وبلاگ سهراب جلوه گر جلوه‌گر؛ هوش مصنوعی

██ متن فصل بیست و سوّم نسخه‌ی رایگان ایبوک هوش مصنوعی ██

 

مترجم: سهراب جلوه گر جلوه‌گر

 

فصل آشنایی با روبوتیک

 

فهرست برخی از عنوان‌های نوشته‌ها

تعریف‌هاي روبوت

انواع روبوت

کاربردهای روبوت

چه کارهایی برای انسان سخت و برای روبوت‌ها آسان است؟

چه کارهایی برای انسان آسان و برای روبوت دشوار است؟

فرق روبوت با ماشین‌آلات خودکار

تعريف علم روبوتيك

قوانین روبوتیک

تاریخچه‌ی کوتاهی از روبوتیک

اجزای کلیدی روبوت

طرزکار(مکانیزم) روبوت

حسگرها

عمل‌کننده‌ها

کنترل کننده

سخت‌افزار کنترل کننده

صنایعی که از روبوت‌ها استفاده می‌کنند

روبوت‌های صنعتی‌ چه کارهایی می‌توانند انجام دهند‌؟

 

چند نمونه روبوت:

 

مقدّمه

 

کِرُل کاپِک   

 

کلمه‌ی رُوبُوت‌ به وسیله‌ی یک رمان نویس کشور چِک  به نام کِرُلْ کاپِکْ ‌ در سال 1920 ميلادي‌ در یک نمایش با عنوان Rassum's Universal Robots(RUR)‌ به کار گرفته شد‌؛ اين واژه(روبوت)‌ از كلمه‌ي چِكي روبوتا ، كه در زبان چکی‌، واژه‌ای برای «كار اجباري‌، بيگاري‌، کارگر یا پیشخدمت» می‌باشد‌، گرفته شده است‌.

 

شکل بالا- صحنه‌ای از نمایش Rassum's Universal Robots(RUR)‌ کِرُل کاپِک در سال 1920 میلادی؛ در این تصویر در سمت راست، سه روبوت نشان داده شده است.

 

تعریف‌هاي روبوت

 تعریف اوّل‌- هر ماشین ساخته شده به وسیله‌ی یکی از اعضای ما‌.

 تعریف دوّم‌- یک روبوت‌، یک دست ماشینی قابل برنامه‌ریزی مجدّد و چندکاربردی طرّاحی شده برای حرکت دادن مواد‌، قطعه‌ها‌، ابزار یا وسایل مخصوص‌، با استفاده از حرکت‌های برنامه‌ریزی شده‌ی متغیّر و برای کاربردهای مختلف می‌باشد‌.

 تعریف سوّم‌- وسيله‌اي مكانيكي‌ براي انجام كاري كه به وسيله‌ي انسان‌ انجام مي‌شود‌، می‌باشد، مثل رَنگ كردن اتومبيل.

 تعریف چهارم- وسیله‌ای مکانیکی کامپیوتری برای انجام کارهای پیچیده.

 تعریف پنجم- هر ماشینی که به صورت خودکار و به جای انسان کار می‌کند، گرچه ممکن است در ظاهر یا شیوه‌ی انجام کارها شبیه انسان نباشد.

 تعریف ششم- یک روبوت، یک عامل هوشمند مکانیکی است که می‌تواند خودش کارها را انجام دهد، یا می‌تواند برای انجام کارها راهنمائی شود. در عمل، یک روبوت معمولاً یک ماشین الکترومکانیکی است که به وسیله‌ی کامپیوتر و برنامه‌نویسی الکترونیکی راهنمائی می‌شود. روبوت‌ها می‌توانند خودمختار یا نیمه‌خودمختار باشند و دارای دو نوع اصلی هستند:

یکی، آنهایی که برای پژوهش در زمینه‌ی سیستم‌های شبیه انسان  استفاده می‌شوند، مثل روبوت‌های ASIMO و TOPIO

 

شکل بالا- روبوت ASIMO 2000، یک روبوت شبیه انسان است که در سال 2005 میلادی در نمایشگاه Expo 2005، در کشور ژاپُن به نمایش گذاشته شده است.

 

شکل بالا- TOPIO که یک روبوت شبیه انسان است، در نمایشگاه بین المللی روبوت IREX  در سال 2009 میلادی در شهر توکیوی کشور ژاپن پینگ پنگ بازی کرد.

