ماڈیول 02 · روبوٹ کے بنیادی اصول

ایک ویکیوم کلینر سے لے کر ہیومنائیڈ (humanoid) تک، ہر روبوٹ انہی چند بنیادی تصورات پر بنتا ہے۔ اس کے پاس ایسے پرزے ہوتے ہیں جو محسوس کرتے ہیں، سوچتے ہیں اور حرکت کرتے ہیں۔ وہ پرزے مختلف جگہوں پر ہوتے ہیں اور مختلف سمتوں میں اشارہ کرتے ہیں، اس لیے روبوٹ کو یہ بیان کرنے کے لیے ایک صاف ستھرے طریقے کی ضرورت ہوتی ہے کہ چیزیں کہاں موجود ہیں۔ اسے مطلوبہ حرکتوں کو جوڑوں کے زاوئیوں (joint angles) میں اور جوڑوں کے زاوئیوں کو فورسز میں بدلنا ہوتا ہے، اور اسے خود کو مسلسل درست کرتے رہنا ہوتا ہے کیونکہ دنیا کبھی بھی توقع کے مطابق نہیں چلتی۔

یہ ماڈیول ان تصورات کو اسی ترتیب سے سکھاتا ہے جس میں آپ انہیں استعمال کریں گے: ایناٹمی (anatomy)، فریمز (frames)، کائنیمیٹکس (kinematics)، ڈائنامکس (dynamics)، اور کنٹرول (control)۔ ریاضی حقیقی ہے لیکن ہمیشہ کوڈ سے جڑی ہوئی ہے جسے آپ NumPy میں چلا سکتے ہیں، تاکہ آپ ہر فارمولے کو خود پرکھ سکیں۔ یہاں کسی بھی چیز کے لیے روبوٹ کی ضرورت نہیں ہے۔ آخر تک آپ کے پاس اپنا ایک چھوٹا ورچوئل آرم (virtual arm) اور ایک ٹیون شدہ موٹر کنٹرولر ہوگا۔

اس ماڈیول کے اختتام پر آپ اس قابل ہوں گے کہ…

• روبوٹ کے سب سسٹمز کے نام بتا سکیں اور اس کے پاور اور ڈیٹا بجٹ کا تخمینہ لگا سکیں۔
• روٹیشن میٹرکس (rotation matrices)، ہوموجینیس ٹرانسفارمز (homogeneous transforms) اور کواٹرنینز (quaternions) کے ساتھ پوزز (poses) کو بیان کر سکیں، اور ترتیب کی غلطیوں کے بغیر انہیں یکجا کر سکیں۔
• فارورڈ کائنیمیٹکس (forward kinematics) اور جیکوبینز (Jacobians) کا حساب لگا سکیں، اور انورس کائنیمیٹکس (inverse kinematics) کو تجزیاتی (analytically) اور عددی (numerically) طور پر حل کر سکیں۔
• مینوپلیٹر مساوات (manipulator equation) کو پڑھ اور استعمال کر سکیں، اور ٹارک کی حدوں کے مطابق حرکت کا جائزہ لے سکیں۔
• PID کنٹرولر بنا سکیں، ٹیون کر سکیں اور ڈیبگ کر سکیں (بشمول anti-windup)، اور کیسکیڈڈ (cascaded) اور امپیڈنس کنٹرول (impedance control) کی وضاحت کر سکیں۔

اسباق

سبق	آپ کیا بناتے ہیں	وقت
روبوٹ کی ایناٹمی	پاور اور سینسر ڈیٹا بجٹ کیلیقولیٹر	30 منٹ
فریمز اور ریجڈ ٹرانسفارمز	ایک چھوٹا ٹرانسفارمز اور کواٹرنین لائبریری	40 منٹ
فارورڈ اور انورس کائنیمیٹکس	اینالیٹک اور ڈیمپڈ لیسٹ اسکوائرز IK کے ساتھ ایک 2-لینک آرم	45 منٹ
ڈائنامکس کے بنیادی اصول	ماس، کوریولس اور گریویٹی کی شرائط، نیز ٹارک کی جانچ	40 منٹ
کنٹرول اور PID	سمیولیٹڈ موٹر پر ٹیون کیا گیا ایک PID کنٹرولر	45 منٹ

ماڈیول پروجیکٹ: ورچوئل آرم

ان تمام ٹکڑوں کو ایک اسکرپٹ میں یکجا کریں۔ آپ کا 2-لینک آرم اپنے ہاتھ سے دائرے کی پیروی کرتا ہے: انورس کائنیمیٹکس ہر پوائنٹ کو جوائنٹ ٹارگٹس میں بدلتا ہے، ایک PID کنٹرولر (ہر جوائنٹ کے لیے ایک) سمیولیٹڈ جوائنٹس کو ان کی طرف لے جاتا ہے، اور سبق 4 کا ڈائنامکس ماڈل گریویٹی کی معاوضہ کاری (gravity compensation) فراہم کرتا ہے تاکہ کنٹرولر صرف غلطیوں کو درست کرے۔ مطلوبہ دائرے کے مقابلے میں ہاتھ کے راستے کا پلاٹ بنائیں اور سب سے بڑی ٹریکنگ کی غلطی کی رپورٹ دیں۔ اگر راستہ ایک لہراتا ہوا دائرہ ہے تو آپ کو ٹیوننگ کا مسئلہ ملا ہے؛ اگر یہ ایک صاف دائرہ ہے، تو آپ اگلے ماڈیول کے لیے تیار ہیں، جہاں آپ سافٹ ویئر کے ان ٹکڑوں کو ROS 2 کے ساتھ جوڑیں گے۔

شروع کریں روبوٹ کی ایناٹمی سے۔