مفهوم الإنسان الآلي (الروبوت) - Robot

 هو عبارة عن آله كهروميكانيكية تتكون من هيكل مشابهة للإنسان  ، يمكن برمجتها لتؤدي بعض الأعمال الشاقة والمرهقة والخطرة التي يقوم بها الإنسان يدويا بقوة أكبر - وأداء أسرع دون كلل أو تعب وبطريقة آمنة عن العنصر البشري .

كلمة الربوت : مشتقة من الكلمة التيشكية Ropot والتي تعني العمال المجبرين .الصناعة أكبر مجال يستخدم فيه الإنسان الآلي فقد استخدم الانسان الآلي في العديد من الصناعات مثل اللحام الكهربي الدقيق - الدهان بالرش - و أثبت فعالية في الصناعة الأتوماتيكية والصناعات الإلكترونية - لحام الدوائر الإلكترونية الدقيقة التي يتم لحام أطرافها في جزء يقل عن ألف جزء من السنتيمتر الواحد  واليابان من أكبر الدول استخداما للإنسان الآلي في الصناعة فبها نصف أعداد الانسان الآلي العامل في العالم .

عبارة عن آلة قادرة على القيام بفعاليات مبرمجة سلفا. ويقوم الإنسان الآلي بإنجاز تلك الفعاليات إما بإيعاز وسيطرة مباشرة من الإنسان أو بإيعاز من برامج حاسوبية. الفعاليات التي تبرمج الإنسالة على أداءها عادة تكون فعاليات شاقة أو خطيرة أو دقيقة مثل البحث عن الألغام وتنظيف الفضلات الناتجة في المفاعلات النووية أو أعمال صناعية دقيقة أو شاقة. 

الإنسان  الآلي (الروبوت) الذكي Intelligent Robot 

هو الذي يتمتع بقدرة هائلة عن  طريق برمجته بواسطة تقنيات الذكاء الاصطناعي لإكسابه معرفة جديدة لتمكينه من فهم الوسط المحيط به ومن ثم يمكنه تعديل أفعاله ( ذاتيا ) حسب المواقف التي يتعرض لها ويقوم بتنفيذ الأفعال التي تم برمجته لها مسبقا وله القدرة علي تغير هذه الأفعال إذا تغير الوسط المحيط به . 

مكونات وأجزاء الإنسان الألى (الروبوت)

يشبه الإنسان الآلي الإنسان في الذراع ، ويتكون الإنسان الآلي أو الربوت في أبسط صورة من 3 أجزاء وهي :

1- الذراع الميكانيكة الآلي . Manipulator

الذراع الآلية عبارة عن جزء غير مرن Infilexible ومتصل بوصلة متحركة مثل المرفق للإنسان Elbow وكل وصلة تعطي الانسان الآلي درجة من درجات الحرية Degree of Freedam (dof ) وكلما زادت درجات الحرية كلما زادت مرونة الإنسان الآلي في التعامل مع الأشياء .





الشكل يمثل إنسان آليا له3 درجات من الحرية أي أن ذراعه يوجد بة 3 وصلات
متحركة كل وصلة يمكن أن تتحرك في مستوي واحد فوصلة الكتف Shoulder تتحرك في المستوي الرأسي ، ووصلة المرفق Elbow تتحرك أيضا في المستوي الرأسي و وصلة الرسغ Wrist تتحرك في المستوي الرأسي ويمكن أن يكون للرسغ وحدة 3 درجات للحرية كما في الشكل التالي :




2- معالج طرفي " المؤثر النهائي " End Efector
اليد الميكانيكية متصلة بذراع الإنسان الآلي وتسمي بالنهاية الطرفية أو بالماسك Gripper و يعتمد شكلها علي الوظيفة التي يؤديها الإنسان الآلي حيث يتم تصميم شكل اليد لتقوم بأداء وظيفة محددة كما بالشكل :




الشكل يبين أنماطا من الوظائف لليد الميكانيكية مثل مسدس لحام النقطة ولمبة لحام الغاز وماسك وأدوات متعددة الاستخدام وآلة الطحن والصنفرة تسمي

Mulit Function End Effector متعددة الأغراض يمكنها القيام بأداء مهام مختلفة ، تشبة إلي حد كبير يد الإنسان أي تحتوي علي أصابع Fingers متصلة بمفاصل knuckles مثل هذه النهايات مازالت في مرحلة البحث ويوجد الآن ببعض معامل أبحاث الذكاء الاصطناعي في أمريكا تجربة لنهاية طرفية تتكون من اربعة أصابع كالموضحة في الشكل التالي :

3- جهاز إدارة وتشغيل آليات الروبوت " المحرك " (Actuator)

المحرك (Actuator) جهاز التحكم في الإنسان الآلي يعطيه الكفاءة والفعالية في العمل وتنقسم المحركات إلي 3 أنواع :

1- المحركات الهوائية (Pneumatic Actuator) :

تعمل بضغط الهواء منخفضة التكلفة ونظيفة لا يمكنها التحكم في حركة الإنسان الآلي بدقة عالية .

