الروبوت

بسم الله الرحمن الرحيم

(الروبوت)

تم تقديم كلمة ربوت لأول مرّة في مسرحية لكارل تشابيك عام 1920. و كان عنوان المسرحية وقتها "عمال عالميون لروسوم" (Rossum's Universal Robots). وكلمة روبوت في اللغة التشيكية واللغات السلافية بشكل عام تعني العامل. ومنذ ذلك التاريخ بدأت هذه الكلمة تنتشر في الكتب و أفلام الخيال العلمي الأولى التي أعطت فكرة و تصور علمي عن هؤلاء الرجال الآليين الذين سيغزون العالم. و أعطت أفقا كبيرا ووعودا عظيمة للإنسان الأعجوبة الذي سيتدخل في أمور كثيرة و أهمها الصناعة. و قد تم وضع الكثير من الدراسات و التوقعات عن هذا الإنسان الآلي التي فشلت فيما بعد . و لكن بعد الكثير من وضع التصاميم الجيدة و الانتباه الجاد إلى الكثير من التفصيلات و الأمور الدقيقة ، نجح المهندسون في تقديم أنظمة آلية متنوعة للكثير من الصناعات المتوقعة في المستقبل القريب . و اليوم، و بسبب التطور الهائل للحواسب و الذكاء الاصطناعي و التقنيات و الهوس في تطوير البرامج الفضائية فنحن على حافة إنجاز كبير آخر في مجال علوم تصميم الروبوتات . إذاً الروبوت هو مناول قابل للبرمجة ثانية و يستطيع القيام بمهام عديدة و يخصص لتحريك مواد ، أجزاء ،و أدوات أو ماكينات معينة عبر حركات مختلفة البرمجة لأداء عدد من المهام. إن هذا التعريف يشمل تشكيلة واسعة من المناولات الروبوتية . و ضمن هذا التعريف لدينا أصناف من الروبوتات تتضمن ما يلي :

1. الروبوتات المؤقتة "الصناعية المرنة" : تستخدم في عمليات التصنيع على نطاق واسع بما في ذلك تجميع الأجزاء ، الاختبار ، معالجة المواد ، اللحام ، و طلاء المواد .
2. روبوتات الاستكشاف عن بعد : يخصص هذا النوع للبقاء في الأماكن التي لا يستطيع البشر البقاء فيها و تحملها .
3. روبوتات التعويضات و العلاج الطبي : يمكن ترويض التقنية الروبوتية و أجهزة الإحساس فيها لإنتاج أعضاء تعويضية و تتمتع بحاسة اللمس .
4. روبوتات معالجة المواد الخطرة : و تستعمل لإزالة القنابل و معالجة المواد الخطرة .
5. روبوتات الخدمة : لأغراض الحراسة ، ضبط الأبواب ، تسليم البريد و الوقاية من الحرائق.

مزايا و مساوئ الروبوتات :

يبدو للوهلة الأولى أن الروبوتات تقدم المزايا التالية :

1. إنتاج أكثر .
2. استعمال التجهيزات بشكل فعال .
3. تكاليف عمل منخفضة .
4. نوعية و مكننة أفضل للأجزاء .
5. مرونة محسنة .
6. إنجاز أقصر للعمل .
7. مرونة و سهولة في البرمجة .
8. القدرة على العمل في الظروف الخطرة .
9. نوعية محسنة لأماكن العمل .
10. نوعية محسنة لأماكن الإنتاج .
11. عائدات استثمار جيدة.
12. امتلاك الحرية في الحركة في الأبعاد الثلاثة للفراغ .
13. مزود بملاقط و أدوات قطع .

