يكي از مشكلات بزرگي كه براي استفاده از مدارات Opamp امروزه ديده مي شود، نداشتن ولتاژ منفي هنگام استفاده از يك باتري و اصطلاحا ورودي يگانه (Single Input)است...
در مدار زير شما ياد مي گيريد كه چگونه با يك ورودي(مثل باتري)، هم ولتاژ مثبت و هم ولتاژ منفي در مدار داشته باشيد.
لازم به ذكر است اين كار را با IC 7660 نيز مي توانيد به راحتي انجام دهيد (فقط كافي است در سايت alldatasheet.com ديتاشيت آنرا بخوانيد تا متوجه عملكرد آن شويد...) ولي استفاده از مدار زير، جذابيت و ارزش بيشتري دارد. (براي بزرگتر ديدن تصوير بر روي آن كليك كنيد...)

 PWM چيست؟!

در بسياري از موارد، ما نياز به كنترل ولتاژ بر روي پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر را داريم. مثلاً اگر بخواهيم سرعت موتور را كنترل كنيم، بايد ولتاژي كه بر روي موتور اعمال مي‌شود را كنترل كرد. در حقيقت سرعت موتور تقريباًً تابع مستقيمي از ولتاژي است كه بر روي آن اعمال مي‌شود. يعني اگر ولتاژ كاريِ موتوري (ولتاژ استاندارد براي فعال سازي موتور كه بر روي بدنه‌ي آن نوشته مي‌شود) 12 ولت باشد، با اعمال ولتاژ 6 ولت روي آن، مي‌توانيد سرعت چرخش آن(rpm) را حدوداً به نصف كاهش دهيد.
كنترل سرعت ربات، در همه‌ي سطوح رباتيك اهميت بسيار زيادي دارد، از ربات‌هاي مسيرياب ساده گرفته تا ربات‌هاي فوتباليست. ما تا كنون ياد گرفته‌ايم كه چگونه مي‌توان به موتور دستور حركت يا توقف داد، اما راهي براي كنترل سرعت موتور ياد نگرفته‌ايم.
يادآوري
همانطور كه مي‌دانيد سطح ولتاژ پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر منطقي است، يعني يك پايه‌اي كه براي كنترل موتور ربات استفاده مي‌شود فقط مي‌تواند 0 يا 1 باشد. ما 2 پايه از ميكروكنترلر را به حركت ربات اختصاص مي‌دهيم، براي صدور دستور حركت، بايد يك پايه را 0 و پايه‌ي ديگر را 1 كنيم، در اين حالت بين 2 پايه‌ي موتور اختلاف پتانسيل برقرار مي‌شود و حركت مي‌كند. اگر هم بخواهيم موتور معكوس بچرخد، بايد پايه‌اي كه 1 بود 0 ، و پايه‌اي كه 0 بود را 1 كنيم؛ و براي توقف موتور، بايد هر دو پايه را 0 يا هر دو پايه را 1 كنيم (تا بين 2 پايه‌ي موتور اختلاف پتانسيل 0 ولت باشد). در نتيجه در حالت عادي ما فقط 2 فرمان "حركت" و "توقف" را مي‌توانيم به موتورها بدهيم، و ما هيچ كنترلي بر روي سرعت موتور نداريم.
PWM تكنيكي است كه به كمك آن مي‌توانيم ولتاژ پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر، و در نتيجه سرعت موتور يا ساير قطعات جانبي كه به ميكروكنترلر متصل مي‌شود را كنترل كنيم.

PWM مخفف واژه‌ي Pulse Width Modulation و به معناي "مدولاسيون پهناي پالس" است. همانطور كه گفتيم PWM تكنيكي براي كنترل ولتاژِ پايه‌ي خروجي است. حال ببينيم چگونه با اين تكنيك مي‌توان ولتاژ خروجي را كنترل كرد.
مي‌دانيم كه ولتاژ در پايه‌هاي خروجي ميكروكنترلر يا 0 است يا 5 ولت، اما براي كنترل سرعت موتور، بايد بتوانيم حداقل ولتاژ يكي از پايه‌ها را بين 0 تا 5 تغيير دهيم. PWM روشي است تا ما بتوانيم با استفاده از همين پايه‌ي خروجي معمولي، به نوعي ولتاژ را بين 0 تا 5 ولت تغيير دهيم.
در اين روش، ما با سرعت بالايي سطح ولتاژ خروجي را 0 و بلافاصله 1 مي‌كنيم(مثلاً هزار بار در ثانيه)، نمودار ولتاژ خروجي بر حسب زمان به شكل زير مي‌شود.

