روبات پلتفرم روهان

ربات پلتفرم روهان، راهبردی برای ربات های متحرک است که قابلیت کنترل با لپ تاپ و ماژول کینکت و همچنین تعدادی سنسور مادون قرمز و التراسونیک را فراهم کرده است تا خلاقیت، نوآوری، هوشمندی و قابلیت مانور را به کاربر خود بدهد.

ربات پلتفرم روهان به کمک یک بورد کنترلی قادر به جمع آوری اطلاعات سنسورهای چندگانه خود بوده، همچنین از طریق درایور با موتورهای ربات ارتباط برقرار کرده تا فرمان های حرکتی را به خوبی مدیریت نماید. این ربات پلتفرم از طریق یک درگاه USB یا یک ماژول Wi-Fi قابل کنترل است.

 

ویژگی‌های ربات پلتفرم روهان:

• طراحی به صورت دو چرخ محرک با قابلیت مانور بالا و قابلیت قرار گیری لپ­ تاپ به منظور انجام پردازش های چندگانه
• دو موتور 12 ولت گشتاور بالا
• چرخ های محرک 12.5 سانتیمتر
• سه سنسور فاصله سنج مادون قرمز و دو سنسور فاصله سنج التراسونیک برای تشخیص موانع و جلوگیری از برخورد ربات با اجسام
• مدار کنترل با قابلیت فرمان پذیری در سطوح پایین سخت افزاری به منظور جمع آوری اطلاعات سنسورها و کنترل موتورها
• باطری 12 ولت 7 آمپر ساعت با درگاه شارژ
• قابلیت کنترل با پروتکل USB
• قابلیت کنترل به صورت Wi-Fi تا بورد 200 متر و افزایش برد تا 500 متر با تقویت آنتن
• قابلیت کنترل ربات با گوشی­های هوشمند از طریق ارتباط Wi-Fi

 

 

بلوک دیاگرام کاری ربات پلفترم روهان

در شکل ۱ ارتباطات موجود در ربات پلتفرم روهان را مشاهده می نمایید:

 

همچنین نمایی کلی از تجهیزات قرار گرفته در طبقه پایین ربات در شکل ۲ نمایش داده شده است:

 

 

آشنایی اولیه با ربات پلتفرم روهان

روهان نسل جدیدی از ربات های کمک آموزشی است، که در آزمایشگاه های هوش مصنوعی و کانون های رباتیک به منظور آزمودن الگوریتم ها و برنامه های طراحی شده به کار گرفته می شود. این ربات با حسگرهایی که در خود به خدمت گرفته، محیط پیرامون خود را برای کاربر قابل لمس خواهد کرد، ازین رو کاربر می تواند در هر زمان تصمیم مناسبی برای حرکت را اتخاذ نماید.

این ربات پلتفرم مجهز به سه نوع حسگر زیر است، که هر یک با توجه به آرایشی که در ربات دارند، وظیفه بخصوصی را انجام می­دهند:

این سنسور با قابلیت های منحصر بفردی که دارد قابلیت تشخیص عمق در تصاویر، اسکلتون بدن، تشخیص صوت، تشخیص حرکت، دریافت فرامین صوتی و تشخیص زاویه صوت را به کاربر خواهد بخشید.

در نرم افزار طراحی شده برای این ربات پلتفرم امکان دسترسی به تک تک مقادیر سنسورها در هر لحظه وجود دارد و این قابلیت به کاربر داده می شود که با استفاده از این دسترسی ها در طول برنامه­ ی خود به راحتی بتواند ربات را کنترل کند.

از سوی دیگر این ربات به منظور حرکت بر روی چهار چرخ قرار گرفته که دو چرخ کوچک هرزگرد بوده و دو چرخ بزرگ رانده شده با موتورهای 17 kg.cm می باشند. این توان بالا برای موتورها به منظور پیاده سازی و حمل تجهیزات اضافی بر روی ربات همانند بازوهای مکانیکی و تجهیزات پردازشی خواهد بود.

موتورهای این ربات مجهز به انکودر می باشند و توسط یک درایور با قابلیت جریان دهی ۱۵ آمپر کنترل می شوند. همچنین این درایور قابلیت تنظیم شتاب حرکتی موتورها به منظور ایجاد حرکت نرم در ربات را نیز داراست.

