سرفصل مطالب:

 

۱-مقدمه

۲-نمونه ربات‌های AGVs تجاری شده در دنیا

۳- اجزای مختلف ربات هدایت شونده خودران

۴- انواع روش‌های ناوبری و هدایت ربات‌های AGVs

۵- انواع مکانیزم‌های هدایت و فرمان در ربات‌های خودران

۶- انواع روش‌های تامین توان الکتریکی مورد نیاز AGVs

۷- انواع سنسورهای استفاده شده در وسایل نقلیه هدایت شونده خودران (AGVs)

۸- پیش بینی اندازه بازار ربات‌های هدایت شونده خودران (AGVs)

۹- اعلام آمادگی شرکت ربات سازان جهت جذب سرمایه گزار به منظور طراحی و ساخت ربات‌های هدایت شونده خودران

۱۰- جمع بندی

 

 

۱- مقدمه

امروزه استفاده از ربات‌های متحرک هدایت شونده خودکار یا وسایل نقلیه هدایت شونده خودران (Automated guided vehicle – AGVs) در صنایع مختلف به سرعت در حال گسترش می‌باشد. وسیله نقلیه هدایت شونده خودران به رباتی اطلاق می‌شود که قادر است به صورت خودران و بدون دخالت انسان در محیط به ناوبری و پیمایش مسیرهای از پیش تعیین شده بپردازد. کاربرد اصلی ربات‌های AGVs در صنعت، حمل بار بین نقاط مختلف است. از این ربات‌ها در صنایع مختلف از جمله انبارداری، حمل مرسولات پستی درون شهری، رستوران‌ها، فروشگاه‌های زنجیره‌ای و … و بسیاری از مکان‌ها و صنایعی که انجام کارهای پرتکرار برای انسان سخت و خسته‌کننده می‌باشد استفاده می‌شود.

 

۲- نمونه ربات‌های AGVs تجاری شده در دنیا

۲–۱– ربات چاک (Chuck)

شرکت‌های زیادی در سرتاسر دنیا در حال توسعه، تجاری‌سازی و عرضه وسایل نقلیه هدایت شونده خودران (AGVs) می‌باشند. یکی از این ربات‌ها با نام تجاری چاک (Chuck) ساخت شرکت 6 RIVER SYSTEMS می‌باشد که از تکنیک‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به منظور ناوبری (Navigation) در محیط هدف استفاده می‌کند. نمونه‌هایی از این ربات AGV در شکل ۱ نمایش داده شده است.

ربات چاک همانند خودروهای خودران با استفاده از دوربین و سنسور لیدار با اسکن محیط و بدست آوردن ابرنقاط، نقشه محیطی که قرار است در آن ناوبری داشته باشد را بدست آورده و بدون نیاز به هیچ گونه تغییرات ساختاری در محیط، قادر به فعالیت می‌باشد. این وسیله نقلیه هدایت شونده خودران توانایی تعامل با انسان را دارا می‌باشد (Human-robot interaction). به عنوان مثال می‌تواند در یک فروشگاه زنجیره‌ای مشتری را به سمت کالای مورد نظر خود هدایت کند.

 

۲–۲– ربات آجیلاکس (Agilox)

ربات خودران هوشمندی که در شکل ۲ نمایش داده شده است ساخت شرکت Agilox می‌باشد. این ربات سری پیشرفته تری از ربات‌های AGV با نام IGV یا Intelligent Guided Vehicle می‌باشد. ربات‌های آجیلاکس براساس هوش جمعی (Swarm Intelligence) طراحی شده‌اند بدین معنی که می‌توانند علاوه بر اینکه به صورت کاملا مستقل عمل نمایند، در یک محیط کاملا تعاملی و بدون نیاز به کنترلر خارجی با یکدیگر تعامل و تبادل اطلاعات کنند و اطلاعات محیط و سفارشات ثبت شده را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. از این ربات در سیستم‌های انباری‌داری بزرگ استفاده می‌شود که نیازمند تبادل حجم زیادی از کالاها در مسیرهای متنوع می‌باشد.

