίες που θα εκτελεστούν. Μία ή περισσότερες γλώσσες προγραμματισμού, όπως C / C ++, Python, LISP ή Java, θα πρέπει να μελετηθούν και στις δύο περιπτώσεις.

Εάν ακόμη και η πιο απλή εργασία ρομπότ λογισμικού / υλικού πρόκειται να εκτελεστεί, απαιτείται προγραμματισμός. Συνιστάται να εξοικειωθείτε με γλώσσες όπως το MATLAB όταν προχωράτε περαιτέρω για να επιτρέψετε την πλήρη διαχείριση και έλεγχο του ρομπότ σας.

Η αναγνώριση εικόνας και η επεξεργασία φυσικής γλώσσας είναι μεταξύ των σημαντικότερων προκλήσεων που πρέπει να επιλύσει ο ρομποτικός για να σχεδιάσει ρομπότ που μιμείται την ανθρώπινη συμπεριφορά. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν τον οδηγό προγραμματισμού για τη ρομποτική με έναν απλό αλγόριθμο για την προστασία του σπιτιού ή του γραφείου μας εφαρμόζοντας ένα ρομπότ που αναγνωρίζει πρόσωπα χρησιμοποιώντας μια συνδεδεμένη κάμερα.

Πώς προγραμματίζετε ένα τέτοιο ρομπότ λογισμικού;

  • Ένας αισθητήρας κίνησης είναι τοποθετημένος στην μπροστινή πόρτα και συνδέεται με μια οθόνη υπολογιστή.
  • Στη συνέχεια λέτε ότι ο αισθητήρας κίνησης, όταν κάποιος βρίσκεται στην είσοδο, για να ενεργοποιήσετε την κάμερα.
  • Η κάμερα θα χρησιμοποιηθεί για να τραβήξει μια φωτογραφία του προσώπου του ατόμου ως είσοδο.
  • Αναζητάτε την εικόνα για ένα συγκεκριμένο σύνολο χαρακτηριστικών.
  • Στη συνέχεια εξισώνετε αυτά τα χαρακτηριστικά με μια βιβλιοθήκη γνωστών προσώπων.
  • Ανοίγεις την πόρτα αν βρεις έναν αγώνα.
  • Εάν δεν υπάρχει άνεμος, ξεκινάτε κάνοντας ένα άλλο είδος δράσης.
Ανίχνευση εικόνας; Πηγή εικόνας: Ο Τζίμι απαντά στις ερωτήσεις.jpgWikimania2009 Παράγωγο έργο Beatrice Murch: Σύλενιος (ομιλία), Ανίχνευση προσώπουCC-BY 3.0

Δεν έχει σημασία ποια γλώσσα προγραμματισμού πρόκειται να χρησιμοποιήσετε για το λογισμικό του προγράμματος για την εκτέλεση αυτής της σειράς εντολών. Εάν η κατάσταση ενεργοποίησης είναι σε ισχύ, ο πρώτος αλγόριθμος προγραμματισμού ρομποτικής μπορεί να εκτελέσει επανειλημμένα τα παραπάνω μέτρα, δηλαδή, κάποιος ενεργοποιεί τον αισθητήρα κίνησης στην μπροστινή πόρτα.

Σχετικά με την Esha Chakraborty

Έχω ένα υπόβαθρο στην Αεροδιαστημική Μηχανική, επί του παρόντος εργάζομαι για την εφαρμογή της Ρομποτικής στην Άμυνα και τη Διαστημική Επιστήμη Βιομηχανία. Είμαι συνεχής μαθητής και το πάθος μου για τις δημιουργικές τέχνες με κάνει να τείνω να σχεδιάζω νέες ιδέες μηχανικής.
Με τα ρομπότ να αντικαθιστούν σχεδόν όλες τις ανθρώπινες ενέργειες στο μέλλον, θέλω να φέρω στους αναγνώστες μου τις θεμελιώδεις πτυχές του θέματος με έναν εύκολο αλλά ενημερωτικό τρόπο. Μου αρέσει επίσης να ενημερώνω ταυτόχρονα τις εξελίξεις στον κλάδο της αεροδιαστημικής.

Συνδεθείτε μαζί μου με το LinkedIn - http://linkedin.com/in/eshachakraborty93

Lambda Geeks