تمامی فرامین سنسورهای فاصله سنج و موتورها از سوی مادربورد ربات صادر شده و برای کاربر از طریق درگاه USB و یا به صورت بی سیم (Wi-Fi) ارسال خواهد شد.

ارتباط کامپیوتر با ربات از طریق پروتکل USART است که در دنیای امروزه پروتکلی شناخته شده و محبوب می­باشد، همچنین این پروتکل در تمام زبان های برنامه نویسی مطرح مثل C#, Java, C++, C, Python, … پروتکلی کاربردی و پشتیبانی شده است. همچنین در نرم افزار های مطرحی مثل MATLAB نیز این پروتکل تعریف شده و قابل استفاده است. بنابراین امکان ارتباط با ربات از طریق تمام موارد گفته شده امکان پذیر است.

باتری این ربات در حالت شارژ کامل امکان فراهم کردن ۴-۷ ساعت انرژی مورد نیاز برای حرکت ربات (به صورت پیوسته) را فراهم می­‌کند و همچنین باتری این ربات قابلیت شارژ مجدد را نیز دارد.

 

اتصالات در ربات پلتفرم روهان

همانطور که در شکل ۲ مشاهده می فرمایید، بورد درایور و بورد کنترولر در مرکز سینی پایینی قرار گرفته اند. سنسورها و منبع تغذیه، موتورها و انکودرها و همچنین دوربین کینکت به این دو بورد متصل خواهند شد. اتصالات این دو بورد در شکل ۶ و ۷ مشخص شده است.

اتصالات درایور موتورها (شکل ۶)

+ ورودی توان: ربات برای راه اندازی موتورها و همچنین سنسورهای فاصله سنج و کینکت نیازمند ولتاژ DC به میزان ۱۲ ولت می­باشد که توسط باطری قرار گرفته در زیر سینی پایینی تامین خواهد شد. در اتصال جهت مثبت و منفی را رعایت فرمایید، در غیر این صورت LED مربوطه روشن نخواهد شد، نگران نباشید این بورد مجهز به سیستم حفاظتی است! که در مقابل اتصال اشتباه جهت سیم ها از بورد حفاظت خواهد کرد.

+ انکودرها: موتورهای استفاده شده در این ربات مجهز به انکودر بوده که در هر دور چرخ ۷۶۸ پالس را برای ربات ارسال خواهند کرد هم چنین انکودرها با ولتاژ ۵ ولت تغذیه می ­شوند.

+ ریست کردن حافظه: برای متوقف کردن فرامین ایجاد شده و برطرف ساختن حالت­های ناخواسته، دکمه ­ی Reset switch در بورد تعبیه شده است.

+ درگاه USART: به منظور ارتباط درایور با بورد کنترلی (یا هر کنترلر دیگر) ارتباط سریال در بورد در نظر گرفته شده است.

+ درگاه USB: توسط این درگاه ربات از طریق کابل USB به لپ­تاپ وصل شده و تمامی فرامین حرکتی ارسال و اطلاعات سنسورهای فاصله سنج و انکودرها دریافت خواهد شد.

+ سوئیچ های Selecting Mode Switch: سوئیچ های شماره­ی ۱ و ۲ برای تنظیم ربات به صورت کنترل از طریق USB (ارتباط کابلی) می باشند، بدین صورت که در صورت تمایل به کنترل ربات از طریق کابل USB باید در حالت ON قرار گیرند هم چنین در این حالت سوئیچ های Wi-Fi Enable موجود بر روی بورد کنترلی باید از حالت ON خارج شوند. علاوه بر این سوئیچ های شماره ۳ و ۴ نیز برای تنظیم نرخ ارسال اطلاعات بوده که در این ربات باید همواره در حالت ON باشند.

 

اتصالات بورد کنترولی (شکل ۷)

+ ورودی توان: تغذیه 12 ولت از طریق کانکتور مشخص شده برای این بورد تامین خواهد شد. در صورت اتصال صحیح Power LED قرار گرفته در کنار کانکتور روشن خواهد شد.

+ سنسورهای IR: این بورد قابلیت پشتیبانی از ۴ سنسور IR را داراست که در شکل جهت اتصال سیم ها مشخص شده است.

