آموزش برنامه نویسی و مجله تخصصی فناوری
مبانی هوش مصنوعی - رباتیک
رباتیک یک حوزه در هوش مصنوعی است که به مطالعه ایجاد ربات‌های هوشمند و کارآمد می‌پردازد.
ربات‌ها چیستند؟
ربات‌ها عامل‌های مصنوعی هستند که در محیط واقعی عمل می‌کنند.
هدف
ربات‌ها وظیفه دارند که با درک، دریافت، حرکت دادن، تغییر دادن ویژگی‌های فیزیکی یا تأثیر گذاشتن بر آن بدون خسته شدن، به انسان‌ها در انجام وظایف تکراری یاری دهند .
رباتیک چیست؟
رباتیک یک شاخه از هوش مصنوعی است که از مهندسی برق، مهندسی مکانیک و علوم کامپیوتر برای طراحی، ساخت و کاربرد ربات‌ها تشکیل شده است
جنبه‌های رباتیک
-
ربات‌ها دارای ساختار مکانیکی، فرم یا شکلی هستند که برای انجام یک وظیفه خاص طراحی شده‌اند.
-
آن‌ها دارای مؤلفه‌های الکتریکی هستند که قدرت و کنترل ماشین‌آلات را فراهم می‌کنند.
-
آن‌ها شامل سطحی از برنامه کامپیوتری هستند که تعیین می‌کند ربات وظایف خود را چگونه و کی انجام می‌دهد.
تفاوت در سیستم ربات و دیگر برنامه‌های هوش مصنوعی
اینجا تفاوت بین این دو وجود دارد −
| برنامه‌های هوش مصنوعی | ربات‌ها |
|---|---|
| آن‌ها معمولاً در دنیاهای شبیه‌سازی شده کامپیوتری عمل می‌کنند. | آن‌ها در دنیای فیزیکی واقعی عمل می‌کنند |
| ورودی به یک برنامه هوش مصنوعی در قالب نمادها و قوانین است. | ورودی‌ها به ربات‌ها نشانه آنالوگ به صورت امواج صوتی یا تصاویر هستند |
| آن‌ها نیاز به کامپیوترهای عمومی دارند تا بر روی آن‌ها عمل کنند. | آن‌ها نیاز به سخت‌افزارهای ویژه با حسگرها و اثرگذارها دارند. |
حرکت ربات
حرکت، مکانیزمی است که ربات را قادر به جابجایی در محیط خود می‌سازد. انواع مختلفی از حرکت وجود دارد −
- پایه‌ها
- چرخ‌دار
- ترکیبی از حرکت پایه‌ها و چرخ‌ها
- لغزش/سرخوردگی با پایه‌ها
حرکت پایه‌ها
-
این نوع حرکت در حالت پیاده‌روی، پرش، دویدن، بالا یا پایین و ... از نیروی بیشتری مصرف می‌کند.
-
برای انجام یک حرکت نیاز به تعداد بیشتری موتور دارد. این نوع حرکت برای سطوح ناهموار و همچنین صاف مناسب است، جایی که سطح نامنظم یا خیلی صاف باعث می‌شود در حرکت چرخ‌دار نیروی بیشتری مصرف کند. به دلیل مشکلات پایداری اجرای آن کمی دشوار است .
-
این نوع حرکت با تنوع یک، دو، چهار و شش پا معمولا انجام می شود. اگر ربات چند پا دارد، هماهنگی پاها برای حرکت ضروری است.
تعداد کل قدم‌ها (یک دنباله دوره‌ای از رویدادهای بالابردن و آزاد کردن برای هر یک از پاها) که یک ربات می‌تواند انجام دهد، به تعداد پاهایش وابسته است.
اگر ربات k پا داشته باشد، تعداد رویدادهای ممکن N = (2k-1)! خواهد بود.
در صورت ربات دو پا (k=2)، تعداد رویدادهای ممکن N = (2k-1)! = (2*2-1)! = 3! = 6 است.
بنابراین شش رویداد مختلف ممکن وجود دارد −
- بالا بردن پای چپ
- آزاد کردن پای چپ
- بالا بردن پای راست
- آزاد کردن پای راست
- بالا بردن هر دو پا به‌طور همزمان
- آزاد کردن هر دو پا به‌طور همزمان
در صورت k=6 پا، 39916800 رویداد ممکن وجود دارد. بنابراین پیچیدگی ربات‌ها به طور مستقیم به تعداد پاها وابسته است.
حرکت چرخ‌دار
برای انجام حرکت به تعداد کمتری از موتورها نیاز دارد. اجرای آن نسبت به حرکت پایه‌ها آسان‌تر است چرا که در صورت وجود تعداد بیشتری چرخ مشکلات پایداری کمتری دارد. نسبت به حرکت پایه‌ها مصرف انرژی بهتری دارد.
-
چرخ استاندارد − دوران در اطراف محور چرخ و در اطراف مختصات تماس دارد.
-
چرخ کاستور − دوران در اطراف محور چرخ و مفصل جابجایی آفست دارد.
