سیستم عامل روبات موبایل

سیستم عامل روبات موبایل – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

سیستم عامل روبات موبایل

چکیده

سیستم روبات موبایل یکی از سیستمهای پیچیده‌ای می‌باشد که متشکل از زیر مجموعه‌ها و زیر سیستمهای متعددی می‌باشد. این زیر مجموعه‌ها عبارتند از: بخشهای حسگر، درایو انتقالی، ارتباطاتی، انرژی، الکترونیک، اطلاعات و کنترل. برای بهره‌گیری از یک عملکرد مناسب کلیه این زیر مجموعه‌ها می‌بایست با هماهنگی با یکدیگر کار کنند. کنترل اصلی کلیه زیر مجموعه‌ها از طریق بخش اطلاعاتی و کنترلی حاصل می‌شود. این بخش حسگرها را کنترل نموده و راه‌اندازهای مربوطه نیز وظیفه مراقبت از میزان مصرف انرژی را بعهده دارند. زیر مجموعه کنترلی اصلی جهت عملیات مربوط به سیستم عامل بکار گرفته می‌شود. سیستم عامل روبات موبایل می‌بایست همکاری، ارتباطات و تبادل اطلاعات بین زیر مجموعه‌ها را تضمین نماید. بر این اساس، عملیات روبات موبایل می‌تواند بصورت کامل اتوماتیک باشد و یا آنکه با بهره‌گیری از رویه‌های اتوماتیک تحت کنترل یک اپراتور جهت فرآیندهای کنترلی از راه دور قرار داشته باشد. در کلیه حالاتهای عملیاتی باید مقوله امنیت انسانها و در نتیجه امنیت روبات موبایل در نظر گرفته شود. بر این اساس، سیستم عامل روبات موبایل می‌بایست کلیه شرایط ایمنی و امنیت را در نظر بگیرد.

کلمات کلیدی: روبات موبایل، زیر سیستمها، سیستم عامل

سیستم عامل روبات موبایل

۱- مقدمه

سیستم عامل سخت‌افزار را برای استفاده نرم‌افزار آماده می‌سازد. سیستم عامل روباتیک موبایل یک سیستم پیچیده می‌باشد که از زیر سیستمهای بسیاری تشکیل شده است که باید هماهنگی و مشارکت بین اجزای مختلف این زیر سیستمها بصورت کامل بوجود آید تا از عملیات مناسب سیستم روبات اطمینان حاصل شود. موارد ذیل را می‌توان جزء بخشها یا زیر مجموعه‌های این سیستم بشمار آورد: حسگرها، عملگرها و کلاسهای وابسته به انرژی.

در مقوله مرتبط با سیستمهای عامل روبات موبایل عبارت جدید میان‌افزار برای روباتهای موبایل ظهور نموده است. میان‌افزار را می‌توان بعنوان یک لایه بین سطح پایینی و بالایی نرم‌افزار در نظر گرفت. سطح پایینی نرم‌افزار اطمینانهای لازم را در زمینه ارتباطات مستقیم و کنترل سخت‌افزار روبات فراهم می‌آورد. بنابراین میان‌افزار برای روبات موبایل می‌بایست بعنوان یک لایه شفاف بین سخت‌افزار روبات و برنامه‌های کاربردی، که هوشمندی روباتیک و موارد دیگر را باعث می‌شوند، عمل نماید.

میان‌افزار می‌بایست تضمین ارتباطات بین ماژولهای مختلف، سرویسها و کاربردهای کلاینت را بوجود آورد و چنین مقوله‌های نه تنها باید بر روی ماشینهای محلی عملی گردند، بلکه پیاده‌سازی آنها در داخل شبکه‌ها نیز الزامی می‌باشد. بنابراین رابط‌های ارتباطاتی یا مشخصه‌های ارتباطات را می‌بایست بعنوان بخش لاینفک چنین میان‌افزارهای متناسبی در نظر گرفت. یکی از استانداردهای استفاده شده و گسترش یافته در زمینه تعاریف آبجکتها، سرویسها، رابطها و ارتباطات CORBA می‌باشد.