+ سنسورهای Ultrasonic: برای پشتیبانی از سنسورهای التراسونیک دو سوکت در این بورد تعبیه شده است که در شکل جهت اتصال سیم ها مشخص شده است.

+ درگاه USART: به منظور ارتباط بورد کنترلی با درایور ارتباط سریال بر روی بورد در نظر گرفته شده است.

+ سوئیچ های Wi-Fi Enable: این سوئیچ ها در زمانی که کاربر قصد کنترل ربات از طریق Wi-Fi را دارد باید درحالت ON قرار گیرند و هم­زمان سوئیچ های 1 و 2 موجود در درایور ربات باید از حالت ON خارج شوند.

+ Kinect Power: وظیفه­ی این کانکتور برق رسانی به سنسور کینکت قرار گرفته بر روی ربات می­باشد . برای صحت از برق 12 ولت تأمینی برای کینکت Kinect’S power LED روشن خواهد شد.

*** توجه: به نحوه ­ی اتصال سیم ­های تغذیه­ کینکت به مادربورد بسیار دقت کنید. سیم قرمز نماد +12v و سیم مشکی نماد GND است.

قابل ذکر است سیم اصلی که به خود کینکت برق­رسانی می­کند به این صورت است که سیم قهوه­ای نماد +12v و سیم خاکستری نماد GND می­ باشد.

+ :Charging Alarm Ciruit:در صورت کاهش شارژ ربات از میزان مشخصی LED مربوطه روشن خواهد شد که در این صورت باید ربات را خاموش کرده و سپس ربات شارژ گردد.

 

مراحل راه اندازی ربات پلتفرم روهان

۱- روشن کردن و شارژ ربات
۲- کنترل ربات از طریق ارتباط USB یا Wi-Fi
۳- گرفتن اطلاعات از سنسورهای فاصله سنج
۴- نحوه­ ی دادن فرمان حرکت به موتورها و دریافت اطلاعات سرعت، شتاب و مقادیر انکودرها
۵- راه اندازی سنسور کینکت

 

۱- نحوه روشن کردن و شارژ ربات

بر روی سینی پایینی ربات پنلی طراحی شده که بر روی آن یک کلید روشن- خاموش و یک سوکت شارژ قرار گرفته است. شارژر این ربات یک آداپتور 12 ولت 1.5 آمپر می باشد، لذا برای شارژ کامل ربات 4 ساعت بایستی این آداپتور به سوکت متصل باشد.

** توجه: هرکز در هنگام شارژ، ربات در وضعیت روشن قرار نگیرد.

 

۲- کنترل ربات از طریق ارتباط USB یا Wi-Fi

در ربات روهان برای دریافت اطلاعات از سنسورها و فرمان دادن به موتورها به دو طریق کابلی و بی سیم می توان عمل کرد:

الف) ارتباط کابلی (Wired)

برای دریافت اطلاعات سنسورها و فرمان دادن به موتورها از طریق کابل USB باید سوئیچ­های ۱ و ۲ در قسمت Selecting Mode Switch بر روی درایور(شکل ۶) در حالت ON قرار گرفته و سوئیچ­های ۱ و ۲ در قسمت Wi-Fi Enable Switch (شکل ۷) از حالت ON خارج شوند.

 

ب) ارتباط بی سیم (Wi-Fi)

برای دریافت اطلاعات سنسورها و فرمان دادن به موتورها از طریق ارتباط Wi-Fi باید سوئیچ­های ۱ و ۲ در قسمت Wi-Fi Enable Switch (شکل ۷) بر روی بورد کنترلی در حالت ON قرار گرفته و سوئیچ های ۱ و ۲ در قسمت Selecting Mode Switch بر روی درایور(شکل ۶) از حالت ON خارج شوند.

 

۳- گرفتن اطلاعات از سنسورهای فاصله سنج

برای دریافت اطلاعات از سنسورهای فاصله سنج باید یکی از کاراکترهای A ، B ، C ، D و یا E روی پورت سریال ارسال شود (لازم به ذکر است که به جای ارسال کاراکتر می توان کد ASCII متناظر را نیز ارسال کرد). شکل زیر کاراکتر متناظر با هر کدام از سنسورهای فاصله سنج را نشان می‌دهد.