2- المحركات الهيدروليكية (Hydraulic Actuator) :

 توفر قوة هائلة للإنسان الآلي لكنها غير مرتبة أو نظيفة وشأنها شأن المحركات الهوائية لا يمكنها التحكم في الحركة بدقة عالية .

3- المحركات الإلكترونية (Electronic Actuator ) :

 محركات معقولة بالنسبة لقلة تكلفتها ونظافتها ودقتها لكنها لا توفر القوة التي للمحركات الهيدروليكية أو الهوائية .

و يلاحظ أن نوع المحرك يتم اختياره علي ضوء التطبيقات التي سيقوم بها الإنسان الآلي و الوسط المحيط الذي سيعمل به . والإنسان الآلي الذكي (Intelligent Robpt ) يحتوي علي جزء إضافي وهو جهاز الإدراك (Sensor) يجعله قادر علي إدراك البيئة المحيطة به وتعديل عملياته طبقا للمتغيرات التي تحدث في البيئة المحيطة .

استخدامات الإنسان الآلي (الروبوت) في الصناعة أعمال المناولة وتحميل الماكينات :

بنقل الأدوات والأجزاء من مكان لآخر لمختلف المقاسات والأحجام ونقل الأجزاء من وإلي الماكينات ثم إلي المخازن المعدة وتحميل الماكينات بما يشمل من عدد القطع والمكابس والأسطمبات وماكينات سباكة المعادن في القوالب المعدنية والحقن وماكينات التشغيل الأخري ومعظم الأحيان يبرمج الروبوت ليقوم بمناولة الخام إلي الماكينات أو إلي عدة ماكينات في أوقات مختلفة .

 الرش والدهانات :
 تستخدم أجهزة الروبوت للقيام بأعمال الرش والدهانات وخاصة في صناعة السيارات وتبرمج أذرعتها لتتحرك في خلال عمليات متتالية ومستمرة لإكمال دورة الدهان المطلوبة .

 أعمال اللحام : تقوم أجهزة الروبوت بأغلب اللحامات أو تلحق بأذرع الروبوت أدوات اللحام لتقوم بإتمام عملية اللحام المطلوبة وخاصة لحام البقعة Spot Welding

 أعمال التجميع : تقوم أجهزة الروبوت بعمليات التجميع المختلفة وبعض عمليات التشغيل الخفيفة .

 صناعة الزجاج : يستخدم الروبوت في صناعة الزجاج نظرا لخطورة العمل ودرجة الحرارة المرتفعة وباستخدام الروبوت أصبح في الإمكان العمل علي فترات زمنية طويلة وإنتاج أنواع مختلفة  من المنتجات الزجاجية وقد تم تحقيق إنتاجية قصوي مع دقة متناهية .

 صناعة الطائرات : مثل المشروع الأمريكي الخاص بمصانع شركة بوينج للطائرات والذي تم العمل به عام 1985 وهو خاص بالصناعات المعدنية الخاصة بأجسام الطائرات دون تدخل بشري إلا للمراقبة وهذا المشروع خفض وقت التجهيز والإعداد للعمليات من 27 أسبوعا إلي 27 دقيقة فقط . 

مميزات استخدام الإنسان الآلي (الروبوت) في الصناعة :

1- زيادة واضحة فى الإنتاجية ، يمكن لروبوت واحد فى وحدات الإنتاج أن يرفع من الكفاءة الإنتاجية للنظام إذا ما أحسن استخدامة .
2- تقليل النفقات ،يترتب على استخدام الأليات الذكية مثل الروبوت خفضا فى الإنفاق الإستثمارى على المدى الطويل ،ولكن هذا بالطبع لاينطبق على المهام المحددة أو المشروعات الضغيرة .
3- التغلب على النقص فى مهارة الأيدى العاملة ، إذا حل محل العمالة اليدوية فى العديد من المهن التى كادت ان تنقرض او الصعبة فى أدائها .
4- توفير المرونة فى الأعمال الصناعية ، إذ يمكن برمج الروبوت للعمل فى أعمال مختلفة كما أن بعض أجهزة الروبوت يمكنها تغيير مسار عملها لتؤدى مهمة ثانوية إذا ما تطلب الأمر ذلك .
5- تحسين نوعية المنتج وجودته .6- استخدامه فى الأعمال التى يمثل القيام بها خطورة كبيرة على حياة البشر.7- تجنيب الإنسان الإصابة بالملل من الأعمال التكرارية.8- تجنيب الإنسان التعرض للأنشطة الملوثة للبيئة.