 

۲–۳– ربات ASTI

از ربات هدایت شونده خودکار ATSI می‌توان برای حمل کالاها در انبارها و کارخانه‌ها استفاده نمود. ربات ATSI را می‌توانید در شکل ۳ مشاهده نمایید.

 

۳- اجزای مختلف ربات هدایت شونده خودران

شکل ۴ قسمت‌های اصلی یک ربات هدایت شونده خودکار را نمایش داده است. ربات شکل ۴ از اجزای زیر تشکیل شده است.

۱- چرخ‌های اکتیو: در وسط و دو طرف ربات دو عدد چرخ قرار دارد که به موتور الکتریکی متصل شده‌اند از این رو به آن‌ها چرخ‌های اکتیو می‌گویند چراکه نیروی حرکتی ربات را تامین می‌نمایند.

 

۲- چرخ‌های پسیو: در جلو و عقب ربات ۴ عدد چرخ قرار دارد که تنها وظیفه نگه داشتن ربات را برعهده دارند و به صورت هرزگرد می‌باشند از این رو به آن‌ها چرخ‌های پسیو اطلاق می‌شود.

 

۳- درایور موتور: درایور موتور وظیفه کنترل گشتاور و سرعت موتورها را برعهده دارد که به صورت مستقیم از کنترلر مرکزی فرمان می‌گیرد. شرکت ربات سازان با بیش از ۷ سال فعالیت در حوزه طراحی و ساخت انواع درایورهای موتورهای الکتریکی دو عدد محصول با نام‌های PMD90 و AMD60 تجاری سازی کرده است که انتخاب‌های مناسبی برای راه اندازی موتورهای الکتریکی در ربات‌های هدایت شونده خودکار می‌باشند. لازم به ذکر است که شرکت‌هایی همچون حک فلز مشهد، سایپا سیتروئن و … جهت طراحی و ساخت ربات‌های هدایت شونده خودکار خود از این محصولات استفاده می‌کنند و از مشتریان شرکت ربات سازان می‌باشند.

 

۴- باتری‌ها: باتری‌ها وظیفه تامین انرژی لازم جهت حرکت ربات را برعهده دارند. مطابق شکل ۴ باتری‌ها به صورت متقارن در جلو و عقب ربات قرار گرفته‌اند تا باعث نگه داشتن مرکز ثقل ربات در مرکز و روی چرخ‌های اکتیو شوند.

 

۵- سیستم مدیرت شارژ باتری‌ها یا BMS: سیستم مدیریت شارژ باتری یا BMS با مدیریت و مانیتور کردن باتری‌های قابل شارژ باعث عملکرد ایمن و بهینه آن‌ها می‌شود. بی-ام-اس با مانیتور کردن ولتاژ، جریان، دما و توان مصرفی هر یک از باتری‌ها (یا سلول‌ها در باتری‌های لیتیوم) وظیفه شارژ و دیس شارژ کل پک باتری را برعهده دارد. از آنجایی که در یک پک باتری، باتری‌ها به صورت سری -موازی قرار گرفته‌اند، BMS با اندازه‌گیری ولتاژ، جریان و دمای هر سلول و ارسال آن‌ها به کنترلر مرکزی هر گونه خرابی در پک باتری را تشخیص می‌دهد.

 

۶- سنسور هدایت مغناطیسی: سنسور هدایت مغناطیسی وظیفه تشخیص مسیر مغناطیسی تعبیه شد در کف محیطی که قرار است ربات در آن پیمایش کند را برعهده دارد. با استفاده از این سنسور ربات در مسیرهای از پیش تعیین شده پیمایش می‌کند. انواع مختلف دیگری از سنسورها و دوربین‌ها در ربات‌های هدایت شونده خودکار به کار گرفته می‌شوند که در ادامه مقاله به تشریح آنها خواهیم پرداخت.

 

۷- کنترلر مرکزی: کنترلر مرکزی با برقراری ارتباط با کلیه المانها و سنسورها ربات وظیفه کنترل و هدایت ربات را برعهده دارد.

 

۸- شاسی ربات: کلیه چرخ‌ها و باتری‌ها و سایر ادوات الکترونیکی بر روی شاسی ربات نصب می‌شوند. شاسی ربات از متریال‌های سخت و سبک به منظور افزایش استحکام و کاهش وزن ربات ساخته می‌شود.