یکی از سیستمهای عامل روبات که بر مبنای مشخصه‌های CORBA است به نام MIRO (میان‌افزار برای روباتهای موبایل) خوانده می‌شود. MIRO یک میان‌افزار شی‌گرا می‌باشد، که پشتیبانی محاسباتی توزیع شده را از طریق LAN یا ارتباطات رادیویی اعمال نموده و پشتیبانی از محیط‌های ناهمگن (زبانهای برنامه نویسی چندگانه) نظیر جاوا، C++ ، فایتون (Python)، و غیره) را تضمین می‌کند. MIRO را می‌توان منطبق با انواع مختلف روباتها ساخته و مورد استفاده قرار داد.

MIRO دو دسته از عملکرد را ارائه می‌دهد. در ابتدا این سیستم حاوی یکسری از سرویسهایی جهت مخاطب قرار دادن تسهیلات حسی و آغازگرها پلتفرمهای روبات موبایل بوده است. در وهله بعد، این سیستم چارچوبی از کلاسهایی را بوجود آورده است که الگوهای طراحی برای کنترل روبات موبایل را انجام می‌دهد. حسگرها و آغازگرها یا سیستمهای محرک را می‌توان بصورت طبیعی بعنوان آبجکتهایی طراحی نمود که قابلیت کنترل و پرسوجو از طریق روشهای مدنظر را دارا می‌باشند. بنابراین، روباتها را می‌توان بعنوان منبع تجمعی از حسگرها، محرکها و موضوعات شناختی بشمار آورد که قابلیت تجارت اطلاعات و خدمات را حالتی عامل گونه دارا می‌باشند. ساختار کلی MIRO در شکل ۱ نشان داده شده است.

سیستم عامل روبات موبایل

۲- CORBA – معماری تبادل درخواست شی مشترک

CORBA (معماری تبادل درخواست شی مشترک) به عنوان زیرساختار محاسباتی شی توزیع شده باز تلقی می‌‌گردد که خود معرف یک مدل شی ذاتی می‌‌باشد. وظیفه اصلی چنین سیستمی ‌‌انجام تقاضاهای بین کلاینت‌ها یا مشتریان و روال های اجرایی شی یا  آبجکت در یک محیط توزیع شده می‌‌باشد. CORBA بسیاری از وظیفه های برنامه نویسی شبکه عمومی ‌‌را به صورت اتوماتیک عرضه می‌‌دارد نظیر ثبت شی، موقعیت و فعال سازی، تقاضای  دی مولتی پلکسینگ یا کدبرداری، اداره خطاها و فریم بندی ها، جمع آوری و پخش پارامترها و توزیع عملیات.

CORBA  به برنامه های کاربردی اجازه می‌‌دهد تا نسبت به برقراری ارتباطات با یکدیگر اقدام کنند و در این زمینه هیچ گونه پیش شرطی در خصوص آنکه این برنامه ها در کجا قرار گرفته‌اند و چه کسی آنها را طراحی نموده است وجود نخواهد داشت. هسته سیستم CORBA در حقیقت ORB (تبادل درخواست شی) (شکل۲) می‌‌باشد. با استفاده از ORB یک کلاینت به صورت شفافی می‌‌تواند اقدام به فعال سازی یک روش خاص بر روی شی سرور نماید، روشی که ممکن است بر روی یک ماشین ویژه و یکسانی قرار داشته باشد و یا آنکه بر روی شبکه واقع شده باشد. سیستم ORB روال فراخوانی را دریافت داشته و مسئول یافتن شی ای می‌‌باشد که می‌‌تواند تقاضای مربوطه را اجرا نماید و این سیستم در نهایت پارامترهای مربوطه را انتقال داده، روش مشخص شده را فعال ساخته و نتایج را باز می‌‌گرداند.