 و دیگری، آنهایی که دارای نقش‌های تعریف شده‌تر و خاص‌تر هستند، مثل نانُو روبوت‌ها  و کُپّه روبوت‌ها(روبوت‌های کپّه‌ای) ؛ و روبوت‌های کمک کننده ، که برای ساختن یا حرکت دادن چیزها یا انجام کارهای پَست یا خطرناک، استفاده می‌شوند، مثل روبوت‌های صنعتی  یا روبوت‌های متحرّک  یا روبوت‌های سرویس‌دهنده(مُستَخدِم) .

خصوصیّت مشترک دیگر برای روبوت‌ها این است که، ظاهر یا حرکت آنها این حس را به ما می‌دهد که، آنها از خودشان دارای قصد(نیّت)  و عمل(عاملیّت)  [، برای انجام کار] هستند.

 

  انواع روبوت

                 

شکل بالا- دست ماشینی      شکل بالا- دست ماشینی      شکل بالا- روبوت پادار

                 

شکل بالا- روبوت چرخ‌دارشکل بالا- وسیله‌ی زیر آبی خودمختار       شکل بالا- وسیله‌ی بی‌سرنشین هوایی

 

کاربردهای روبوت

کارهایی که برای انسان‌ خطرناک می‌باشند

 

روبوت ضدّعفونی کننده‌ي نشان داده شده در بالا‌ در نیروگاه اتمی برای پاک(تمیز) کردن به کار می‌رود‌.

کارهای تکراری که برای انسان‌، کِسِل کننده‌، پردَغدَغه یا کار بر می‌باشند

 

روبوت جوشکاری کننده (تصوير بالا)

کارهای پست که انسان دوست ندارد آنها را انجام دهد

 

روبوت اِسکرابمِیت ‌ (تصوير بالا)‌، در حال پاك كردن دستشويي

 

چه کارهایی برای انسان سخت و برای روبوت‌ها آسان است؟

کارهای تکراری، کار مداوم، انجام محاسبه‌های پیچیده، کار با پایگاه داده‌های بزرگ، برای روبوت‌ها آسان و برای انسان دشوار است.

 

شکل بالا- روبوت‌ها در خطّ تولید یک کارخانه‌ی خودروسازی

چه کارهایی برای انسان آسان و برای روبوت دشوار است؟

دلیل آوردن(استدلال)، تطبیق با شرایط جدید، آمیختن اطّلاعات نامربوط، آفرینندگی(خلّاقیّت) ، برای روبوت دشوار و برای انسان‌ [، در مقایسه با روبوت،] آسان است.

 

فرق روبوت با ماشین‌آلات خودکار

ماشین‌آلات خودکار برای انجام کار مشخّصی طرّاحی شده‌اند؛ مثل: ماشین‌هایی که بطری‌ها را پُر می‌کنند ، ماشین ظرفشویی  و ماشین رَنگ پاش .

 

شکل بالا- یک ماشین که بطری‌ها را پر می‌کند

 

شکل بالا- ماشین ظرفشویی

 

شکل بالا- ماشین رنگ پاش

ولی روبوت‌ها برای انجام کارهای گوناگون طرّاحی شده‌اند؛ مثل: بازوهای برداشتن و گذاشتن ، و روبوت‌های متحرّک.

 

شکل بالا- بازوی برداشتن و گذاشتن

 

شکل بالا- یک روبوت متحرّک

 

تعريف علم روبوتيك

 تعریف نخست- طرّاحی، ساخت و استفاده از ماشین‌هایی یا روبوت‌هایی که کارهایی را انجام می‌دهند که آن کارها معمولاً به وسیله‌ی انسان‌ها انجام می‌شوند.

 تعریف دوّم- شاخه‌اي از هوش‌مصنوعي است كه به طرّاحي‌، توليد و به كارگيري روبوت مي‌پردازد‌.

 تعریف سوّم- فنّـآوری ساخت و استفاده از روبوت‌ها.

 تعریف چهارم- شاخه‌ای از فنّآوری است که به طرّاحی، تولید، اداره، حالت ساختاری و کاربردهای روبوت‌ها می‌پردازد. روبوتیک، به علم‌های الکترونیک، مهندسی، مکانیک و نرم‌افزار وابسته است.

قوانین روبوتیک

 

شکل بالا- یک روبوت معمولی قبل از قوانین آسیموف، این تصویر در کارتون «سوپِر مَن» نشان داده شده است. قانون اوّل آسیموف روبوت را از حمله به انسان نهی می‌کند.