 

شکل ۴ اجزای اصلی یک ربات AGV ساده را نشان داده است. در ربات‌های پیشرفته‌تر از انواع مختلفی دیگری از اجزا و سنسورها جهت ناوبری ربات در محیط استفاده می‌شود.

 

۴- انواع روش‌های ناوبری و هدایت ربات‌های AGVs

ربات‌های هدایت شونده خودکار از روش‌های مختلفی به منظور ناوبری در محیط بهره می‌گیرند که در ادامه به توضیح رایج ترین روش‌های ناوبری ربات‌های AGVs می‌پردازیم.

 

۴–۱– ناوبری به روش لیزری (Laser Navigation)

روش ناوبری لیزری براساس اصل مثلث‌بندی (triangulation) عمل می‌نماید. به این صورت مطابق شکل ۵ یک سری صفحات انعکاس دهنده (شبیه آینه) در محیطی که قرار است ربات AGV در آن ناوبری کند نصب می‌شوند. سپس ربات با انتشار اشعه‌های لیزری به سمت آن‌ها و دریافت اشعه بازتابیده شده با اندازه‌گیری زوایه بین آن‌ها موقعیت ربات را در محیط تخمین زده و عملیات ناوبری را انجام می‌دهد.

 

در جدول ۱ مزایا و معایت ناوبری رباتهای AGVs به روش لیزی آورده شده است.

 

جدول ۱: مزایا و معایت ناوبری به روش لیزی

مزایا	معایب
دقت بالا	حساس به نور خورشید
قابلیت ناوبری با سرعت بالاتر	هزینه بالای تجهیزات و صفحات انعکاس دهنده
قابلیت تغییر مسیر حرکت بدون نیاز به تغییرات محیطی	تنها برای محیط‌های بدون مانع کارایی دارد

 

۴–۲– ناوبری از طریق نصب نوارهای مغناطیسی (Magnetic Tape Navigation)

در این روش با نصب نوارهای مغناطیسی در کف محیط امکان ناوبری در مسیرهای از پیش تعیین شده فراهم می‌شود. ربات AGV با دریافت سیگنال‌های مغناطیسی القایی از نوار به وسیله سنسور مغناطیسی تعبیه شده بر روی ربات، عملیات دنبال کردن مسیر مغناطیسی را انجام می‌دهد.

 

جدول ۲: مزایا و معایت ناوبری به روش نصب نوار مغناطیسی

مزایا	معایب
سادگی نصب با استفاده از حداقل تجهیزات	از آنجاییکه نوارها در معرض محیط قرار دارند امکان آسیب مکانیکی و آلودگی وجود دارد
عدم تاثیر پذیری از نور و صدای محیط	برای جلوگیری از رد شدن ربات از روی نوار در گوشه‌ها باید نوار را به صورت ناپیوسته نصب کرد که این خود باعث کاهش پایداری در ناوبری می‌شود.
به راحتی می‌توان مسیرها را اصلاح کرد و یا گسترش داد	نوارها باعث جذب مواد مغناطیسی اطراف به خود می‌شوند.

 

 

۴–۳– ناوبری از طریق نصب میخ‌های مغناطیسی در زیر کف محیط (Magnetic Nail Navigation)

میخ‌های مغناطیسی شبیه نوارهای مغناطیسی کار می‌کنند با این تفاوت که آن‌ها در زیر کف محیط نصب می‌شوند. روش ناوبری نیز مشابه روش ناوبری با نوار مغناطیسی می‌باشد با این تفاوت که در روش ناوبری با نوار تشخیص به صورت متناوب بوده ولی در روش ناوبری با میخ مغناطیسی تشخیص باید به صورت پیوسته انجام شود. بنابراین فاصله بین میخ‌ها نباید بیش از حد زیاد باشد. معمولا در این روش فاصله بین میخ‌ها به صورت پیوسته اندازه‌گیری می‌شود بنابراین این روش نیازمند نصب انکودر بر روی چرخ‌ها می‌باشد.