إلا أنها لابد و أن تعاني من عدد من السلبيات على كل الأحوال, فإحدى أكثر الصعوبات هو أن الروبوت لا يزال غير قادر بعد على مسك جزء معين عشوائي من صندوق بدون استعمال نظام رؤية خاص . إن أول التطبيقات الناجحة للروبوت كانت في مجال صناعة السيارات الأمريكية ، ففي شركة فورد الأمريكية و حصراً في عام 1940 تم ولادة كلمة جديدة سميت بالأتمتة ، و بعد مضي الكثير من الوقت و الجهد أصبح الروبوت ينفذ الكثير من الأعمال في هذا المجال كاللحام النقطي و تحميل الآلات و الكثير من التطبيقات الأخرى. و في عام 1995 أدخل حوالي 25000 روبوت في خدمة صناعة السيارات في أمريكا وحدها ، و بالنسبة لبقية العالم فلم يكن الرقم أصغر من هذا ، فقد تم استعمال 1000000 روبوت للخدمة في المجالات الصناعية المختلفة. إن العامل الأكثر أهمية في تطوير تكنولوجيا الروبوتات و الذي ساعد على اقتحام الروبوت لمجال الصناعة بلا هوادة كان معتمداً على اكتشاف المعالجات المكروية ( المعالجات الصفرية ) والتي استطاعت متحكمات هذه المعالجات من إنتاج برامج قادرة على تنفيذ حركة متناسقة من أجل عدة درجات طلاقة . كما أن ظهور الروبوت الصناعي كان بأنواع متعددة مهيئة لأعمال يدوية و سنبحث في هذا القسم عن التراتيب الفيزيائية للروبوت . و تقريباً كافة أجهزة الروبوت الصناعي المتوفرة تجارياً في الوقت الحالي تملك أحد النماذج الأربعة التالية :

1- الربط المركزي.
2- الربط الدوراني.
3- ترتيب الذراع المقرون.
4- الربط الديكارتي.

الربط المركزي

و يعرف أيضاً بالربط الكروي ، حيث أن الحيز الذي يمكن أن تتحرك فيه ذراع الروبوت هو جزء كروي من الفراغ . خرة

الاقتران الدوراني

يكون جسم الروبوت عبارة عن محور رأسي يدور حول محور عمودي تتألف فيه الذراع من عدة صفائح متعامدة تسمح له بالحركة من الاتجاهات الأربع .

الذراع المقرون

و يشبه هذا الذراع ذراع الإنسان و يتألف من عدة قضبان موصولة بنقاط ربط تشبه كتف الإنسان و الرسغ و تبنى ذراع الروبوت فوق قاعدة يمكن إدارتها لتعطي الروبوت إمكانية العمل ضمن حيز كروي في الفراغ .

الربط الديكارتي

و يتألف الروبوت المبني وفق هذا التصميم من 3 قضبان موازية للمحاور X-Y-Z في مجموعة الإحداثيات الديكارتية . و يمكن أن يقوم الروبوت بتحريك الذراع من أي نقطة من حيز العمل ثلاثي الأبعاد .

حركات الروبوت الأساسية

مهما كان الترتيب الذي يبنى على أساسه الروبوت ، فإن الغاية من الروبوت هو إنجاز مهمة ما . و لإنجاز المهمة يربط مؤثر أو يد إلى نهاية ذراع الروبوت هذا ، و المؤثر النهائي يوجه الروبوت لإنجاز مهمة معينة . و لإنجاز المهمة يجب أن تكون ذراع الروبوت مهيأة لتحريك المؤثر النهائي عبر تتابع حركي أو مكاني .

درجة الحرية

هناك حركات أساسية أو درجات حرية تعطي الروبوت الإمكانية لتحريك المؤثر النهائي عبر تتابع الحركات المراد إنجازها بهذه القدرة على التحرك . و تتألف الحركات الأساسية من :

1. الحركة العمودية : أي حركة الذراع Up and Down الناتجة عن الدوران الداخلي حول المحور الأفقي أو الحركة على القضيب العمودي .
2. الحركة الشعاعية .

1. الحركة الدورانية : الدوران حول المحور العمودي .

1. التفاف الرسغ .

1. انحناء الرسغ .

