در دهه اخیر با پیشرفت‌های چشم گیر در هوش مصنوعی شاهد ظهور ربات‌های پیشرفته و هوشمندی هستیم که موفق شده‌اند توجهات بسیاری را به خود جلب کنند و حوزه رباتیک را به یکی از فعال‌ترین و پرطرف‌دارترین زیر شاخه حوزه هوش مصنوعی تبدیل کنند. علم ربات و رباتیک زیرشاخه‌ای از حوزه هوش مصنوعی می‌باشد که تمرکز آن بر روی طراحی ماشین‌های هوشمندی است که می‌تواند مانند انسان فکر کند و متناسب با شرایط محیطی تصمیم بگیرد. متخصصان رباتیک به لطف الگوریتم‌ها، تکنیک‌های خاص هوش مصنوعی موفق به خلق این نوع ماشین‌های هوشمند شده‌اند. ربات‌ها تعدادی از اجزایی مکانیکی هستند که به صورت کاملاً هماهنگ در کنار هم با یکدیگر برای رسیدن به یک هدف مشخص فعالیت می‌کنند. این اجزا مکانیکی متشکل از بازوهای رباتیک، انواع سنسورها و تعدادی قطعات دیگر هستند. از میان اجزای تشکیل دهنده ربات‌ها، کنترلرها یکی از بخش‌های مهم در ساخت، طراحی و پیاده سازی ربات‌ها می‌باشد که دقیقاً موضوع بحث مقاله ماست. در این مقاله سعی خواهد شد در مورد عملکرد و اصول کاری کنترلرها در ربات و تکنولوژی‌ها و الگوریتم‌های پیشرفته کنترلی بحث شود و به سؤالات احتمالی شما عزیزان در مورد انواع کنترلرها در ربات‌ها پاسخ داده شود. در ادامه با آرتیجنسهمراه باشید. 

کنترلر در ربات‌ها چیست؟

کنترلرها در علم ربات و رباتیک یکی از اجزای اساسی و مهم است که به مثال مغز ربات وظیفه کنترل و مدیریت حرکات و به طور کلی عملکرد ربات را بر عهده دارد. کنترلر یک قطعه الکترونیکی می‌باشد که مسئولیت اجرای دقیق و بهینه حرکات، تصمیم‌گیری‌ها، و پاسخ‌های ربات را بر عهده دارد. به کمک کنترلرهاست که ربات قادر است حرکت کند، با محیط اطراف خود ارتباط برقرار کرده و متناسب با شرایط محیطی تصمیم بگیرد. متخصصین این حوزه با استفاده از کنترلرها و به‌کارگیری تکنیک‌ها و الگوریتم‌های پیشرفته کنترلی مثل شبکه‌های عصبی و یادگیری عمیق قادر به پیاده سازی ربات‌هایی هستند که در عملکرد، کنترل و حرکت بسیار بهینه‌تر از قبل عمل می‌کنند. کنترلرها در رباتیک معمولاً به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

•    کنترلر مرکزی (Main Controller):

یکی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین کنترلرها در ساخت هر نوع رباتی کنترلر مرکزی است. این کنترلر به عنوان مغز سیستم رباتیک عمل می‌کند و مسئول کلیه عملیات کنترلی و مدیریتی ربات می‌باشد. روش کار کنترلر مرکزی به این صورت است که ابتدا داده‌های مربوط به محیط را از سنسور یا هر نوع ورودی دیگر جمع آوری کرده و پردازش می‌کند، سپس بر اساس داده‌های ورودی پردازش شده تصمیمات لازم را برای کنترل و حرکت ربات اتخاذ می‌کند. این تصمیم‌گیری‌ها می‌تواند شامل کنترل حرکت، تنظیم سرعت و موقعیت ربات باشد. این کنترلر از الگوریتم‌های کنترل PID و سایر روش‌های کنترل برای انجام وظایف خود استفاده می‌کند.

•    کنترلرهای زیرسیستم‌ها:

علاوه بر کنترلر اصلی در سیستم‌های رباتیک تعدادی کنترلر برای بخش زیرسیستم‌ها و اجزای مختلف ربات نیز وجود دارند مانند بازوهای رباتیک تا بتوان به اجزا و بخش‌های مختلف ربات هم عملیات کنترلی را اعمال کرد. برخی از این نوع کنترلرها عبارت‌اند از: کنترلر حسگرها، کنترلر موتورها و کنترلر ارتباطات. از کنترلر حسگرها برای مدیریت و کنترل داده‌ها و اطلاعات ورودی استفاده می‌شود، از کنترلر موتورها برای کنترل حرکت موتور و اجزای مکانیکی ربات استفاده می‌شود در حالی که از کنترلر ارتباطات برای ایجاد ارتباط ربات با سیستم‌های دیگر و یا محیط اطراف استفاده می‌شود.

