লাইন ফলোয়ার রোবট তৈরি (মাইক্রোকন্ট্রোলার ছাড়াই)

লাইন ফলোয়ার রোবট হচ্ছে একটি বিশেষ ধরনের রোবট যা একটি নির্দিষ্ট লাইন ফলো বা অনুসরণ করে চলে এবং কখনই সেই নির্দিষ্ট লাইনের বাইরে যায় না। লাইন ফলোয়ার রোবট দ্বারা অনুসরণকৃত লাইন সাদা মেঝের উপর কালো টেপ বা কালো মেঝের উপর সাদা টেপ দিয়ে করা যেতে পারে। লাইন ফলোয়ার রোবট বর্তমানে খুবই জনপ্রিয় রোবট, বিশেষ করে যারা রোবটিক্সে আগ্রহী এবং রোবট নিয়ে কাজ করতে চায় তাদের 'লাইন ফলোয়ার রোবট' দিয়ে শুরু করাটাই ভাল।

আমি এখানে মাইক্রো-কন্ট্রোলার ছাড়া একটি লাইন ফলোয়ার রোবট তৈরির সম্পূর্ণ কৌশল বর্ণনা করব। যারা রোবটিক্সে কাজ করতে ইচ্ছুক তাদের জন্য আমার পরামর্শ প্রথমে ইলেকট্রনিক্স ভিত্তিক কিছু রোবট তৈরি করতে (যেমনঃ লাইন ফলোইং রোবট, লাইট ফলোইং রোবট )। সার্কিট সম্পর্কে সুস্পষ্ট ধারণা অর্জন করা । ডেভেলপড এবং এডভান্স রোবট তৈরির জন্য অবশ্যই ইলেকট্রনিক্সের মৌলিক বিষয়গুলো ভালভাবে আয়ত্তে করা উচিত।

লাইন ফলোয়ার রোবট তৈরি অনেকটা সহজ, সাধারণত এর জনপ্রিয়তার এটি অন্যতম কারন। এছাড়া বিভিন্ন দেশে এই জাতীয় রোবট নিয়ে বিভিন্ন প্রতিযোগিতারও আয়োজন করা হয়ে থাকে।


মূলনীতিঃ

            লাইন ফলোয়ার রোবট এর মূলনীতি খুবই সাধারন, আর তা হচ্ছে এটি একটি লাইন ট্র্যাক অনুসরণ করে চলবে।

আর এই লাইন এবং এর আশেপাশের রঙ (সাদার উপর কালো অথবা কালর উপর সাদা) -এর পার্থক্য নির্ণয়ের জন্য যেকোন লাইট সেনসিটিভ সেন্সর ব্যবহার করা যেতে পারে।

এখানে রোবট কিভাবে লাইন ট্র্যাক করবে এবং রোবট কখন কোন দিকে চলবে তার একটি ডায়াগ্রাম দেয়া হল।
     

                   ডায়াগ্রাম-১: লাইন ফলোয়ার রোবটের লাইন ট্র্যাকিং ন্যাভিগেশন ডায়াগ্রাম


তাহলে এখন এই ডায়াগ্রাম দেখে রোবটের মূলনীতিটা আগে বুঝে নেয়া যাক।

এই রোবটে দুটি লাইট সেনসিটিভ সেন্সর (LDR) ব্যবহার করা হয়েছে । ডায়াগ্রাম-১ এ সেন্সর দুটিকে নির্দেশ করা হয়েছে S1 এবং S2 দ্বারা। যদি আমাদের লাইন কালো হয়, তাহলে চলতে চলতে যখন রোবটের S1 সেন্সর কালো লাইন সেন্স করবে অর্থাৎ, কালো দাগের উপর আসবে তখন রোবট বামে চলবে। অনুরুপভাবে, যখন রোবটের S2 সেন্সর যখন কালো লাইন সেন্স করবে তখন ডানে চলবে। এইভাবেই রোবটটি লাইন অনুসরণ করবে এবং ডান-বাম করে লাইনে থাকা বজায় রাখবে । কিভাবে রোবটটি এই কাজ সম্পন্ন করবে আর এর সার্কিট কিভাবে কাজ করবে তার প্রতিটি ধাপ নিচে বর্ণনা করা হবে । 

এটাতো গেল লাইন ফলোইং রোবটের মুলনীতি এখন দেখা যাক এই নীতির উপর ভিত্তি করে কিভাবে রোবটের সার্কিট তৈরি করা যায় এবং কিভাবে তা কাজ করবে জেনে নেওয়া যাক।