…

سیستم عامل روبات موبایل

۳- مضمون کنترل و انفورماتیک صنعتی (ICII) روبات‌ موبایل داخلی

سیستم روبات‌ موبایل ICII (شکل ۷ و ۸) به وسیله شرکت ICII و ATEC ساخته شد. سیستم روبات‌ موبایل ICII برای کاربردهای داخل ساختمانی طراحی شده است. بر این مبنا فوندانسیون یا مبنای چنین سیستمی ‌‌برای سطوح صاف طراحی شده و این محصول جهت سطوح ناهموار کارساز نخواهد بود. سینماتیک یا جنبش شناسی روبات‌ موبایل متشکل از دو چرخ دوار و یک چرخ کاستور (درایو دیفرانسیل) (شکل ۵ و ۶) می‌‌باشد طراحی سینماتیک این اطمینان را حاصل می‌‌نماید که چرخش روبات‌ موبایل بر محور خود محقق خواهد شد. در چنین مقوله ای از  سینماتیک یا علم مربوط به حرکت اجسام می‌‌توان نتیجه منطقی حرکت روبات‌ به سمت جلو را حاصل نمود و در نهایت تغییرات مربوطه را بدون از دست دادن مسیر و موقعیت خاص آن مشخص ساخت. شکل روبات‌ از نمای فوقانی به صورت مدور می‌‌باشد، بنابراین به هنگامی‌‌که سرعت انتقال روبات‌ صفر می‌‌باشد و هیچ مانعی وجود نداشته باشد که به روبات‌ برخورد کند، قابلیت تغییر حرکت روبات،‌ بدون نگرانی در خصوص برخوردهای احتمالی، بصورت مطلوبی وجود خواهد داشت. بواسطه شکل دوار روبات‌ و سنسورهایی که در محیط پیرامونی آن قرار گرفته است (شکل ۹) می‌‌توان حرکت چرخشی روبات‌ را بر  حول محور خود بدست آورد تا آنکه حس روبات‌ از موقعیت پیرامونی خود به میزان قابل توجهی ارتقا یابد.

زیر سیستم حسگر روبات موبایل حاوی ۹ حسگر ماورای صوت و مادون قرمز بوده و از پیکربندی مشابهی برخوردار می‌باشد، ۷ حسگر در بخش نیمه جلویی روبات قرار گرفته و دو حس گر باقیمانده به بخش عقبی روبات متصل شده اند (شکل ۹). چنین حس گرهایی مسئول بوجود آوردن نقشه محلی محیط پیرامون خود هستند. نقشه محلی به منظور جلوگیری از برخورد روبات موبایل در طی گشت و گذار در محیط بکار گرفته می‌شود. کاربرد صرف نقشه محلی نمی‌تواند تضمینی برای یک گشت و گذار یا ناوبری ایمن در محیط باشد، اما این ابزار خود بعنوان یک سیستم موثر جهت جلوگیری از برخوردهای سریع در طی حرکت روبات در محیط پیرامون خود مد نظر خواهد بود.

به منظور فراهم آوردن امکان کنترل از راه دور به وسیله اپراتور، جاییکه روبات موبایل فعالیت دارد، سیستم حس گر می‌بایست مجهز به وضعیت چرخشی، دوربین خاص تصویربرداری و همچنین رهیاب در محدوده ماوراء صوت باشد.

کنترل از راه دور روبات در محیط هایی به کار گرفته خواهد شد که حضور انسان می‌تواند خطر ساز باشد. بر این اساس روبات موبایل می‌بایست به گونه‌ای طراحی شود که بتواند بعد از انجام ماموریت خود با ایمنی کافی به محل اولیه برگردد. از آنجاییکه چنین مقوله‌ای مدنظر می‌باشد لازم است تا روبات بتواند وضعیت داخلی خود را تحت کنترل داشته باشد. یکی از فرضیه های قابل توجه در زمینه برگشت ایمن روبات به موقعیت مطلوب خود استفاده از انرژی باطری به میزان کافی آن می‌باشد. علاوه بر این وضعیت داخلی روبات منوط به زیرسیستم های موبایل و همچنین وضعیت کانال ارتباطاتی اپراتور نیز مد نظرخواهد بود.