نمودار بالا ولتاژ خروجي اين پايه بر حسب زمان است.

در شكل بالا جمع 2 بازه‌اي كه با فلش‌هاي 2طرفه نشان داده شده است، (به عنوان مثال) 10 ميكرو ثانيه است. كه 5ميكرو ثانيه خروجي 1 و سپس 5ميكرو ثانيه 0 مي‌شود. اما همانطور كه گفته شد، اين عمل هزاران بار در ثانيه تكرار مي‌شود، اما آيا موتور نيز به همين تعداد در ثانيه روشن و خاموش مي‌شود؟

براي خواندن توضيحات كامل اين مبحث همراه با مثال هاي متعدد، به ادامه مطلب برويد...

در اين آموزش تصميم داريم شما را با ليگ ربات‌هاي مين ياب يا "Deminer" آشنا كنيم. اما اهميت اين ربات‌ها چيست و اصولاً چرا چنين مسابقاتي برگزار مي‌شود؟
پاراگراف زير عيناً از دفترچه‌ي قوانين مسابقات كشوري ربات‌هاي مين ياب در تبيين اهداف ربات‌هاي مين‌ياب آورده شده است:

«بر اساس گزارشات موجود، ايران سومين كشور دنيا از لحاظ مين‌هاي دفن شده است. در طول 8 سال جنگ تحميلي عراق بر عليه ايران بالغ بر 16 ميليون مين در سرزمين‌هاي مرزي غرب و جنوب كشور كاشته شده است كه بعضاً به علت دورافتاده بودن و صعب‌العبور بودن مناطق خنثي نشده باقي مانده و همه ساله افراد زيادي از بين مردم عادي و نظاميان قرباني مي‌كنند. استانهاي آذربايجان غربي، كرمانشاه، كردستان، ايلام و خوزستان، هنوز در معرض خطر انفجار مين‌هاي باقي‌مانده از بيست سال پيش هستند. كشف و خنثي سازي مين‌ها كاري بسيار خطرناك و پرهزينه است. اين اميد وجود دارد كه ربات‌هاي مين‌ياب بتوانند اين خطر را رفع نموده و تلفات انساني و هزينه مين‌يابي را كاهش دهند.»

اين پاراگراف به خوبي هدف از ساخت چنين ربات‌هايي را تبيين مي‌كند. اولين دوره‌ي مسابقات ربات‌هاي مين‌ياب در ايران، 6 سال پيش و توسط دانشگاه اميركبير برگزار شد، اما آن مسابقات در سال‌هاي بعد تداوم نيافت. اما مجدداً بعد از چند سال ليگ ربات‌هاي مين‌ياب جايگاه خود را در بين ليگ‌هاي مسابقاتي رباتيك ايران باز كرد و توانست به يكي از پر طرفدارترين ليگ‌هاي رباتيك در ايران تبديل شود. در حال حاضر مسابقات متعددي ساليانه در اين ليگ برگزار مي‌شود كه معتبرترين آن هم مسابقات ملي رباتيك خوارزمي است كه آبان ما امسال دومين دوره آن برگزار شد.

هر چند كه اين ليگ توسط فداراسيون جهاني روبوكاپ به عنوان ليگ مسابقات جهاني شناخته نشده است، اما در تمامي مسابقات معتبري كه هر سال در كشور ما برگزار مي‌شود، نظير خوارزمي، IranOpen، موش‌هاي هوشمند، دانشگاه نوشيرواني بابل و... مسابقات در اين ليگ برگزار مي‌شود و طرفداران زيادي هم دارد.اين ليگ در 3 زير شاخه‌ي زير برگزار مي‌شود:

1- ربات‌هاي مين‌ياب خودكار
2- ربات‌هاي مين‌ياب غيرخودكار(دستي)
3- رقابت فني

در  اين آموزش هدف اصلي ما ربات هاي مين ياب خودكار و تشريح آنها خواهد بود....