সার্কিটঃ 

 রোবটের উপরিউক্ত ন্যাভিগেশন প্রিন্সিপ্যালের উপর ভিত্তি করে কালো লাইন ট্র্যাক ফলো করার জন্য যতদূর সম্ভব সহজ একটি সার্কিট তৈরি করা হয়েছে ।




                                        ডায়াগ্রাম-২: লাইন ফলোয়ার রোবট সার্কিট


2N2222A একটি NPN বাইপোলার জাংশন ট্রানজিস্টার; এখানে ব্যবহার করা হয়েছে কারেন্ট গেইন অ্যামপ্লিফায়ার হিসেবে কাজ করানো জন্য । এর মানে হচ্ছে 2N2222A কে লিনিয়ার রিজিওনে অপারেট করানো হবে। এই ট্রানজিস্টারকে লিনিয়ার রিজিওনে অপারেট করার সুবিধা হচ্ছে ডি.সি মোটরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হওয়া ট্রানজিস্টারের কালেক্টর কারেন্ট এর ব্যাজ কারেন্ট অনুযায়ী পরিবর্তিত হবে । অর্থাৎ, ট্রানজিস্টারের ব্যাজের কারেন্টের উপর নির্ভর করছে ট্রানজিস্টারের কালেক্টর এবং মোটরের মধ্য দিয়ে কি পরিমাণ কারেন্ট প্রবাহিত হবে । ট্রানজিস্টারের ব্যাজ কারেন্ট যদি কম হয় তাহলে কালেক্টরের কারেন্টও সেই অনুযায়ী কম হবে, পক্ষান্তরে মোটরের মধ্য দিয়েও কম কারেন্ট ফ্লো হবে । ফলে মোটরের স্পীড কম হবে। আবার ট্রানজিস্টারের ব্যাজ কারেন্ট যদি বেশি হয় তাহলে কালেক্টরের কারেন্টও সেই অনুযায়ী বেশি হবে এবং মোটরের মধ্য দিয়েও বেশি কারেন্ট ফ্লো হবে। যার ফলে মোটরের স্পীডও বেশি হবে। ট্রানজিস্টারের এই ব্যাজ কারেন্ট নিয়ন্ত্রিত হবে এর সাথে যুক্ত LDR (Light Dependent Resistor) এবং সিরিজে কানেক্টেড ১০ কিলো-ওহম পটেনশিয়োমিটার দ্বারা । সুতরাং ডি.সি মোটরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট LDR এর উপর পতিত আলোর তীব্রটার সাথে পরিবর্তিত হবে ।

LDR এবং ট্রানজিস্টারের এই সাধারন নীতি ব্যবহার করে আমারা উক্ত সার্কিটের সাহায্যে কালো লাইন ট্র্যাক করা লাইন ফলোইয়ার রোবট তৈরি করতে পারি। সেক্ষেত্রে LDR এবং সাদা LED এমনভাবে বসাতে হবে যাতে করে যখন LDR ঠিক কালো লাইনের উপর থাকবে তখন LED থেকে নির্গত আলো এর উপর খুব সামান্য পরিমাণে পড়ে (পতিত হয়)। এতে করে মোটরটি খুব ধীর গতিতে চলবে, কারন ট্রানজিস্টারের কালেক্টর কারেন্ট কম থাকবে। আবার যখন কালো লাইনের বাইরের দিকে থাকবে তখন থেকে এর উপর বেশি আলো পতিত হবে এবং মোটর দ্রুত চলবে (কালেক্টর কারেন্ট বেশি ) ।
সার্কিটে ট্রিমার পটেনশিয়মিটার ব্যবহার করা হয়েছে ডি.সি মোটরের স্পীড অ্যাডজাস্ট করার জন্য। ডি.সি মোটরের সাথে প্যারালালে ডায়োড ব্যবহারের কারন হচ্ছে যখন ট্রানজিস্টার অফ থাকবে তখন ডি.সি মোটরের ইন্ডাক্টর দ্বারা সৃষ্ট EMF (electromotive force) থেকে ট্রানজিস্টারকে রক্ষা করা ।

