به نام خدا

با درود فراوان خدمت دوستان عزیز

پوزش فراوان می طلبم از دوستان به خاطر تأخیر در ارایه‌ی مطلب.

در جلسه ی گذشته در مورد لیگ ربات‌های فوتبالیست دانش آموزی و برخی قوانین آن توضیحاتی داده شد. این جلسه نیز به تشریح ساختار فنی یک ربات فوتبالیست دانش آموزی می‌پردازیم.

همانطور که در جلسه ی پیش گفته شد، در کف زمین مسابقه، یک طیف رنگی از سفید تا سیاه بین دو دروازه کشیده شده است. به کمک این طیف می توان جایگاه تقریبی ربات را در زمین مسابقه پیدا کرد. اما چگونه؟


 

یک سیستم مکان‌یابی تقریبی

یک سنسور مادون قرمز معمولی به همراه یک فرستنده ی مادون قرمز در زیر ربات به گونه‌ای تعبیه می شود که نوری که از فرستنده ساتع می‌شود، پس از برخورد با زمین به گیرنده مادون قرمز برسد. (مشابه حالتی که در ربات مسیریاب سنسورها همراه با فرستنده مادون قرمز در زیر ربات تعبیه می‌شوند). سپس با اندازه گیری ولتاژ خروجی مدار گیرنده توسط ADC ِ میکروکنترلر( سیم خروجی مدار گیرنده به یکی از ADCها وصل می‌شود)، می‌توان میزان نوری که از سطح زمین مسابقه بازتاب می‌شود را اندازه گیری کرده و با توجه به طیف رنگی موجود، مکان تقریبی ربات در زمین مسابقه را تعیین نمود. یافتن موقعیت مکانی ربات در زمین مسابقه، به ربات کمک می‌کند تا در موقعیت‌های مختلف، تاکتیک‌های مناسب‌تری را اتخاذ کند. مثلاً وقتی که ربات به نزدیک دروازه‌ی تیم مقابل رسیده است، بهترین راهکار برای گل زدن این است که به طرف دروازه با تمام قدرت شوت کند، اما وقتی ربات هنوز به نیمه‌ی زمین حریف نرسیده است، شوت کردن توپ ممکن است راهکار مناسبی برای گل زدن نباشد و بلعکس لازم باشد که ربات سعی کند دروازه‌ی خود را از خطر حمله‌ی تیم مقابل محافظت کند.

با توجه به این که توپ این بازی یک منبع نور مانند لامپهای رشته‌ای معمولی یا آتش است، ساده‌ترین راه برای تشخیص توپ، همان سیستمی است که در جلسه‌ی پنجم برای پیدا کردن آتش در ربات آتش نشان معرفی شد که در ادامه مختصراً تشریح می‌شود. سیستم حرکتی ربات به صورت دیفرانسیلی یا همان تانکی است. ربات در حالت عادی وقتی هنوز توپ را تشخیص نداده است، با متوقف نمودن یک موتور، به دور خود می‌چرخد. یکی سنسور نوری معمولی در قسمت جلوی ربات و به سمت روبرو، بر روی آن نصب می‌شود. با یک دور چرخش ربات به دور خود، این سنسور قادر خواهد بود کل زمین مسابقه را پوشش دهد. با توجه به اینکه تنها منبع نوری در زمین مسابقه همان توپ است، پس هرجا که سنسورِ جلوی ربات، نوری را دریافت کند، به این معنی خواهد بود که توپ در راستای مقابل ربات قرار دارد؛ و در نتیجه ربات باید چرخش خود را متوقف کند و با روشن نمودن هر دو موتور مستقیم در همان راستا به طرف توپ حرکت کند. تصاحب توپ، اولین گام برای حمله به سمت دروازه‌ی تیم مقابل است، و تیم‌ها به این موضوع توجه ویژه‌ای نشان داده‌اند، از همین رو روش‌های متفاوتی برای این موضوع تا کنون کشف و مورد استفاده قرار گرفته است. روشی که در بالا شرح داده شد الگوریتم بسیار ساده‌ای است که طبیعتاً کارایی بالایی هم ندارد و در حال حاضر کمتر تیمی با این الگوریتم در مسابقات حاضر می‌شود. بزرگترین مشکل این روش، سرعت پایین آن برای تشخیص توپ و سپس به تصاحب درآوردن آن است. در ادامه با ساختاری آشنا خواهیم شد که کارایی بسیار بالاتری نسبت به این سیستم دارد و در حال حاضر یکی از متداول‌ترین سیستم‌هایی است که در مسابقات مورد استفاده‌ی تیم‌های مختلف قرار می‌گیرد.