اين ليگ جزو ليگ‌هاي دانش‌جويي دسته بندي مي‌شود، اما به دليل عدم پيچيدگي‌هاي فني‌اي كه نسبت به ساير ليگ‌هاي دانشجويي(مثل ربات‌هاي فوتباليست‌و ...) دارد، باعث شده تا اين ليگ در اكثر مسابقات داخلي  پرشركت كننده‌ترين ليگ‌هاي دانشجويي باشد. حتي در مسابقات امسال تيم‌هاي دانش‌آموزي حرفه‌اي هم در اين مسابقات شركت داشتند كه اتفاقاً موفق به كسب جايگاه‌هاي مناسبي هم شدند. در ادامه تشريح مي‌كنيم كه اين ربات چه وظايفي بر عهده دارد و در پيست مسابقه بايد چه عملي را انجام دهد.
يك ربات مين ياب، بايد قادر باشد تمامي مين‌هاي كارگذاري شده در يك ناحيه‌ي مشخص را كشف و خنثي يا نابود سازد. اما شايد ساخت رباتي كه بتواند مين‌ها را خنثي يا نابود سازد كار بسيار پيچيده‌اي باشد، زيرا اين كار براي انسانها هم كار ساده‌اي نيست و نياز به قابليت‌هاي فيزيكي و هوشي بسيار بالايي دارد، و تا به حال رباتي با چنين قابليت‌هايي ساخته نشده است. پس اين بخش (يعني خنثي سازي مين‌ها) از مسابقات حذف شده است و كار ربات مين ياب در زمين مسابقه به كشف مين‌ها و تهيه‌ي نقشه‌ي ميدان مين بسنده شده است. ابتدا در مورد مشخصات زمين مسابقه و نحوه‌ي كارگذاري مين‌ها در اين زمين و سپس در مورد نحوه‌ي كشف مين‌ها توضيح مي‌دهيم و در نهايت هم به نقشه‌ا‌ي كه بايد از ميدان مين تهيه مي‌شود مي‌پردازيم.

زمين مسابقه

 زمين مسابقه را هيئت داوري و كميته‌ي برگزاري هر مسابقه با توجه به امكانات و شرايط برگزار كننده‌ها طراحي مي‌كنند، پس طبيعي است كه زمين مسابقات مختلف با هم تفاوت‌هايي داشته باشد، اما تشابهاتي بين همه‌ي آن‌ها وجود دارد كه به آن‌ها خواهيم پرداخت. (براي بزرگتر ديدن زمين بر روي آن كليك كنيد...)

شكل كلي زمين مسابقات مين‌ياب به شكل بالاست. ابعاد زمين معمولاً در حدود 5×5 متر است و معمولاً در داخل زمين موانعي مكعب شكل با ابعاد گوناگون بين (20 تا 50 سانتي متر) قرار دارد. جنس زمين از گچ و خاك است و سعي شده است تا جاي امكان سطح آن مسطح و سفت باشد. مرز‌هاي زمين با نوارهايي سفيد رنگ (با پهناي حدوداً 30 سانتي‌متر) مشخص شده و خارج از اين مرز‌ها مين كاشته نشده است. مين‌ها در زير اين زمين و با فاصله‌ي حدوداً 10سانتي متر از سطح آن كاشته شده‌اند و جاي آن‌ها را به جز تيم داوري هيچ فرد ديگري نمي‌داند و در واقع كار اصلي اين ربات‌ها اين است كه جاي مين‌ها را با علايمي مشخص نشان دهند. اما ربات‌ها چگونه‌در اين زمين مي‌توانند جاي مين‌ها را پيدا كنند؟

براي خواندن بيشتر اين مطلب به ادامه مطلب برويد....

تا كنون با 2 سيستم براي حركت ربات آشنا شده‌ايم: يكي سيستمي كه براي خودروهاي شهري استفاده مي‌‌شود و براي پيچيدن خودرو به هر سمت، چرخ‌هاي جلو به همان سمت متمايل مي‌شوند. دوم سيستم حركت ديفرانسيلي كه براي حركت تانك يا و خودروهاي سنگين راه‌سازي استفاده مي‌شود.

وجه اشتراك اين دو سيستم اين است كه در هر دو، وسيله‌ي مورد نظر (خودرو يا ربات)، فقط در يك راستا مي‌تواند جلو عقب برود و اگر بخواهد به سمت ديگري به جز جلو يا عقب برود، بايد به دور خود بچرخد. براي مثال در شكل زير اگر بخواهد از نقطه‌ي A به نقطه‌ي B برود، ابتدا بايد 90 درجه به راست بچرخد، سپس به سمت جلو حركت كند تا به نقطه‌ي B برسد.