سیستم عامل روبات موبایل

۴- سیستم عامل موبایل ICII

سیستم عامل روباتیک موبایل ICII بر مبنای ارتباطات میان پردازشی(IPC) استوار می‌باشد. از آنجاییکه سیستم عامل اصلی پردازنده  LINUX می‌باشد، در این مبحث از احتمالات LINUX IPC استفاده شده است. سطح نرم افزار پایین سیستم عامل روبات موبایل شامل پردازش های مختلفی می‌باشد. هر یک از این پردازش ها یا فرآیندها عملکردی همانند سرور را داشته که بر این اساس مدیریت و کنترل برخی از سخت افزارها و فراهم آوردن داده ها و عملکردهای سخت افزاری برای کلاینت‌ها را بعهده دارند. در این سیستم مدیریت فرآیند و مدل سیمیتیک روبات محاسباتی و درایوهای موتور کششی (فرایند MIP) مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند بعدی متضمن جمع آوری و پردازش اولیه داده ها  از سنسورها یا حس گر های روبات (پردازش ورودی / خروجی ) می‌باشد. برای بهره گیری از یک روال گشت و گذار محیطی بدون برخورد یا تصادم از نقشه داخلی استفاده می‌شود. نقشه داخلی بر مبنای اطلاعات حسگرهای ماورای صوت ساخته می‌شود. پردازشی که مسئول ساخت نقشه محلی می‌باشد به نام پردازش محلی خوانده می‌شود. جهت حفظ مسائل ایمنی عملیات روبات لازم است تا از وضعیت کنترل روباتیک استفاده شود. این وضعیت حالتی همانند با وضعیت داخلی موبایل و کانال ارتباطاتی اپراتور را القا خواهد نمود. کنترل حالت روبات و واکنش به یک وضعیت ذاتی مرتبط باعث بوجود آمدن تضمین کافی در زمینه پردازش حالت های مختلف روباتیک خواهد شد. جهت برقراری ارتباط با اپراتور فرایندی به نام پردازش ارتباطات اپراتور مدنظر قرار گرفته است. کلیه پردازش ها و فرایندهای ذکر شده در شکل ۱۱ مشخص شده‌اند.

سیستم عامل روبات موبایل

۵- نتیجه گیری

ارتباطات بین پردازشها یا فرآیندهای روبات بعنوان یک مسئله بسیار مهم مطرح می‌باشد چنین پردازشهایی از عملکرد صحیح موبایل اطمینان حاصل نموده، عملیات اتوماسیون، امنیت و هوشمندی روبات را تضمین می‌کنند. علاوه براین لازم است تا ارتباطات ایمن، مطمئن، سریع و بدون مشکل با اپراتور وجود داشته باشد. جهت حاصل آمدن کلیه این مقوله‌های ارتباطاتی لازم است تا استاندارد خاص و رابط های ارتباطاتی خاصی را مد نظر قرار داد. از آنجاییکه این مبحث ممکن است معمولاً به عنوان یک مشکل سخت و زمان بر مد نظر باشد، بهتر است تا از استاندارهایی که قبلاً آنها را بوجود آورده ایم، همانند استانداردهای CORBA، استفاده شود.

مشخصه های CORBA قبلاً برای سیستم های عامل روبات (نظیر MIRO) بکار گرفته شده‌اند. زیر ساختار برنامه نویسی CORBA این اطمینان را حاصل می‌نماید که یک برنامه نویس بتواند به صورت شفاف، انعطاف  پذیر و مطمئن روال های برنامه خود را پیاده نماید. حل مشکل ارتباطات بین پردازش های داخلی روبات با استفاده از CORBA نیز همچنین با توجه به حل مشکلات ارتباطات خارجی مدنظر می‌باشد. بر این اساس زیرساختار برنامه نویسی CORBA می‌تواند برای ارتباطات روبات – اپراتور نیز مناسب باشد.

سیستم عامل آینده یا چنانچه خواسته باشیم بهتر بگوییم میان افزار روبات موبایل داخلی ICII بر مبنای CORBA می‌باشد. میان افزارهایی همانند MIRO قبلاً دارای سرویس هایی همانند راه اندازها و حس گر ها بوده اند، که خود باعث ساده سازی برنامه نویسی روبات خواهد شد. از اینرو یک برنامه نویس روبات می‌تواند بر روی سطوح برنامه نویسی روبات سطح بالا، همانند برنامه نویسی هوش روباتیک، اکتشافات محیطی روباتیک ساخت نقشه و غیره، تمرکز نماید.