بخشی از مقاله
چکیده
با پیشرفتهای روز افزون روباتها در صنعت و لزوم استفاده از آنها در محیطهای با شرایط خاص که امکان حضور انسان در آنها ممکن نیست بحث کنترل روباتها و استفادهی مناسب آنها در فواصل دور تحت عنوان »سیستم دورعملیات« به عنوان یکی از دانشهای روزمره، مورد مطالعه و بررسی محققین قرار گرفته است. در این سیستمها اپراتور انسانی میتواند در یک مکان مناسب مانند اتاق فرمان، کنترل یک روبات را که در یک محیط خاص قرار گرفته است، بر عهده گرفته و وظایف خاصی را به انجام برساند.
از جمله فعالیتهایی که استفاده از روبات به جای انسان در آنها توصیه میگردد کارهای کشاورزی و باغبانی میباشد. بسیاری از عملیاتهای کشاورزی کارهای سخت میباشند و در محیطهایی که برای سلامتی انسان مضر است انجام میشود. امروزه روبات در کارهای کشاورزی به طور محدود به کار گرفته میشود این کاربرد محدود روبات در انجام عمیاتهای کشاورزی نشان دهنده این است که جهتگیری اصلی در بخش کشاورزی تمایل به اتوماسیون کامل کارهای کشاورزی است.
با توجه به پیچیدگیهایی که فعلا یک روبات کاملا مستقل در کار کردن در محیط پویا و بدون ساختار کشاورزی دارد استفاده از دورعملیات در یک سیستم روباتیک کشاورزی نیمه مستقل عملکرد را بهبود میبخشد. در این مقاله به بررسی و تجزیه تحلیل قسمتهای مختلف یک سیستم دورعملیات پرداخته میشود و برخی از کاربردهای آن در کشاورزی بیان میگردد.
واژگان کلیدی: روبات، دورعملیات، کنترل، کشاورزی
مقدمه
به کارگیری روبات به جای انسان در محیطهایی با شرایط سخت و زیانآور مطلوب میباشد. یکی از این محیطها شرایطی است که در آن عملیات کشاورزی صورت میگیرد البته در به کارگیری روبات در کشاورزی باید به این نکته توجه گردد که محیط به کارگیری روبات شرایط کنترل شدهای همانند محیطهای صنعتی ندارد.درمحیط کشاورزی روبات در زمینهایی بدون ساختار و غیرقابل پیشبینی حرکت میکند و باید کارهای پیچیده کشاورزی را در محیط فیزیکی تعریف نشده و بدون ساختار و بسیار متغیر انجام دهد، همچنین باید توجه داشت که شرایط آب و هوایی در محیط کشاورزی متغیر و کنترل نشده است.
با توجه به پیچیدگیهایی که فعلا یک روبات کاملا مستقل در کارکردن در محیط پویا و بدون ساختار کشاورزی دارد استفاده از دورعملیات در یک سیستم روباتیک کشاورزی نیمه مستقل عملکرد را بهبود میبخشد. حتی اگر این امکان وجود داشت که کلیه کارهای کشاورزی به طور خودکار انجام شود اضافه کردن انسان به حلقه سیستم روباتیک منجر به سهولت در انجام کارها خواهد شد این ترکیب با افزایش عملکرد و نیرومندی ناشی از همکاری انسان و روبات می تواند منجر به کاهش هزینهها که عامل محدود کننده کاربرد روباتیک در کشاورزی است شود.
ترکیب دانش و هوش انسان با دقت و قدرت تکرار روبات امکان حذف انسان از محیطهای خطرناک را میسر میکند این ترکیب تشکیل یک سیستم دورعملیات را میدهد در این سیستم روبات به جای انسان عملیات را انجام میدهد و انسان نقش کنترل کننده را بر عهده دارد در محیطی مانند گلخانه که از نظر تهویه و حرارت شرایط مناسبی برای حضور انسان ندارد رایجترین روش برای مبارزه با آفات استفاده از آفتکشها، قارچکشها و دیگر محصولات شیمیایی است که باید به طور مستقیم بر روی گیاهان پاشیده شوند.
عملیات سمپاشی در داخل محیط بستهی گلخانه برای سلامتی انسان مضر است. بنابراین، اتوماسیون پاشش، و همچنین سایر عملیات گلخانهای مانند اندازهگیری و کنترل شرایط محیطی، پشتیبانی برداشت، بازرسی بوته، و گردهافشانی مصنوعی میتواند توسط سیستم دورعملیات میتواند انجام بگیرد کشاورزی از راه دور یکی دیگر کاربردهای سیستمهای دورعملیات میباشد. به عبارت دیگر کشاورزی از راه دور نصب یک روبات دورعملیات است که امکان دیدن و پرورش یک محیط کشاورزی را برای کاربر انسانی از بستر ارتباطی اینترنت از راه دور میسر میسازد. در این مقاله به معرفی و کاربرد سیستم دورعملیات در کشاورزی پرداخته خواهد شد و همچنین دینامیک یک بازوی روبات سیستم دورعملیات مورد بررسی قرار می گیرد.