 

اِسحاق آسیمُوف  اِسْحاقْ آسیمُوف  قانون‌های سه گانه‌ی روبوتیک را به صورت زیر‌ بیان نمود:

قانون اوّل‌، روبوت‌ نباید به انسان‌ صدمه(آسيب) وارد کند.

قانون دوّم، روبوت‌ باید دستوراتی که به وسیله‌ی انسان‌ به آن داده شده و به انسان‌ صدمه نمی‌زند(‌قانون اوّل را نقض نمی‌کند‌) را اجرا نماید.

قانون سوّم‌، روبوت‌ باید از خودش مواظبت کند و این مواظبت‌ نباید باعث صدمه زدن به انسان(نقض قانون اوّل) یا اجرا نشدن دستوراتی که انسان به آن داده است(نقض قانون دوّم) شود.

 

تاریخچه‌ی کوتاهی از روبوتیک

در سال 1954 ميلادي‌ اوّلین روبوت قابل برنامه‌ریزی صنعتي به وسیله‌ی جُورْجْ دِوُلْ ‌ با نام Universal Automation‌ طرّاحی شد؛ اين روبوت در سال 1962 ميلادي به Unimation، که نام اوّلین شرکت روبوت شد‌، تغییر نام پیدا نمود‌. شركت Unimate‌ در ابتدا‌ ساخت لامپ تصویر تلویزیون را خودکار نمود‌.

 

در سال 1978 ميلادي‌ روبوت پوما(ماشین همه منظوره‌ي قابل برنامه‌ریزی، برای مونتاژ یا اسِمبِلی)  به وسیله‌ی شركت Unimation با پشتیبانی شركت General Motors‌ به وجود آمد‌ (شکل زیر)‌.

 

شکل بالا- دست ماشینی پوما 560

در دهه‌ی 1980 ميلادي‌ صنعت روبوت‌ به یک مرحله‌ی رشد سریع رسید‌. تعداد زیادی مؤسّسه‌ برنامه‌ها و زمينه‌هایی را در علم روبوتیک‌ معرّفی نمودند‌. زمینه‌های روبوتیک‌، در مهندسی مکانیک‌، مهندسی برق و دانشکده‌های علوم کامپیوتر‌ پخش شدند‌.

                 

شکل بالا- دست ماشینی فنّـآوری بارت     شکل بالا- روبوت Cognex       شکل بالا- روبوت ماهر SCARA

از سال 1995 میلادی تا‌کنون،‌ تحوّلاتی کاربردی در روبوتیک و گرداننده‌ی روبوت‌های متحرّک‌، یک دور دوّم رشد کمپانی‌ها و تحقیق را به وجود آورده است‌. در سال 2003 میلادی‌، کاوشگر کره‌ی مرّیخ ناسا ‌، جستجویی را در سیّاره‌ی مرّیخ‌، برای تاریخچه‌ی آب‌، در آن سیّاره‌، اجرا نمود(شکل زیر)‌.

 

اجزای کلیدی روبوت

 

پایه‌ی روبوت

پایه‌ی روبوت‌ می‌تواند به صورت ثابت یا متحرّک باشد‌؛ بازوهای ماشینی روبوتیک، در کارخانه‌ها، نمونه‌هایی از روبوت‌های ثابت می‌باشند‌؛ آنها نمی‌توانند پایه‌ی خود را حرکت دهند‌. در زیر‌، تصویری از یک روبوت داراي پایه‌ی ثابت را مشاهده می‌نمایید‌:

 

شکل بالا- روبوت A255

در روبوت‌های با پایه‌های متحرّک‌، پایه‌ها‌ معمولاً‌ دارای چرخ هستند و برخی نیز‌ دارای پا مانندهایی برای حرکت می‌باشند‌:

 

طرزکار(مکانیزم) روبوت

اجزای مکانیکی

در زیر‌ چند نمونه از اجزای مکانیکی را می‌بینید‌:

         

شکل بالا- سطح شیبدار        شکل بالا- گُوِه

         

شکل بالا- حلقه‌های زنجیر     شکل بالا- چرخ‌دنده‌، دنده‌ی هَرز‌گَرد و غیره

         

شکل بالا- میل‌لَنگ و پیستون  شکل بالا- اَهرُم

         

شکل بالا- زنجیر و چرخ‌دنده     شکل بالا- میل و بادامَک

حسگرها

حس‌های انسانی؛ نظیر جا، صدا، لمس، مزّه و بو، اطّلاعات حیاتی را برای کار و بقای ما‌ مهیّا می‌کنند. حسگرهای روبوت؛ پیکربندی یا وضعیّت و محیطش را ارزیابی می‌کنند و اطّلاعات این چنینی را به کُنتُرُلِر روبوت‌، به صورت علامت‌های الکترونیکی می‌فرستند (به عنوان مثال‌، وضعیّت بازو و حسّ گاز مَسموم).