 

جدول ۳: مزایا و معایت ناوبری به روش نصب میخ‌های مغناطیسی

مزایا	معایب
هزینه پیاده سازی کم	آسیب زدن مکانیکی به کف محیط
نصف میخ‌ها در زیر زمین	دشواری اصلاح و گسترش مسیرها
میخ‌های مغناطیسی در برابر اسید، روغن و … مقاومت هستن و می‌توان از این روش در کاربردهای محیط باز نیز استفاده کرد	تاثیر پذیری از مواد مغناطیسی پیرامون

 

 

۴–۴– ناوبری الکترومغناطیسی (Electromagnetic Navigation)

ناوبری الکترومغناطیسی جزء روش‌های ناوبری سنتی و قدیمی است. این روش ناوبری در محیط‌هایی با شرایط کاری خاص استفاده می‌شود. از جمله در محیط‌هایی که نیازمند ناوبری در مسیرهای تنگ، ناوبری در محیط‌های با دمای بالا و ناوبری در مسیرهایی که نیازمند پیماش کاملا مستقیم هستند استفاده می‌شود. در این روش سیم‌هایی فلزی در زیر کف قرار می‌گیرند و به وسیله یک مولد فرکانس یک فرکانس هدایتی الکترومغناطیسی در طول مسیر تولید می‌کنند. سنسور تعبیه شده بر روی ربات AGV سیگنال با فرکانس هدایتی مورد نظر را دریافت کرده و از آن برای ناوبری استفاده می‌کند.

 

جدول ۴: مزایا و معایت ناوبری به روش نصب میخ‌های مغناطیسی

مزایا	معایب
هزینه پیاده سازی کم	نیازمند تجهیزات برای تولید سیگنال الکترومغناطیسی
ناوبری با دقت بالا	آسیب رساندن به کف محیط
مناسب برای کاربردهای داخلی و یا محیط باز	دشواری اصلاح و گسترش مسیرها

 

۴–۵– ناوبری به روش رینجینگ (Ranging Navigation)

در این روش ناوبری، ربات AGV با استفاده از یک اسکنر لیزری دو بعدی و یا سه بعدی (سنسورهای LiDAR) محیط اطراف خود را اسکن کرده و در هر لحظه یک ابر نقاط از محیط ایجاد می‌کند. سپس ربات با استفاده از این ابر نقاط و به کارگیری الگوریتم‌های Navigation به ناوبری در محیط می‌پردازد. از انواع روش‌های هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، یادگیری عمیق و … به منظور ناوبری خودران ربات در محیط استفاده می‌شود.

 

جدول ۵: مزایا و معایت ناوبری به روش رینجینگ

مزایا	معایب
نیازی به صفحه‌های انعکاس دهنده و سایر مارکرهای مصنوعی ندارد	گران بودن اسکنرهای ۲ بعدی و ۳ بعدی در حال حاضر
کاهش زمان نصب و پیاده سازی
عدم صدمه زدن به محیط

 

 

۴–۶– ناوبری به روش طبیعی و با استفاده از دوربین و سنسور لیدار

در ناوبری به روش طبیعی ربات با استفاده از اسکنرهای لیداری و دروبین‌ها موقعیت محلی خود را در نقشه مجازی از پیش برنامه ریزی شده برروی ربات پیدا کرده و به کمک انواع الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین مسیر هدف را دنبال کرده و به ناوبری در محیط می‌پردازد.

 

۴–۷– ناوبری هایبرید

در روش ناوبری هایبرید از ترکیب چند روش ناوبری ذکر شده در بالا به منظور ناوبری در محیط استفاده میشود. معمولا رباتهای پیشرفته از روش ناوبری هایبرید استفاده می‌کنند.

 

۵- انواع مکانیزم‌های هدایت و فرمان در ربات‌های خودران

به طور کلی چهار روش پایه به منظور درایو و هدایت ربات‌های AGVs وجود دارد.