-
چرخ‌های سوئدی 45o و سوئدی 90o − چرخ Omni، در اطراف نقطه تماس، در اطراف محور چرخ و در اطراف رولرها دور می‌شود.
-
چرخ توپی یا کروی − چرخ همجهت، اجرای فنی سخت‌تری دارد.
حرکت لغزشی/سرخوردگی
در این نوع، وسایل نقلیه از چرخ‌دنده‌ها استفاده می‌کنند. ربات با جابجایی دنده‌ها با سرعت‌های مختلف در جهت یکسان یا مخالف هدایت می‌شود. این نوع پایداری را ارائه می‌دهد به دلیل ناحیه تماس بزرگ دنده و زمین.
اجزای یک ربات
ربات‌ها با لوازم زیر ساخته می‌شوند −
-
منبع تغذیه − ربات‌ها توسط باتری‌ها، انرژی خورشیدی، هیدرولیکی یا هواپیمایی تغذیه می‌شوند.
-
عملگرها − انرژی را به حرکت تبدیل می‌کنند.
-
موتورهای الکتریکی (جریان مستقیم/متناوب) − برای حرکت چرخشی نیاز دارند.
-
عضلات هواپیمایی − تقریباً 40٪ کم‌می‌شوند وقتی هوا در آن‌ها مکش می‌شود.
-
سیم‌های عضلات − 5٪ کم‌می‌شوند وقتی جریان الکتریکی از آن‌ها عبور می‌شود.
-
موتورهای پیزو و موتورهای اولتراسونیک − برای ربات‌های صنعتی بهترین هستند.
-
حسگرها − اطلاعات زمان واقعی در مورد محیط کار را فراهم می‌کنند. ربات‌ها با حسگرهای دیداری تجهیز می‌شوند تا عمق محیط را محاسبه کنند. حسگر لمسی ویژگی‌های مکانیکی گیرنده‌های لمس انگشتان انسان را تقلید می‌کند.
بینایی کامپیوتر
این یک فناوری هوش مصنوعی است که ربات‌ها می‌توانند ببینند. بینایی کامپیوتر نقش حیاتی در زمینه‌های ایمنی، امنیت، سلامتی، دسترسی و سرگرمی دارد.
بینایی کامپیوتر به طور خودکار اطلاعات مفیدی را از یک تصویر یا آرایه تصاویر استخراج، تجزیه و تحلیل می‌کند. این فرآیند شامل توسعه الگوریتم‌ها برای دستیابی به درک بصری خودکار است.
سخت‌افزار سیستم بینایی کامپیوتر
این سخت افزار شامل موارد زیر می‌باشد −
- منبع تغذیه
- دستگاه تصویربرداری مانند دوربین
- پردازنده
- یک نرم‌افزار
- یک دستگاه نمایش برای نظارت بر سیستم
- لوازم جانبی مانند استندهای دوربین، کابل‌ها و اتصالات
وظایف بینایی کامپیوتر
-
OCR − در حوزه کامپیوتر، خواننده نویسه‌های نوری، یک نرم‌افزار برای تبدیل اسناد اسکن شده به متن قابل ویرایش است که همراه با یک اسکنر عرضه می‌شود.
-
تشخیص چهره − بسیاری از دوربین‌های پیشرفته این ویژگی را دارند که امکان خواندن چهره و گرفتن عکس از عبارت مدنظر را فراهم می‌کند. از آن برای اجازه دادن به کاربر برای دسترسی به نرم‌افزار در صورت همخوانی صحیح استفاده می‌شود.
-
تشخیص اشیاء − این امکان در دوربین‌ها، خودروهای لوکس مانند ب‌ام‌و، جی‌ام و ولوو استفاده شده است.
-
تخمین موقعیت − تخمین می‌زند که یک شیء نسبت به دوربین در کجاست.
حوزه‌های کاربردی بینایی کامپیوتر
- کشاورزی
- وسایل نقلیه خودکار
- شناسایی اثر انگشت
- شناسایی نویسه‌ها
- کاربردهای نظارتی
- بازرسی کیفیت صنعتی
- شناسایی چهره
- تجزیه و تحلیل حرکات اشاره
- علوم زمین
- تصویربرداری پزشکی
- نظارت آلودگی
- کنترل فرآیند
- حسگری در دوربین از راه دور
- رباتیک
- حمل و نقل
کاربردهای رباتیک
رباتیک در حوزه‌های مختلفی مانند −
-
صنعت − ربات‌ها برای مدیریت مواد، برش، جوش، رنگ‌آمیزی، حفاری، تراشکاری و غیره استفاده می‌شوند.
-
پزشکی − ربات‌ها قادر به انجام صدها آزمایش بالینی به صورت همزمان، ترمیم‌بخشی افراد دائمی معلول و انجام عملیات پیچیده مانند جراحی هستند.
-
اکتشاف − ربات‌های کوه‌نوردی برای اکتشاف فضا، زیرآبی‌های استفاده شده برای اکتشاف اقیانوس و ... از جمله مواردی هستند که می‌توان نام برد.
-
و بسیاری از حوزه های دیگر