تماثل مجموعة الحركة للروبوت تلك لأدوات التحكم العددي و هي Point to Point . أو ذات المسار المنحني والذي يسمى المسار المستمر. ففي PTP تحكم حركة الروبوت من نقطة ممدة في الفراغ إلى نقطة ثانية . تجدول في ذاكرة الروبوت الالكترونية و تعاد تشفيرها أثناء دورة العمل . لا تعطى أية أهمية للمسار الذي يسير وفقه الروبوت من نقطة إلى ثانية . إن روبوت PTP قادر على إنجاز عدة مهام من الخطوات الإنتاجية مثال اللحام النقطي . لروبوت المسار المنحني القدرة على تتابع مجموعة نقطية في الفراغ تشكل منحني مركب . الذاكرة و أجهزة التحكم هي الأهم في روبوت المسار المنحني منها في روبوت المسار المنحني منها في روبوت PTP . و لأن المسار الكلي الذي يسير وفقه الروبوت يجب تذكره أكثر من مجرد تذكر نقطتي البداية و النهاية . أثناء تسلسل الحركة و على أية حال في بعض الخطوات الصناعية يكون التحكم بالمسار مستمر أثناء دورة العمل هو شيء أساسي لوجود الروبوت في الخطوة الإنتاجية كاللحام المستمر . بالإضافة إلى الترتيب الفيزيائي للروبوت و قدراته الحركية الأساسية فإنه يوجد تكنولوجيا للروبوت تحدد كفاءته عند إنجاز المهام .

1. حيز العمل .
2. دقة العمل .
3. سرعة الحركة .
4. نوعية جملة القيادة .

حيز العمل

يشير حيز العمل إلى المكان الذي يمكن أن يعمل فيه الروبوت . و هو جزء الفراغ الذي يعمل فيه نهاية الرسغ الروبوتية . يقدم مهندسو الروبوت تعريف حيز العمل باعتبار نهاية الرسغ . دون أن يكون هناك يد موصولة لهذا الرسغ . كما أن حيز العمل يحدد الترتيب الفيزيائي للروبوت . و حدود حيز العمل لروبوت الربط المركزي يمثل جزء من كرة و لروبوت الربط الدائري هو دائرة و لروبوت الذراع المقرون فهو غير محدود و يشبه جزء كروي . دقة الحركة : لابد من الدقة في حركة إضافية لنهاية الرسغ الروبوتية . إن دقة الحركة في علم الروبوت أمر هام جداً و هي تشمل : 1- الضبط المكاني . 2- الدقة . 3- القدرة على التكرار . الضبط المكاني : يشير هذا إلى أصغر حركة إضافية لنهاية رسغ الروبوت يمكن التحكم بها . و هذه يمكن تحديدها كلياً بمعرفة دقة التحكم بالروبوت و التي تعتمد على موقع مجموعة التحكم و للقياس . بالإضافة إلى ذلك فإن عدم الدقة الميكانيكي في وصلات الروبوت على قدرته لإنجاز التحكم بحركة الروبوت . و هكذا الضبط المكاني يعتمد على الضبط المتحكم به . بالإضافة إلى مدى التسامح الميكانيكي الذي يحدد دقة التحكم هو مجال حركة الروبوت . الدقة : و تعني دقة الروبوت قدرته على وضع نهاية الرسغ في نقطة محددة في حيز العمل . ترتبط الدقة ارتباط وثيق بالضبط المكاني لأن قدرة الروبوت على الوصول إلى نقطة معينة في الفراغ تعتمد على قدرته على تقسيم حركة أجزائه إلى زيادات صغيرة . و حسب هذه العلاقة فإن دقة الروبوت تكون في وسط المسافة بين نقطتي الضبط . القدرة على التكرار : و تشير إلى مقدرة الروبوت على إعادة وضع نهاية الرسغ في نقطة معينة في الفراغ سبق له أن مر بها .

سرعة الحركة

إن السرعة التي يمكن للروبوت أن يحرك بها نهاية الرسغ لها حد أعظمي قدره 1.5 ms . فمعظم الروبوتات تحوي آلية التنظيم و التي مهمتها تحديد السرعة بالقيمة المرغوبة وفقاً للمهمة المنجزة فالسرعة تحدد في كل مهمة بناءً على عدة أمور مثل وزن الجسم المراد تحريكه . و المسافة التي يجب أن يوضع بها الجسم خلال دورة العمل . فالأجسام الثقيلة لا يمكن تحريكها بالسرعة التي يتم فيها تحريك الأجسام الصغيرة نظراً لعطالة الأولى . فيجب أن تحرك الأجسام ببطء أكثر عندما يراد الأمر دقة مكانية .

نوعية أجهزة القيادة :

هناك عدة أنواع لأجهزة القيادة توجد في الروبوت : 1- هيدروليكي . 2- محرك كهربائي . 3- هوائي . 4- الكترونى .

حيث يعتبر التصميم الالكتروى للكائن الالى هو من أهم المميزات التى تبنى عليه  .