در این ساختار، سیستم حرکت ربات به صورت چهار جهته (Omni Directional) است و ربات هیچگونه حرکت چرخشی‌ای ندارد، و همواره در هر شرایطی، جلوی ربات به سمت زمین تیم مقابل است. همانطور که می‌دانیم، وقتی سیستمِ حرکت ربات چهار جهته باشد، ربات بدون اینکه نیاز به چرخش داشته باشد، می‌تواند به هر سمتی که نیاز است حرکت کند. در ادامه به دو سوال زیر در مورد این سیستم پاسخ می‌دهیم:

1- روبات چگونه توپ را تشخیص می‌دهد؟

2- روبات چگونه توپ را به تصاحب خود در می‌آورد؟

در این سیستم، بر دور تا دورِ ربات، سنسور‌های نوری به طوری تعبیه می‌شوند که ربات بتواند بدون چرخش، تمام نقاط زمین را زیر پوشش قرار دهد. در این سیستم ممکن است ده‌ها سنسور نوری معمولی در دور تا دور ربات نصب شود تا به این طریق بتوان مطمئن شد که تمام زمین زیر پوشش چشم‌های ربات قرار می‌گیرد. این سنسورها همگی به میکروکنترلر که پردازنده‌ی مرکزی ربات است متصل شده‌اند. به محض اینکه هر کدام از این سنسور‌ها، نوری دریافت کنند، میکروکنترلر با توجه به محل نصب سنسور بر روی بدنه ربات، جایگاه توپ را در زمین مسابقه مشخص می‌کند. مثلاً اگر سنسوری که در سمت چپ ربات نصب شده است نوری را از توپ دریافت کند، پردازنده تشخیص می‌دهد که توپ در سمت چپ ربات واقع شده است.

در شکل زیر نحوه‌ی نصب سنسور‌های نوری بر روی بدنه‌ی ربات نشان داده شده است.

همان‌طور که می‌بینید، سنسورهای نوری در یک محفظه‌ی تیره رنگی قرار گرفته‌اند که نور فقط از روبه‌رو می تواند وارد این محفظه شود و به سنسور برسد، در حقیقت این کار زاویه‌ی دید سنسور را محدودتر می‌کند. به نظر شما دلیل این عمل چیست؟

اما پیدا کردن توپ در زمین مسابقه، مرحله‌ی اول کار است، در مرحله‌ی بعدی ربات باید سعی کند به سمت توپ حرکت کند و آن را به تصاحب خود در بیاورد.
همان‌طور که گفته شد، همواره جلوی ربات باید به سمت زمین تیم مقابل باشد و ربات هیچ‌گونه حرکت چرخشی‌ای ندارد. در نتیجه ربات برای تصاحب توپ در هر شرایطی، باید سعی کند خود را به پشت توپ برساند، و سپس با حرکت رو به جلو باید توپ را همراه با خود تا زمین تیم مقابل حمل کند تا بتواند در فاصله‌ی مناسبی از دروازه‌ی حریف، توپ را به سمت آن شوت کند. در جلسه‌ی آینده ابتدا با مکانیزمی آشنا می‌شویم که ربات بتواند به کمک آن و بدون اینکه توپ را از خود جدا کند، آن را جابجا کند. سپس با مکانیزم دیگری آشنا خواهیم شد که امکان شوت کردن توپ را برای ربات فراهم می‌سازد. برای طراحی و استفاده از این مکانیزم‌ها قوانین دقیق و محدودیت‌هایی در دفترچه‌‌ی قوانین ذکر شده است که در جلسه‌ی آینده به آن‌ها نیز خواهیم پرداخت.

به دوستان عزیز پیشنهاد می‌کنم برای آشنایی بیشتر با این ربات‌ها و مسابقات آن‌ها، از اینترنت کمک بگیرند و از طریق سایت‌های جستجوگر، فیلم‌ها و عکس‌هایی در این مورد پیدا کنند و ببینند. این امر به درک بهتر موضوعات مطرح شده در جلسات ما بسیار کمک می‌کند.