کنترلر در ربات‌ها چگونه کار می‌کند؟

در این بخش از مقاله انواع کنترلرها در ربات‌ها و پس از آشنایی نسبی با اینکه کنترلرها در ربات‌ها واقعاً چه هستند، نوبت به آن می‌رسد که چگونگی کارکرد کنترلرها در ربات‌ها را بررسی کنیم و ببین این قطعات الکترونیکی چگونه به کنترل و هدایت ربات‌ها کمک می‌کند. برای درک بهتر کارکرد کنترلر در ربات‌ها مراحل کاری کنترلرها را در زیر به صورت تیتروار می‌آوریم و در مورد هر کدام توضیحاتی را ارائه می‌دهیم:

ورودی اطلاعات:

مرحله اول برای هدایت و کنترل حرکات ربات دریافت اطلاعات و داده‌های ورودی می‌باشد. کنترلر اطلاعات، داده‌های ورودی که می‌تواند شامل اطلاعات محیطی مربوط به فاصله، سرعت و دما باشد را از سنسورها یا دیگر منابع ورودی دریافت می‌کند.

پردازش داده:

در مرحله بعدی و پس از دریافت داده‌های ورودی بخش پردازش داده اطلاعات دریافتی را پردازش می‌کند. این مرحله ممکن است شامل مراحلی مثل محاسبه خطا، تصمیم‌گیری‌ها، یا تحلیل داده‌ها برای تعیین وضعیت فعلی ربات باشد.

تصمیم‌گیری:

این مرحله بر اساس داده‌ها و اطلاعات پردازش شده از مرحله قبل تصمیمات لازم برای کنترل و هدایت سیستم گرفته می‌شود که ممکن است شامل مواردی مثل تغییر سرعت، جهت حرکت و یا وظیفه خاصی باشد به طور کلی در این مرحله کنترلر به ربات کمک می‌کند تا وظایف خود را به بهترین شکل انجام دهد. 

کنترل حرکت:

پس از تصمیم‌گیری‌های لازم دستورات لازم، منطبق با تصمیمات اخذ شده به کنترلر حرکت ارسال می‌شود و کنترلر حرکت شروع به کنترل حرکات ربات با توجه به تصمیمات گرفته شده در مرحله قبل می‌کند.

انواع کنترلرها در ربات ها:

انواع مختلفی از کنترلرها برای کنترل و مدیریت حرکات ربات‌ها و یا انجام‌ وظیفه‌ای خاص وجود درد. این کنترلرها بر اساس نوع ربات و وظایفی که قرار است انجام دهد، می‌توانند متنوع باشد. در زیر به برخی از مهم‌ترین و پرکاربردترین انواع کنترلرها در ربات‌ها می‌پردازیم:

کنترلر PID:

کنترلر PID مخفف کلمات Proportional، Integral، وDerivative  مباشد و به خاطر سادگی و کارایی در میان کنترلر محبوبیت زیادی دارد. از این کنترلر برای کنترل حرکت و موقعیت ربات استفاده می‌شود.

کنترلر موتور (Motor Controller):

همان طور که از نام آن هم مشخص است از این کنترلر برای کنترل موتورها و اجزای مکانیکی ربات استفاده می‌شود این کنترلرها معمولاً وظیفه تنظیم سرعت و جهت حرکت موتورها را بر عهده دارند. 

کنترلر موقعیت (Position Controller):

کنترلر موقعیت با دریافت اطلاعات و داده‌های ورودی از سنسورها، مکانیسم و موقعیت فعلی ربات را مشخص می‌کند.

کنترلر حسگر (Sensor Controller):

برای مدیریت اطلاعات و داده‌های جمع‌آوری شده از سنسورها، از این نوع کنترلرها استفاده می‌شود. این کنترلرها وظیفه پردازش و تفسیر اطلاعات و داده‌های دریافتی از حسگرها را بر عهده دارند.

کنترلر هاپتیک (Haptic Controller):

از کنترلر هاپتیک در ربات‌های لمسی برای انتقال تجربه حسی به کاربر استفاده می‌شود. ربات‌های چرخنده از جمله ربات‌هایی هستند که از این نوع کنترلرها استفاده می‌کنند.

نتیجه گیری:
بخش کنترل و هدایت ربات‌ها یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها در طراحی و پیاده سازی یک ربات است. امروزه ربات‌های خدماتی یا سرباز را می‌بینیم که برای کار در محیط‌های ناهموار و سخت طراحی و توسعه داده شده‌اند و در کمال تعجب می‌بینیم که این ربات‌ها چطور می‌توانند به بهترین شکل با محیط اطراف خود ارتباط برقرار کرده و از موانع سر راه عبور کنند و وظایف حرکت و کنترلی خود را به بهترین شکل انجام دهند. در این مقاله دیدیم که پروسه کنترل، هدایت و تصمیم‌گیری‌های مربوط به این حوزه در ربات‌ها توسط بخشی به نام کنترلرها انجام می‌شود. همچنین با انواع کنترلرها در ربات‌ها و روش کار آنها نیز آشنا شدیم و دیدم که چگونه تکنولوژی‌ها و الگوریتم‌های هوش مصنوعی در توسعه ربات‌های هوشمندتر می‌تواند مفید و کارآمد باشد. انتظار می‌رود که با پیشرفت تکنیک‌های هوش مصنوعی و الگوریتم‌های مربوط به این حوزه مثل شبکه‌های عصبی و یادگیری عمیق در آینده‌ای نه چندان دور شاهد ظهور ربات‌هایی باشیم که هم از نظر هوشمندی و هم از نظر دقت در کنترل و حرکت بسیار بهتر از و بی عیب و نقص تر از ربات‌های فعلی عمل کنند.