         
                                            ডায়াগ্রাম-৩: সেন্সর পজিশনিং ডায়াগ্রাম



উপরোক্ত ডায়াগ্রামে রোবটের সেন্সর সেকশনের পজিশনিং ডায়াগ্রাম দেখানো হয়েছে। LDR এবং LED বোর্ডে এমনভাবে বসাতে যাতে করে থেকে নিঃসৃত আলো ফ্লোরে প্রতিফলিত হয়ে এর উপর পড়ে।সেজন্য LDR এবং LED-এর মধ্যবর্তী দূরত্ব যেন কম হয় (৮ মিলিমিটার হলে ভালো) । আবার খেয়াল রাখতে হবে LED থেকে নিঃসৃত আলো যেন সরাসরি LDR-এর উপর না পড়ে, সেজন্য LDR-কে আলদাভাবে টেপ দিয়ে প্যাচিয়ে দিলে ভালো হয়। ফলে LED থেকে নিঃসৃত আলো সরাসরি LDR-এর উপর পড়বে না ।


সার্কিটটি কার্যপ্রণালীঃ   এই রোবটের সেন্সর হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে LDR (Light dependent resistor). প্রথমে LDR-এর বেসিক ব্যাপারটা বলে জেনে নেয়া ভালো (যারা জানে না তাদের জন্য) ।  LRD হচ্ছে একটি বিশেষ ধরনের রেজিস্টার যার রেজিস্ট্যান্স আলোর তীব্রতার উপর নির্ভরশীল। অর্থাৎ, LDR-এর উপর আলো পড়লে এর রেজিস্ট্যান্স কমতে থাকে, আলোর তীব্রতা যত বেশি হবে LDR-এর রেজিস্ট্যান্স তত কম হবে। আর সম্পূর্ণ অন্ধকারে LDR-এর রেজিস্ট্যান্স সব চাইতে বেশি থাকে (100%)। মানে, LDR-এর রেজিস্ট্যান্স হার আলোর তীব্রতার সাথে ব্যাস্তানুপাতিক।  এই লাইন ফলোয়ার রোবটে কন্ট্রোলের জন্য যে ম্যাথড ব্যবহার করা হয়েছে তাকে বলা হয় 'differential drive' স্টেয়ারিং ম্যাথড, যে পদ্ধতিতে ২ টি আলদা মোটর রোবটের চেসিসের বাম এবং ডান পাশে ফিক্সড করে লাগিয়ে দেয়া হয়, আর মোটরের রোটেশনাল স্পীড কন্ট্রোল করে রোবটের মুভমেন্ট কন্ট্রোল করা হয়। যার মানে হচ্ছে, বাম পাশের মোটরের স্পীড ডান পাশের মোটরের স্পীডের তুলনায় কমিয়ে দিয়ে রোবটকে বামে turn করানো হয় । আবার রোবটকে ডানে turn করানোর জন্য ডান পাশের মোটরের স্পীড বাম পাশের মোটরের স্পীডের তুলনায় কমিয়ে দেয়া হয় । আর যদি দুটি মোটরের স্পীড সমান থাকে তাহলে রোবট সামনে যায়। নিচের চিত্র দেখে ব্যাপারটা পরিষ্কার হবে আশা করি ।                              ডায়াগ্রাম-৪: লাইন ফলোয়ার রোবটের ডিফারেন্সিয়াল ড্রাইভ স্টেয়ারিং