 

شکل بالا- شتابْ سنج

روبوت‌ها‌ اغلب‌ به اطّلاعاتی که ماورای پنج حسّ انسان هستند‌، نیاز دارند (به عنوان مثال، دیدنْ در تاریکی، تشخیص مقدارهای کم پرتوهای نامرئی، اندازه‌گیری حرکت‌هایی که آن قدر سریع یا کوچک‌ هستند که برای انسان‌ها قابل دیدن نمی‌باشند).

  در ادامه برخی از گونه‌های حسگرها معرّفی شده‌اند:

حسگرهای نیرو

 

روبوت‌ها‌ می‌توانند جاسازی دقیق و جاسازی قطعات ماشین را با استفاده از حسگر نیرو انجام دهند.

حسگرهای شیب(کجی)

حسگرهای شیب‌، به عنوان مثال‌، برای متعادل کردن(بالانس کردن) یک روبوت‌ به کار می‌روند‌.

 

در شکل‌های بالا دو نمونه حسگر شیب، که به طور مثال، می‌توانند در روبوت برنامه‌ریز نشان داده شده در شکل زیر به کار روند را می‌بینید:

 

حسگر بینایی

به عنوان مثال، برای برداشتن زباله‌ها، نظارت و ...

 

شکل بالا- یک روبوت دارای حسگرهای بینایی

عمل‌کننده‌ها

عمل‌کننده‌های رایج روبوتیک‌، از ترکیب ابزارهای الکترومکانیکی مختلف‌ استفاده می‌کنند‌؛ به عنوان مثال‌، موتور همزمان ‌، موتور پِلّه‌ساز ‌، موتور سِروُی با جریان متناوب ‌، موتور سروی بی زُغال با جریان مستقیم  و موتور سروی با زغال دارای جریان مستقیم ‌.

         

شکل بالا- موتور پلّه‌سازشکل بالا- سیلندر گازی

         

شکل بالا- موتور رُوغنی شکل بالا- موتور سروی

         

شکل بالا- موتور جریان مستقیم       شکل بالا- موتور گازی

کنترل کننده

هوش لازم برای کنترل روبوت را به وجود می‌آورد‌؛ اطّلاعات حس شده را پردازش می‌کند و دستورهای کنترلی را برای عمل‌کننده‌ها محاسبه می‌کند تا کارهای خاصّی را انجام دهند‌.

سخت‌افزار کنترل کننده

وسایل ذخیره سازی

به عنوان مثال‌، حافظه‌، برای نگهداری برنامه‌ی کنترل و وضعیّت سیستم روبوت‌، که با استفاده از حسگرها به دست می‌آیند‌.

 

موتور محاسبه

دستورهای کنترل را محاسبه می‌کند.

         

واحدهای رابط

سخت‌افزاری برای ارتباط بین محیط و کنترل کننده، که به صورت دیجیتالی می‌باشد، هستند (‌[به عبارت دیگر، واسط، بین] حسگرها و عمل‌کننده‌ها [می‌باشند]‌).

تقویّت کننده‌های عملیّاتی      تبدیل کننده‌ی آنالوگ به دیجیتال

 

LM1458

تقویّت کننده‌ی عملیّاتی دوتایی       

LM358      

LM358      

صنایعی که از روبوت‌ها استفاده می‌کنند

عبارتند از: کشاورزی؛ خودروسازی؛ ساختمان؛ سرگرمی؛ در موردهای بهداشتی‌، مثل بیمارستان‌ها، نگهداری از بیمار، جرّاحی، تحقیق و غیره؛ آزمایشگاه‌های علمی، مهندسی و غیره؛ نظارت بر اجرای قانون؛ تولید؛ امور نظامی‌، مثل مین جنگی‌یابی، نظارت و حمله؛ حمل و نقل هوایی، زمینی، ریلی و فضایی؛ تسهیلات زندگی‌، مثل آب، برق و گاز؛ انبار کردن.

روبوت‌های صنعتی‌ چه کارهایی می‌توانند انجام دهند‌؟

حمل مواد؛ انتقال مواد؛ بار قرار دادن در ماشین و یا خالی کردن آن؛ نُقْطِهْ جوشْ؛ جوش پیوسته؛ اِسپِرِی کردن روکِش؛ سرهم‌بندی قطعات و بازرسی.