 

۵–۱– درایو و هدایت به وسیله چهار چرخ اکتیو

در روش اول که در شکل ۱۰ نمایش داده شده است از چهار چرخ اکتیو (به چرخی که به یک موتور الکتریکی متصل است چرخ اکتیو می‌گویند.) به منظور درایو و هدایت ربات استفاده می‌شود. در این روش ربات می‌تواند در جا گردش کرده و کمترین فضا را به منظور دور زدن اشغال می‌کند. این روش نیازمند ۴ موتور الکتریکی می‌باشد که باید به صورت مستقل به هر یک از چرخ‌ها متصل ‌شوند.

 

همچنین در ربات‌های AGVs پیشرفته‌تر به جای چهار چرخ معمولی از چهار چرخ مکانوم استفاده می‌شود. برای آشنایی با مکانیزم چرخ مکانوم به مقاله آموزشی «کنترل چرخ مکانوم» مراجعه فرمایید. در این روش درایو و هدایت که در شکل ۱۱ نشان داده شده است ربات قادر است بدون تغییر جهت راستای خود در جهت‌های مختلف به ناوبری بپردازد. از این روش در مکان‌هایی که به شدت محدودیت فضا دارند استفاده می‌شود.

 

یکی از ربات‌های تجاری ساخته شده به روش درایو و هدایت به وسیله چرخ مکانوم، ربات غول پیکر شرکت KUKA می‌باشد که از آن برای حمل قطعات هواپیما و سایر قطعات در سوله‌های بزرگ استفاده می‌شود. در این ربات به منظور تحمل وزن بیشتر از تعداد بیشتری چرخ مکانوم استفاده شده است.

 

۵–۲– درایو و هدایت به وسیله ۲ چرخ اکتیو و ۴ چرخ پسیو

در این روش درایو و هدایت که در شکل ۱۳ نمایش داده شده است از ۲ چرخ اکتیو در مرکز ربات و ۴ چرخ پسیو (چرخ هرزگردی که به موتور الکتریکی متصل نیست) در جلو و عقب ربات استفاده شده است. در این روش درایو و هدایت نیز ربات قادر است حول مرکز خود دوران نماید.

 

ربات شکل ۱۴ ساخت شرکت Roboteq از این مکانیزم درایو و هدایت پیروی می‌کند.

 

به عنوان روشی جایگزین و ساده‌تر در برخی از ربات‌ها از دو چرخ اکتیو در جلوی ربات و دو چرخ پسیو در عقب ربات استفاده می‌شود که این روش درایو و هدایت در شکل ۱۵ نمایش داده شده است.

 

۵–۳– درایو و هدایت به وسیله یک چرخ اکتیو فرمان پذیر و دو چرخ پسیو

در این روش با استفاده یک چرخ اکتیو Steerable عملیات درایو و هدایت ربات AGV انجام می‌شود. چرخ Steerable که مکانیزم آن در شکل ۱۶ نمایش داده شده است قادر است علاوه بر چرخش حول محور موتور، حول محور عمود بر موتور نیز دوران کند.

 

روش درایو و هدایت با استفاده از یک چرخ اکتیو Steerable و دو چرخ پسیو در شکل ۱۷ نمایش داده شده است.

 

۵–۴– درایو و هدایت به وسیله دو چرخ اکتیو کوپل شده به یک موتور در عقب ربات و دو چرخ کوپل شده Steerable در جلوی ربات

این روش شبیه روش درایو و هدایت در وسایل نقلیه رایج می‌باشد. نیروی پیش ران ربات از طریق دو چرخ کوپل شده به یک موتور الکتریکی در عقب ربات تامین می‌شود. همچنین به وسیله دو چرخ کوپل شده پسیو در جلوی ربات عملیات هدایت صورت می‌پذیرد. این مکانیزم درایو و هدایت در شکل ۱۸ نمایش داده شده است.

 

۶– انواع روش های تامین توان الکتریکی مورد نیاز AGVs

تامین توان الکتریکی مورد نیاز AGVs به دو روش صورت می‌پذیرد.