 

 

۴- نحوه دادن فرمان حرکت به موتورها و دریافت اطلاعات سرعت، شتاب و مقادیر انکودرها

در زیر عملکرد هر کاراکتر ارسالی آورده شده است:

+ کاراکتر ‘A’: با ارسال این کاراکتر سنسور اولتراسونیک سمت چپ یک عدد ارسال خواهد کرد که با ضرب این عدد در 0.002145 فاصله مانع قرار گرفته در مقابل این سنسور به سانتی متر بدست خواهد آمد.

+ کاراکتر ‘B’: با ارسال این کاراکتر سنسور اولتراسونیک سمت راست یک عدد ارسال خواهد کرد که با ضرب این عدد در 0.002145 فاصله مانع قرار گرفته در مقابل این سنسور به سانتی متر بدست خواهد آمد.

+ کاراکتر ‘C’: با ارسال این کاراکتر سنسور IR سمت چپ فاصله را بر حسب یک عدد بین 0 تا 1023 (مقدار ADC ولتاژ خروجی سنسور) تا نزدیکترین جسم که در فاصله ­ی کمتر از 80 سانتی متری آن سنسور قرار دارد را به شما بر­ می گرداند.

+ کاراکتر ‘D’: با ارسال این کاراکتر سنسور IR سمت راست فاصله را بر حسب یک عدد بین 0 تا 1023 تا نزدیکترین جسم که در فاصله­ ی کمتر از ۸۰ سانتی متری آن سنسور قرار دارد را به شما بر­ می گرداند.

+ کاراکتر ‘E’: با ارسال این کاراکتر سنسور IR وسط فاصله را بر حسب یک عدد بین 0 تا 1023 تا نزدیکترین جسم که در فاصله­ ی کمتر از ۸۰ سانتی متری آن سنسور قرار دارد را به شما بر ­می ­گرداند.

+ کاراکتر ‘F’: یک عدد درگاه اضافی بر روی بورد کنترلی برای نصب یک عدد سنسور IR به صورت اختیاری در نظر گرفته شده است که پس از نصب سنسور مورد نظر با ارسال این کاراکتر فاصله بر حسب یک عدد بین 0 تا 1023 تا نزدیکترین جسمی که در فاصله­ ی کمتر از ۸۰ سانتی متری آن سنسور قرار دارد دریافت می­ شود .

همان طور که در بالا ذکر شد فاصله دریافت شده از سنسورهای IR بر حسب یک عدد بین 0 تا 1023 می باشد که باید مطابق نمودار زیر فاصله بر حسب سانتی متر را استخراج کرد.

 

 

۵- راه اندازی سنسور کینکت

با داشتن مقدارADC هر سنسور IR (که یک عدد بین0 تا 1023 می باشد) به راحتی با استفاده از فرمول Voltage = ADC*Vref/1024 که در اینجا Vref = 5.0 ولت است میزان ولتاژ قابل محاسبه است و می­ توان از نمودار بالا میزان دقیق فاصله بر حسب سانتی متر مانع تا سنسور IR را محاسبه کرد. به عنوان مثال اگر 350 عدد ADC (این عدد مقدار دیجیتال شده ی ولتاژ خروجی سنسور IR می باشد) مربوط به یکی از سنسورهای IR باشد داریم:

1.7 = 1024/(5*350) = Voltage

سپس با توجه به شکل 10 می بینیم، که مقدار فاصله متناظر با این عدد 15 سانتی متر می باشد. چنانچه استفاده از نمودار فوق مشکل می باشد پس از محاسبه ولتاژ خروجی سنسور IR از فرمول زیر می توان فاصله بر حسب سانتی متر را محاسبه کرد.

Distance (cm) = 27.86*(Voltage)^-1.15

بعد از ارسال کاراکتر متناظر با هر کدام از سنسورها. اطلاعات مربوط به سنجش فاصله از سمت ربات ارسال خواهد شد. اطلاعات دریافت شده دارای قالبی به فرم زیر خواهند بود:

“s…e”

در واقع رشته­ ی ارسال شده رشته­ ای است که ابتدای آن با کاراکتر ‘s’ شروع شده و به کاراکتر ‘e’ ختم می ­شود و تنها کاری که شما باید بکنید این است که هرچه بین این دو کاراکتر می­ آید را بخوانید که همان عدد ارسال شده از سنسور است.