                 

شکل بالا- بازوی حمل کننده‌ی مواد  شکل بالا- بازوی سرهم‌بندی کننده  شکل بالا- بازوی نقطه جوشْ زَن

روبوت‌ها در فضا

به عنوان مثال:

 

شکل بالا- ایستگاه فضایی شرکت ناسا

روبوت‌ها در جاهای خطرناک

به عنوان مثال:

 

شکل بالا- روبوت HAZBOT در محیط قابل انفجار

 

شکل بالا- روبوت TROV در زیر دریا

روبوت‌ها در پزشکی

به عنوان مثال روبوت زیر برای جرّاحی‌های ریز به کار می‌رود:

 

روبوت‌ها در خانه

به عنوان مثال، روبوت‌های سرگرم کننده‌ی زیر:

 

چکیده‌ی مطلب‌های فصل بیست و سوّم

یک روبوت، یک عامل هوشمند مکانیکی است که می‌تواند خودش کارها را انجام دهد، یا می‌تواند برای انجام کارها راهنمائی شود. در عمل، یک روبوت معمولاً یک ماشین الکترومکانیکی است که به وسیله‌ی کامپیوتر و برنامه‌نویسی الکترونیکی، راهنمائی می‌شود. روبوت‌ها می‌توانند خودمختار یا نیمه‌خودمختار باشند و دارای دو نوع اصلی هستند:

یکی، آنهایی که برای پژوهش در زمینه‌ی سیستم‌های شبیه انسان استفاده می‌شوند، مثل روبوت‌های ASIMO و TOPIO

و دیگری، آنهایی که دارای نقش‌های تعریف شده‌تر و خاص‌تر هستند، مثل نانو روبوت‌ها و کپّه روبوت‌ها(روبوت‌های کپّه‌ای)؛ و روبوت‌های کمک کننده، که برای ساختن یا حرکت دادن چیزها یا انجام کارهای پَست یا خطرناک استفاده می‌شوند، مثل روبوت‌های صنعتی یا روبوت‌های متحرّک یا روبوت‌های سرویس‌دهنده(مستخدم).

خصوصیّت مشترک دیگر، برای روبوت‌ها، این است که، ظاهر یا حرکت آنها این حس را به ما می‌دهد که، آنها از خودشان دارای قصد(نیّت) و عمل(عاملیّت)[ برای انجام کار] هستند.

ماشین‌آلات خودکار، برای انجام کار مشخّصی طرّاحی شده‌اند؛ ولی روبوت‌ها، برای انجام کارهای گوناگون طرّاحی شده‌اند.

روبوتیک، شاخه‌ای از فنّـآوری است که به طرّاحی، تولید، اداره، حالت ساختاری و کاربردهای روبوت‌ها می‌پردازد.

قانون‌های سه گانه‌ی روبوتیک به وسیله‌ی اِسحاق آسیمُوف به این صورت‌ بیان شده‌اند: قانون اوّل‌، روبوت‌ نباید به انسان‌ صدمه(آسيب) وارد کند. | قانون دوّم، روبوت‌ باید دستوراتی را که به وسیله‌ی انسان‌ به آن داده شده و ‌قانون اوّل را نقض نمی‌کند، اجرا نماید. | قانون سوّم‌، روبوت‌ باید از خودش مواظبت کند و این مواظبت‌ نباید باعث نقض قانون اوّل یا نقض قانون دوّم شود.

روبوت‌ها‌ اغلب‌ به اطّلاعاتی که ماورای پنج حسّ انسان هستند‌، نیاز دارند؛ حسگرهای روبوت، پیکربندی یا وضعیّت و محیطش را ارزیابی می‌کنند و اطّلاعات این چنینی را به کنترلر روبوت‌، به صورت علامت‌های الکترونیکی می‌فرستند.

عمل‌کننده‌های رایج روبوتیک‌، از ترکیب ابزارهای الکترومکانیکی مختلف‌ استفاده می‌کنند‌.

کنترل کننده، هوش لازم برای کنترل روبوت را به وجود می‌آورد‌؛ اطّلاعات حس شده را پردازش می‌کند و دستورهای کنترلی را برای عمل‌کننده‌ها محاسبه می‌کند تا کارهای خاصّی را انجام دهند‌.

واحدهای رابط، سخت‌افزاری برای ارتباط بین محیط و کنترل کننده که به صورت دیجیتالی می‌باشد، هستند (‌[به بیانی دیگر، واسط بین] حسگرها و عمل‌کننده‌ها [می‌باشند]‌).