 

۶–۱– روش مبتنی بر باتری

در این روش باتری‌هایی قابل شارژ بر روی ربات قرار می‌گیرند. معمولا یک مرتبه شارژ شبانه باتری به منظور ناوبری بدون وقفه در طول روز کافی می‌باشد. در خطوط تولیدی که به صورت سه شیفت در حال فعالیت هستند مهمترین چالش تامین شارژ باتری‌ها می‌باشد. یک روش افزایش تعداد باتری سوار شده بر روی ربات است. روش دیگر استفاده از ربات‌های بیشتر در خط تولید است تا بتوان عملیات ناوبری را به صورت مداوم انجام داد. هر دو روش ذکر شده هزینه اجرا و پیاده‌سازی یک سیستم AGVs را به شدت افزایش می‌دهند. علاوه بر این باتری‌ها طول عمر مشخصی دارند که باید هر 2 الی 3 سال تعویض گردند.

 

۶–۲– روش تامین توان بدون استفاده از باتری

در این روش با استفاده از تکنولوژی انتقال توان به صورت بی‌سیم (Wireless Power Transfer) یا انتقال توان به صورت القایی (Inductive Power Transfer) باتری‌های ربات کاهش یافته یا به طورکلی حذف شده و انتقال توان به صورت بی‌سیم صورت می‌پذیرد. به منظور دستیابی به این هدف سیم پیچ‌هایی در زیر زمین و در مسیر ناوبری ربات نصب می‌شوند (شکل ۱۹).

 

بلوک دیاگرام انتقال توان الکتریکی به صورت وایرلس در شکل ۲۰ نمایش داده شده است. اساس این روش بر اصل القای الکترومغناطیسی استوار می‌باشد. برخلاف ترانسفورمرها که در آن‌ها سیم پیچ اولیه و ثانویه نسبت به هم ثابت هستند در اینجا سیم پیچ اولیه در زیر زمین نصب شده و سیم پیچ ثانویه که بر روی ربات قرار دارد نسبت به آن در حال حرکت می‌باشد. جریان متناوب موجود بر روی کویل‌های دفن شده در زمین، جریانی متناوب بر روی کویل‌های نصب شده بر روی ربات القا می‌کنند. به منظور افزایش بازده انتقال توان فرکانس جریان متناوب سیم‌پیچ اولیه را تا ۲۰ کیلوهرتز و حتی بیشتر افزایش می‌دهند. افزایش فرکانس باعث افزایش چگالی انرژی و کاهش سایز قطعات می‌شود و انتقال توان به این روش را امکان پذیر می‌کند.

برخلاف تصویر رایج بازده انتقال توان در این روش از روش مبتنی بر باتری بیشتر است. بازده انتقال توان القایی بین سیم پیچ اولیه و ثاونیه ۹۶ درصد می‌باشد در حالی که روش مبتنی بر باتری بازده‌ای در حدود ۸۰ درصد دارد.

 

مطابق شکل ۲۰ بخش Power Electronics به صورت مستقیم به شبکه برق ۵۰ یا ۶۰ هرتز متصل شده است. سپس توسط یک مبدل AC/DC ولتاژ AC به یک ولتاژ رگوله شده DC تبدیل می‌شود. در مرحله بعد توسط یک مبدل DC/DC سطح ولتاژ افزایش می‌یابد. افزایش سطح ولتاژ باعث کاهش جریان و کاهش تلفات بر روی کویل‌ها و مسیرهای انتقال توان می‌گردد. در نهایت توسط یک مبدل DC/AC ولتاژ‌ DC به یک ولتاژ AC با فرکانس حداقل ۲۰ کیلوهرتز تبدیل شده و به کویل‌های سمت اولیه اعمال می‌شود. جریان القا شده در کویل‌های ثانویه نصب شده بر روی ربات توسط یک مبدل AC/DC رگوله شده و از آن برای تامین توان مورد نیاز AGV استفاده می‌گردد.

 

۷- انواع سنسورهای استفاده شده در وسایل نقلیه هدایت شونده خودران (AGVs)

سنسورها جزء ضروری‌ترین قسمت‌های یک وسیله نقلیه هدایت شونده خودران می‌باشند. بدون آن‌ها ربات قادر به جمع‌آوری اطلاعات پیرامون محیط نبوده و نمی‌تواند به ناوبری در محیط بپردازد. در این قسمت انواع سنسورهای مورد استفاده در ربات‌های خودران را معرفی می‌نماییم.