التحكم في الإنسان الآلي :

 هناك طرق عديدة للتحكم في حركة الإنسان الآلي يمكن تقسيم الربورت من حيث التحكم في الحركة وأداء العمل المكلف به إلي نوعين :

الأول : الإنسان الآلي الغير قابل للبرمجة

 (Non-Servo Robot)   

 هو المحرك الذي يمكنه التحرك من مكان إلي  آخر بوسائل ميكانيكية وغير  مرنة (Inflexible)  أي أنه لا يحتوي علي وسيلة تمكنه من تصحيح مساره أثناء حركته ولذلك في بداية الحركة يضبط له المسار الذي يسلكه بحيث لا يحتوي علي عوائق .
والنوع الشائع  من هذا الصنف هو الإنسان الآلي الذي يستخدم تقنية تسمي بنظام التكرار المفتوح (Open Loop System) ويستخدم هذا النوع في نقل الأشياء بين أماكن ثابتة .
 

الثاني : الإنسان الآلي القابل للبرمجة

Servo Robot

 يحتوي علي جهاز للتحكم في حركته مما يوجد إمكانية لبرمجته والتحكم في حركته وهناك تقنيتان للبرمجة وهما التحكم بتكرار الحركة (PlayBack Control) والتحكم باستخدام الحاسب الآلي (Computer Control)  :  

تقنية التحكم بتكرار الحركة عبارة عن تدريب الإنسان الآلي علي أن يؤدي فعلا معينا ويطلب منه تكرار هذا الفعل وهناك طريقتان أساسيتان لتطبيق هذه التقنية وهما : 

1- التحكم من نقطة إلي أخري (Point-to-Point Control)  فيها يتم برمجة الذراع الآلي بعدة نقط (أي أماكن) تمثل المسار التي سيتحرك فيه ويمكن أن يتم ذلك عن طريق تحريك الذراع الآلي إلي هذه الأماكن ومن ثم يقوم بحساب المسارات التي تربط هذه الأماكن ويتحرك فيها . 

2- التحكم بالمسار المستمر (Continuous Path Control) 

فيه يتم تحريك الإنسان الآلي في المسار الذي سيتبعه وبذلك يمكنه تسجيل هذا المسار ومن ثم يمكنه تكرار الحركة في نفس المسار .
هذا النوع من التحكم يفيد في الحالات التي تتطلب الحركة المستمرة والمنتظمة مثل أعمال الدهان وما شابه ذلك .  بالنسبة للتحكم عن طريق الحاسب الآلي (Computer Control) فتوجد لغات متعددة لبرمجة الروبوت وهي لغات برمجة تشبه لغات البرمجة العادية لأجهزة الحاسب وتتميز بإمكانية قراءة بيانات أجهزة الإحساس المتصلة بالروبوت مما يسمح باستخدام البيانات في تعديل حركات الربوت لزيادة مجالات استخدامه  ، ومن لغات برمجة الروبوت :

AML , WAVE , PAL , VAL , AL , ACL

الأنشــطة

أجب عن الأسئلة التالية :- 

1- ما هو الإنسان الآلي ( الروبوت ) ؟2- في أي المجالات يمكن استخدامه مع ذكر أمثلة ؟3- ما هي أهم مميزات استخدام الإنسان الآلي (الروبوت ) في الصناعة ؟

ضع علامة صح أمام العبارة الصحيحة وعلامة خطأ أمام العبارة الغير صحيحة مع التصحيح :-

1- الذراع الآلية هى عباره عن اليد الميكانيكية متصلة بذراع الإنسان الآلي وتسمي بالنهاية الطرفية أو بالماسك Gripper  و يعتمد شكلها علي الوظيفة التي يؤديها الإنسان الآلي  حيث يتم تصميم شكل اليد لتقوم بأداء وظيفة محددة (   )

 2- معالج طرفي  عبارة عن جزء غير مرن Infilexible  ومتصل بوصلة متحركة مثل المرفق للإنسان Elbow وكل وصلة تعطي الانسان الآلي درجة من درجات الحرية Degree of Freedam   (dof ) وكلما زادت درجات الحرية كلما زادت مرونة الإنسان الآلي في التعامل مع الأشياء (  )