এখন ধরা যাক, সার্কিটটি তৈরির পর কালো লাইন এর উপর ছেড়ে দেয়া হয়েছে (ফলো করার জন্য )। পাওয়ার সুইচ অন করে দেয়ার সাথে সাথে রোবটটি চলতে শুরু করল ।   ধরি, কালো লাইন ট্র্যাকটি সেন্সরের S1 ও S2 এর মাঝামাঝি আছে ফলে এটি কোন কালো লাইন সেন্স করছে না। তাই সোজা চলবে । কারন এসময় দুটি মোটরের স্পীড সমান থাকবে।  । উল্লেখ্য, রোবটে পাওয়ার দেয়ার শুরু থেকে LED অন থাকবে এবং সাদা মেঝেতে প্রতিফলিত হয়ে LDR-এর উপর পড়বে (কারন, সেন্সর দুটির একটিও এখন পর্যন্ত কালো লাইনের উপর আসে নি )। ফলে LDR-এর রেজিস্ট্যান্স কম থাকবে এবং কারেন্ট ফ্লো হয়ে ট্রানজিস্টারের ব্যাজে যাবে, যার কারনে ট্রানজিস্টারের কালেক্টর থেকে ইমিটারে কারেন্ট পাস করবে এবং কালেক্টরের সাথে মোটর সিরিজে সংযুক্ত থাকায় মোটরের মধ্য দিয়েও সেই পরিমাণ কারেন্ট ফ্লো হবে যে পরিমাণ কারেন্ট ট্রানজিস্টারের কালেক্টরের মধ্য দিয়ে প্রাবাহিত হবে। যদি সেন্সর দুটি সাদা মেঝের (ideal white floor) উপর থাকে তাহলে দুটি LDR-এর রেজিস্ট্যান্স সমান কম থাকবে এবং ট্রানজিস্টারের ব্যাজেও তদানুজায়ি কারেন্ট ফ্লো হবে । ফলে মোটর দুটি সমান স্পীডে ঘুরবে । এভাবে সার্কিটটি রোবটের সোজা সামনে চলা নিয়ন্ত্রন করবে । ( বি.দ্র. অবশ্যই এইক্ষেত্রে কালেক্টর থেকে ইমিটারে কারেন্ট পাস করার মত যথেষ্ট কারেন্ট ব্যাজে দিতে হবে, যাতে সুইচ হতে পারে, এজন্য সেন্সর দুটি যখন সাদা ফ্লোরের উপর থাকবে তখন যেন মোটর considerable একটি স্পীডে ঘোরে সেজন্য পটেনশিয়মিটার ঘুরিয়ে অ্যাডজাস্ট করে নিতে হবে। কারন, পটেনশিওমিটারের রেজিস্ট্যান্স যদি বেশি থাকে তাহলে আলো প্রতিফলিত হয়ে LRD এর রেজিস্ট্যান্স কমে গেলেও পটেনশিওমিটারের রেজিস্ট্যান্স বেশি থাকার কারনে ট্রানজিস্টারের ব্যাজে যথেষ্ট পরিমাণ কারেন্ট যেতে পারবে না। ফলে মোটরেও ঘুরবে না । )     এখন মনে করি, চলতে চলতে বাম পাশের মোটরের সাথে যুক্ত সেন্সরটি (S1) কালো লাইনের উপর গেল (S2 সাদা ফ্লোরের উপর )। LED থেকে নিঃসৃত আলো প্রথমে কালো ট্র্যাকের উপর পড়বে, কিন্তু প্রতিফলিত হবে খুব পরিমাণে । কারন কালো জায়গায় আলোর প্রতিফলন খুব কম হয় (শোষিত হয় ) । আলো কম প্রতিফলিত হবার কারনে LDR-এর উপরও আলোর তীব্রতা কমে যাবে, ফলে এর রেজিস্ট্যান্স বেড়ে যাবে; এতে করে LDR ও পটেনশিওমিটার হয়ে ট্রানজিস্টারের ব্যাজে পর্যাপ্ত পরিমাণ কারেন্ট ফ্লো বাধাপ্রাপ্ত হবে । যার কারনে কালেক্টর থেকে ইমিটারে  কারেন্ট পাস হবে না  (খুব অল্প পরিমাণে হতে পারে; সেটা LDR-এর রেজিস্ট্যান্সের উপর নির্ভরশীল ) এবং সেন্সরের সাথে সংশ্লিষ্ট মোটর (left motor) বন্ধ হয়ে যাবে । কিন্তু ডান পাশের সেন্সর ( S2 ) যেহেতু সাদা ফ্লোরের উপর আছে, সেহেতু S2 'LDR' এর উপর আলোর তীব্রতা বেশি থাকবে এবং ডান পাশের LDR-এর সাথে সংশ্লিষ্ট মোটর ঘুরতে থাকবে। কারন, এক্ষেত্রে ডান পাশের ট্রানজিস্টারটি অন আছে । ফলে রোবটটি অটোম্যাটিক বামে ঘুরে যাবে (Right Turn)।   এভাবে সার্কিটটি রোবটের বামে টার্ন করা নিয়ন্ত্রন করবে ।উল্লেক্ষ্য, এক্ষেত্রে বাম পাশের মোটর অল্প পরিমাণে ঘুরতে পারে, কারন আগেই বলেছিলাম মোটরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্টের পরিমাণ ট্রানজিস্টারের কালেক্টর কারেন্টের সমান আর এই কালেক্টর কারেন্টের পরিমাণ নির্ভর করে ট্রানজিস্টারের ব্যাজ কারেন্টের উপর ।  ব্যাজ কারেন্ট যদি সামান্য বেশি হয় (সুইচ করার জন্য যথেষ্ট) তাহলে মোটর এবং কালেক্টরের মধ্য দিয়েও সেই অনুযায়ী সামান্য পরিমান কারেন্ট প্রবাহিত হবে ।        বামে টার্ন করার লজিকের মতই রোবটের ডানে টার্ন করার লজিক একই। এক্ষেত্রে যখন S2 সেন্সর কালো লাইনের উপর আসবে তখন এর রেজিস্ট্যান্স বেড়ে যাবে এবং এর সংশ্লিষ্ট মোটর (Right motor) অফ হয়ে যাবে বা স্পীড কমে যাবে (LDR এর রেজিস্ট্যান্সের উপর নির্ভরশীল); এবং S1 সেন্সরের সাথে  সংশ্লিষ্ট মোটরের (Left motor) স্পীড বেশি থাকায় রোবটটি ডানে  টার্ন করবে ।
এই রোবটটি সফলভাবে তৈরির মূল চাবিকাঠি মোটর নির্বাচনের উপর ব্যাপকভাবে নির্ভরশীল।