 

۷–۱– سنسورهای مادون قرمز

سنسورهای مادون قرمز جزء ساده‌ترین و ارزان ترین سنسورهای تشخیص فاصله می‌باشند. سنسور از یک فرستنده و گیرنده مادون قرمز تشکیل شده است. فرستنده یک نور مادون قرمز با طول موج بین ۸۸۰ تا ۹۹۰ نانومتر تولید می‌کند. نور مادون قرمز تولید شده پس از برخورد به مانع و بازتاب، توسط گیرنده مادون قرمز دریافت شده و فاصله از مانع محاسبه می‌گردد. این نوع سنسور به نور خورشید و نور محیط حساس بوده و تنها برای کاربردهای خاص و ارزان پیشنهاد می‌شود.

 

۷–۲– سنسورهای فراصوت یا آلتراسونیک

سنسورهای فراصوت یا آلتراسونیک جزء رایج‌ترین سنسورها جهت تشخیص فاصله می‌باشند. سنسور آلتراسونیک به منظور تشخیص فاصله یک موج صوتی بالاتر از رنج شنوایی انسان (معمولا ۴۰ کیلوهرتز) منتشر می‌کند، در صورتی که در مقابل سنسور مانعی وجود داشه باشد موج صوتی منتشر شده پس از برخورد به مانع منعکس شده و توسط گیرنده سنسور دریافت می‌شود. سنسور از روی زمان رفت و برگشت موج ارسالی فاصله از مانع را محاسبه می‌کند. معمولا در ربات‌های AGVs به منظور ناوبری از آرایه‌ای از سنسورهای آلتراسونیک در اطراف ربات استفاده می‌شود تا ربات بتواند موقعیت خود نسبت به اطراف را محاسبه کرده و به ناوبری و پیمایش در محیط بپردازد.

 

۷–۳– انواع انکودرهای افزایشی و مطلق

از انکودر برای سنجش میزان چرخش محور موتور استفاده می‌شود. با اتصال انکودر به چرخ‌های ربات می‌توان میزان پیماش ربات را محاسبه کرد.

 

۷–۴– سنسورهای هدایت مغناطیسی (Magnetic Guide Sensor)

از سنسورهای هدایت مغناطیسی در ربات‌های مبتنی بر تعقیب خط استفاده می‌شود. این سنسور قادر است فاصله از مرکز یک نوار مغناطیسی نصب شده در زیر خود را با دقت بالا محاسبه نماید. علاوه بر این سنسور قادر است مارکرهای مغناطیسی نصب شده در سمت راست و چپ نوار مغناطیسی را تشخیص دهد. این مارکرها می‌توانند مثلا بیانگر ایستگاه‌های توقف، شارژ و … باشند.

 

۷–۵– سنسورهای لیدار (LiDAR)

سنسورهای لیدار (LiDAR) براساس تکنولوژی لیزر عمل می‌نمایند. سنسور لیدار به منظور تشخیص فاصله یک پالس لیزری پرتاب می‌کند و پس از دریافت بازتاب پالس پس از برخورد به مانع از طریق اصل TOF یا Time of Flight از روی زمان رفت و برگشت پالس فاصله تا مانع را تشخیص می‌دهد. پرتوهای منتشر شده توسط سنسورهای لیدار کامل ایمن بوده و برای سلامتی انسان مضر نمی‌باشند.

سنسورهای لیدار به سه صورت تک بعدی، دو بعدی و سه بعدی عرضه می‌شوند. سنسور TF-mini Lidar نشان داده شده در شکل ۲۵ یک سنسور تک بعدی ارزان قیمت (حدود ۴۰ دلار)، کوچیک و کم مصرف می‌باشد که قادر است موانع تا فاصله ۱۲ متر را تشخیص دهد.