 
هم اكنون با سيستم حركتي جديدي آشنا مي‌شويم كه به ربات ما اين قابليت را مي‌دهد كه ربات بتواند در دو راستاي عمود برهم بدون چرخش حركت كند. يعني همان‌گونه كه به راحتي مي‌تواند به جلو يا عقب حركت كند، بتواند هركجا كه لازم بود بدون اين كه به سمتي بچرخد، مستقيماً به چپ يا راست حركت كند. يعني در شكل بالا براي رسيدن به نقطه‌ي B، ديگر نيازي نيست ربات به سمت راست بچرخد و بعد حركت كند، بلكه مي‌تواند مستقيماً به سمت راست حركت كند و به B برسد.

اما چگونه ممكن است ربات بتواند در دو راستاي عمود بر هم حركت كند بدون اينكه به دور خود 90 درجه بچرخد؟

ابتدا با نوعي چرخ خاص آشنا مي‌شويم كه مهمترين عنصر براي طراحي اين سيستم حركتي جديد است:

اين چرخ‌ها اُمني ويل (Omni Wheel) نام دارند. شكل بالا يك اُمني ويل است كه به يك موتور گيربكس-دار متصل شده است. همان‌طور كه مي‌بينيد تعداد زيادي چرخ كوچك بر روي يك چرخ بزرگ‌تر در راستاي عمود بر هم تعبيه شده‌اند.

چند مدل ديگر از اين چرخ‌ها در زير نشان داده شده است:

اما چگونه از اين چرخ عجيب براي طراحي خود استفاده مي‌كنيم؟

براي خواندن بيشتر اين مطلب، به ادامه مطلب برويد...

 سيستم‌هاي حركتي چهار جهته

 نوع ديگر اين سيستم كه در آن به‌جاي 4 چرخ، فقط 3 چرخ وجود دارد، آشنا خواهيم كرد، هم‌چنين به نكاتي اشاره خواهيم كرد كه براي استفاده از اين سيستم مي‌بايست حتماً به آن توجه كرد.

شكل زير تصوير يك ربات فوتباليست است كه در آن از سيستم حركتي 4-جهته استفاده شده و به دلايلي كه در ادامه مطرح خواهد شد، به جاي 4 چرخ، از 3 چرخ استفاده شده است.

واين نيز تصوير يك نمونه‌ي ديگر از ربات‌هاي 3-چرخه با استفاده از اُمني ويل است:

استفاده از سيستم 3-چرخه، 2 مزيت مهم نسبت به سيستم 4-چرخه دارد:

مزيت نخست: سيستم 3-چرخه اين است كه جاي كمتري را در ربات اشغال مي‌كند. اين موضوع در ربات‌هاي فوتباليست اهميت زيادي پيدا مي‌كند، زيرا در اين ربات‌ها همواره مشكل كمبود فضا وجود دارد و طراحان اين ربات‌ها در تلاشند تا حد ممكن از سيستم‌ها و قطعاتي استفاده كنند كه جاي كمتري اشغال مي‌كنند.

مزيت دوم: در سيستم 4-چرخه، يكي از مهم‌ترين مشكلاتي كه وجود دارد اين است كه به‌سختي مي‌توان ارتفاع 4 چرخ را با يكديگر تراز كرد، يعني در اين سيستم ممكن است به‌دليل نا‌همواري زمين مسابقه، يكي از چرخ‌هاي ربات با زمين اصطكاك نداشته باشد، مثلاً ممكن است يك سنگ‌ريزه زير يكي از چرخ‌ها گير كند و يكي از چرخ‌ها از روي زمين بلند شود. اين مشكل اصولاً براي همه‌ي سيستم‌هاي چهار-چرخه وجود دارد، حتي براي خودرو‌هاي سواري! اما چاره چيست؟

 براي خواندن مطلب به صورت كامل به ادامه مطلب برويد...

از آنجايي كه قوانين مسابقات مين ياب سال گذشته  (RoboCup 2010 ) از روي سايت اصلي آن پاك شده بود، بر آن شديم تا قوانين سال گذشته را براي عزيزاني كه در سال جديد قصد شركت در اين مسابقات را دارند، قرار دهيم.  اين قوانين شامل قوانين مين ياب اتوماتيك، دستي و رقابت فني مي باشد.

براي دانلود اين قوانين به ادامه مطلب برويد...