মোটর নির্বাচনঃ

এই প্রোজেক্টের জন্য মোটর নির্বাচনে যেসব দিকে লক্ষ্য রাখতে হবে তা হচ্ছে -

 ১. মোটর পাওয়ার র‍্যাটিংঃ  ৫ ভোল্ট বা ৬ ভোল্ট ডি.সি গিয়ার মোটর সিলেক্ট করা সবচাইতে ভালো, এবং যার কারেন্ট র‍্যাটিং কম। অর্থাৎ, যা লো পাওয়ার কনজিউম করে।

 ২. মোটর RPM: কম RPM (Rotation per minute)-এর মোটর ব্যবহারের চেষ্টা করা উচিত। কারন, এখানে ব্যবহৃত সেন্সর 'LDR' অন্যান্য লাইট সেন্সেটিভ কম্পোনেন্ট/ সেন্সরগুলো থেকে স্লো রেসপন্সের (রেসপন্স করতে দেরী লাগে) তাই বেশি RPM-এর মোটর ব্যবহার করলে রোবট কালো লাইন ট্র্যাক করার জন্য যথেষ্ট সময় পাবে না। তাই লো RPM-এর মোটর ব্যবহার করা ভালো যাতে করে রোবটটি ঠিক মত ব্ল্যাক লাইন ট্র্যাক অনুসরণ করতে পারে।      

 ৩. গিয়ার মোটরঃ  এই প্রোজেক্টের ক্ষেত্রে ডি.সি গিয়ার মোটর সিলেক্ট করা বেস্ট। কারন গিয়ার মোটরের কিছু উপকারিতা আছে। যেমন এটি পাওয়ার সাপ্লাই অফ করে দেওয়ার সাথে সাথে বন্ধ হয়ে যায়, সাধারন ডি.সি মোটরের মত ধীরে ধীরে বন্ধ হয় না । গিয়ার সিস্টেমের কারনে এই জাতীয় মোটর খুব দ্রুত রোটেশনাল স্পীড চেঞ্জ করতে পারে। এই জাতীয় characteristic-এর কারনে এই প্রোজেক্টের ক্ষেত্রে গিয়ার মোটর সিলেক্ট করা সবচাইতে ভালো ।

সর্বোপরি, ভালো মানের একটি লাইন ফলোয়ার রোবট তৈরি করতে ৫ বা ৬ ভোল্টের, কম কারেন্ট র‍্যাটিংয়ের এবং কম RPM-এর গিয়ার মোটর ব্যবহার করা উচিত।


                                                ডায়াগ্রাম-৫: বিভিন্ন ধরনের ডি.সি গিয়ার মোটর 

প্রয়োজনীয় কম্পোনেন্টঃ   ১. ৫/৬ ভোল্টের ডি.সি গিয়ার মোটর - ২ টি
২. LDR - ২ টি
৩. Potentiometer 10K -২ টি
৪. Transistor (2N2222A ) - ২ টি
৫. ডায়োড (1N4148) - ২ টি  
৬. Resistor 220 ohm - ২ টি  
৭. Battery (9v) (5v আউটপুট পেতে 'LM7805' regulator IC ব্যবহার করা যেতে পারে)  


ভিডিও লিঙ্কঃ http://youtu.be/LZ5DX3kX1kg


আমি চেষ্টা করেছি এই রোবট এবং এর সার্কিট সম্পর্কে যতদূর সম্ভব বিস্তারিত এবং সহজভাবে বুঝিয়ে লেখার। তারপরও যদি কারো বুঝতে বা লেখার কোথাও কোন ভুলত্রুটি থাকে তাহলে আমাকে জানানোর জন্য অনুরোধ করছি ।

"Feel free to ask any kind of questions related to this project.... :) "  কমেন্ট করুন। .
আমার ফেইসবুক  একাউন্ট আসুন           like my facebook page click here
আমার ফেইসবুক id irfan