 

سنسور نشان داده شده در شکل ۲۶ با نام RPLIDAR A1 ساخت شرکت Slamtec یکی از انواع ارزان قیمت (حدود ۱۰۰ دلار) سنسور لیدار دو بعدی می‌باشد. این سنسور براساس یک سنسور لیدار تک بعدی ساخته شده است. سنسور تک بعدی به یک موتور الکتریکی کوچک متصل شده که آن را قادر می‌سازد به صورت ۳۶۰ درجه‌ای محیط را اسکن نماید و یک ابر نقاط دو بعدی از محیط بسازد. این سنسور نیز قادر است موانع تا فاصله ۱۲ متر را تشخیص دهد.

 

سرعت دورانی موتور ۵/۵ هرتز می‌باشد و قادر است با نرخ ۸۰۰۰ سمپل در ثانیه اسکن دو بعدی محیط را در اختیار ربات به منظور ناوبری قرار دهد. تغذیه قسمت دوار سنسور به صورت وایرلس تامین می‌شود که منجر به افزایش طول عمر سنسور خواهد شد.

 

دسته سوم سنسورهای لیدار سه بعدی می‌باشند. شکل ۲۸ یکی از سنسورهای لیدار ساخت شرکت Velodyne می‌باشد. این سنسور قادر است محیط اطراف خود را به صورت سه بعدی اسکن کرده و ابر نقاط ساخته شده را در اختیار ربات به منظور ناوبری در محیط قرار دهد. این سنسورها در حال حاضر بسیار گران قیمت (حدود ۲۵۰۰ دلار) می‌باشند.

 

شکل ۲۹ ابر نقاط ساخته شده توسط این سنسور را نمایش می‌دهد.

 

۷–۶– سنسورهای راداری (Radar)

سنسور RADAR یا Radio Detection And Ranging همانند سنسور لیدار عمل می‌نماید. با این تفاوت که سنسور رادار به جای پرتاب پرتوهای لیزری از امواج رادیویی فرکانس بالا به منظور تشخیص فاصله استفاده می‌کند. امواج رادیویی منتشر شده پس از برخورد به مانع منعکس شده و توسط گیرنده رادیویی دریافت می‌شوند، سپس فاصله و سرعت مانع یا جسم متحرک تخمین زده می‌شود.

 

۷–۷– دوربین

در روش ناوبری طبیعی یا ناوبری براساس سیستم بینایی انسان از دوربین به منظور درک محیط و ناوبری استفاده می‌شود. معمولا تصاویر و دیدئوهای دوربین به صورت خام می‌باشند و با استفاده از انواع روش‌های پردازش تصویر و بینایی کامپیوتر به داده قابل استفاده به منظور ناوربری تبدیل می‌شوند.

 

۷–۸– سنسورهای GPS

از سنسورهای GPS نیز به منظور موقعیت دهی کلی وسیله نقلیه هدایت شونده خودران استفاده می‌شود.

 

۸- پیش بینی اندازه بازار ربات‌های هدایت شونده خودران (AGVs)

نمودار شکل ۳۱ بازار رو به رشد وسایل نقلیه هدایت شوند خودران را تا سال ۲۰۲۸ نشان می‌دهد (نمودار از سایت www.grandviewresearch.com).

 

۹- اعلام آمادگی شرکت ربات سازان جهت جذب سرمایه‌‌گزار به منظور طراحی و ساخت ربات‌های هدایت شونده خودران

شرکت ربات سازان با در اختیار داشتن تیمی کامل متشکل از مهندسین متخصص در حوزه‌های هوش مصنوعی، کنترل و رباتیک آمادگی خود را برای جذب سرمایه گزار به منظور طراحی و ساخت ربات‌های هدایت شونده خودران (AGVs) اعلام می‌دارد.

 

۱۰- جمع بندی

یک وسیله نقلیه هدایت رونده خودران (AGV) قادر است با استفاده از سنسورهای نصب شده برروی خود از قبیل سنسورهای آلتراسونیک، سنسورهای لیداری، سنسورهای راداری، GPS و دوربین‌ها و … محیط اطراف خود را درک نموده و به انجام عملیاتی خاصی در محیط بپردازد. استفاده از این ربات‌ها روز به روز در حال گسترش می‌باشد و تا آینده‌ای نزدیک جایگزین بسیاری از نیروهای انسانی در خط تولیدها، فروشگاه ها، انبارها و … خواهند شد.