سیستم های دورعملیات روشهای کنترل
امروزه برای این که تلهروباتیک را خیلی خوب درک نمائیم لازم است که سه دسته از روباتهای اطراف خود را به خوبی بشناسیم. این سه دسته عبارتند از روباتهای خاکی - زمینی - ، دورعملگرها و تلهروباتها در حالت عادی میدانیم که منظور از روبات، همان روباتهای خاکی میباشد. این دسته از روباتها به لحاظ نوع کارشان، فقط در صنایع ساخت محدود شدهاند. لذا وسایل صلب و سنگینی هستند که به طور دقیق جهت کارهای تکراری برنامهریزی میشوند.
لذا یک جنبه مثبت این روباتها این است که آنها برای انجام کارها به نفر ساعت خیلی کمی جهت تنظیم و برنامهریزی نیاز دارند.نوع دیگری از روباتها، دورعملگرها میباشند که مستقیماً با کنترل دستی بازوی مکانیکی به وسیلهی انسان عمل میکنند. دورعملگرها معمولاً برای استفاده در زیر آب و محیطهای خطرناک و ... کاربرد دارند. در دورعملگرها برنامه نویسی به مراتب نسبت به روباتها سختتر است، برای این که محیط نمیتواند به طور کافی کنترل داشته باشد تا به دورعملگر اجازه دهد که به خوبی عمل نماید. در دورعملگرها، اپراتور مستقیماً نقش عمدهای در کنترل روبات ایفا میکند.
نوع سوم از روباتها، تلهروباتها یا روبات های دورعملیات می باشند. تلهروبات ها ترکیبی از روباتهای زمینی و دورعملگرها هستند که به طور اتوماتیک کنترل میشوند. تلهروبات ها به بسیاری از مشکلات تکنولوژی امروزی پاسخ داده و به مراتب کاراتر از روباتها و دورعملگرها می باشند، به طوری که میتوانند از عهدهی کارهای با کلاس کاری بزرگتر برآیند. به عبارت دیگر این روبات ها میتوانند کارهای غیر تکراری را با مدلهای ناقص و پیش بینی نشده از محیط کار، انجام دهند.
اپراتورها میتوانند با استفاده از سیستمهای دورعملگر، کارهایی را که در نقاط دوری از آنها واقع شده است را انجام دهند در یک سیستم دورعملیات هدف کاربر انسانی فرمان دادن به بخش فرمانده است به گونهای که بخش فرمانبر بتواند وظیفهی محوله را در مکانی که در آن قرار دارد انجام دهد، در این صورت در یک سیستم دورعملیات، فرمانبر بایستی به نحوی کنترل شود که بتواند حرکت فرمانده را که توسط اپراتور به آن داده میشود دنبال نماید. علاوهبر فرمانده، اپراتور و فرمانبر، دو بخش دیگر نیز در این سیستم وجود دارند: کانال ارتباطی و محیط ارتباطهای بین محیط و بخش فرمانبر نیز باید در نظر گرفته شود چرا که بازتاب این ارتباطها، در نهایت به اپراتور بازگردانده میشود.
بنابراین برای بهبود عملکرد، از نیرویی که به بخش فرمانبر وارد میشود فیدبک گرفته شده و به عنوان ورودی برای بخش فرمانده مورد استفاده قرار میگیرد. در این حالت، سیستم، کنترل شدهی دو طرفه خوانده میشود بسیاری از الگوریتمهای متفاوت برای کنترل این گونه از سیستمها به کار گرفته شده است کنترل موقعیت موقعیت، کنترل نیرو موقعیت و کنترل فشار موقعیت. در نهایت کانال ارتباطی نقش بسیار مهمی را در این نوع سیستمها بازی می کند، بخصوص هنگامی که فرمانده در فاصلهی بسیار دوری از فرمانبر واقع شده است و یا کانال ارتباطی از نوع کانال ارتباطی آهسته باشد.
در این گونه از موارد، یک تأخیر زمانی در بین اطلاعات مبدأ و مقصد ایجاد میگردد. این تأخیر زمانی میتواند باعث ناپایداری سیستم دورعملیات دوطرفه گردد طرحهای کنترل دوطرفه کلاسیک در این نوع از سیستمها که دارای تأخیر زمانی هستند، قابل استفاده نمی باشند چرا که تأخیرات زمانی کوچک میتواند باعث ناپایداری سیستم گردد محققان زیادی، با طراحی سیستمهای کنترلی مختلف برای سیستمهای دورعملیات، به مقوله ی تأخیر در این نوع از سیستمها پرداخته اند.
سیستم دورعملیات دوطرفه
در 50 سال گذشته، تحقیقات زیادی در رابطه با سیستمهای دورعملیات3، درک مفهوم آنها و هم چنین غلبه بر مشکلات این نوع از سیستمها انجام پذیرفته است. از اواسط دههی40 میلادی، زمانی که اولین سیستمهای دورعملیات به وسیلهی گورتز ساخته شد، این مبحث راه زیادی را طی کرده است، از درک مفهوم اثرات متقابل بین انسان و روبات گرفته تا بررسی کنترل این سیستمها. در این قسمت به بررسی سیستمهای کنترلی طراحی شده در این حوزه پرداخته می شود.
