جدول المحتويات
الروبوت أو الرجل الآلي هو عبارة عن آلة ذكية صنعها الإنسان لأهداف كثيرة ومتنوعة، وقد أبدع في تصميمها لتنفيذ سلسلة من الأوامر الحساسة بشكل تلقائي وفقاً لما تمت برمجتها عليه، حيث إنه لكل روبوت برنامج تشغيل خاص يجعله ينفذ المهام المصمم من أجلها سواء كان ذلك بتوجيه الأمر له مباشرة، أو من خلال أوامر الذاكرة المخزنة به مسبقاً، وقد تم تصميم الروبوت من خلال نظام هندسي متكامل ليكون بديلاً للأيدي العاملة البشرية في تنفيذ العديد من المهام، سواء كانت بسيطة كالمساعدة في أعمال المنزل أو صعبة ودقيقة مثل الأمور الطبية والعمليات الجراحية أو خطيرة كَالمهام العسكرية مثل اكتشاف أماكن الألغام والمتفجرات، وتبعاً لتنوع وظائف الروبوت كان لا بد من تنوع أحجامه وأشكاله، فمنه ما يكون بحجم العملة المعدنية، ومنه ما يكون كبيراً بحجم السيارة مثلاً، وقد يكون للروبوت قدمين أو أربعة أو ستة أفدام.
بالرغم من عدم وجود الشبه الخارجي الكبير بين الروبوت والإنسان في كثير من الأحيان وفقاً لنوعه ومهامه، إلّا أنه قادر على تأدية مختلف الوظائف المطلوبة من الأيدي البشرية بالطريقة ذاتها، الأمر الذي جعله من أهم طفرات العصر الحديث في توفير الوقت والجهد على الإنسان وجعل حياته أكثر تطوراً وراحة، ولعلّ أكثر الأسئلة التي تدور في ذهن المرء عند التفكير في طريقة عمل الروبوت هو ما الذي يقوم بتنفيذ برامج تشغيل الروبوت.
مكونات الروبوت
يتكون الروبوت من أجزاء ميكانيكية وبرمجية تعمل مع بعضها البعض بشكل متكامل لِقيامه بوظيفته المُعد من أجلها، وهي:
- جهاز التحكم: وهو الجهاز القائم على تنفيذ برامج تشغيل الروبوت باعتبارِه الوحدة الأساسية المسؤولة عن كل حركة من حركات الروبوت، حيث يُعطيه الأوامر المخزنة مسبقاً لتصل إلى أجزائه المسؤولة عن الحركة المنشودة ومن ثم يتحرك وفقاً لذلك، وقد يكون جهاز التحكم في الروبوت يدوي أو لاسلكي للتحكم بالروبوت عن بعد، ومن الممكن أن يكون قائماً على الذكاء الاصطناعي الذي يلعب دوراً كبيراً في حركات ووظائف الروبوتات على اختلاف أنواعها سواء كان روبوت تعليمي، أو روبوت منزلي أو عسكري، أو طبي وغيرها.
- المعالجات: وهي إحدى المكونات البرمجية للروبوت، وتعتبر بمثابة عقل الروبوت، فهي التي تجعله قادراً على تنفيذ المهام وفقاً لما تم تخزينه من بيانات، ويختلف نوع المعالجات وفقاً للمهام التي صُمم الروبوت من أجلها، فقد تكون معالجات متخصصة مثل DSP وقد تكون معالجات قابلة للبرمجة مثل PLC و FPGA، والجدير بالذكر أنه من الممكن أن يكون لكل روبوت معالج خاص به أو قد تشترك مجموعة من الروبوتات في معالج مركزي يُسيِّر حركتها.
- المحرك: يعمل المحرك أو الموتور إما بالطاقة الكهربائية أو بطريقة الضغط الهوائي أو باستعمال السائل الهيدروليكي، وأياً كانت طريقة العمل فهو الجزء المسؤول عن الحركات الميكانيكية للروبوت، مثل الدوران أو الميلان أو الرفع أو الإمساك بالأشياء.
- متحكم المحرك: وهو الجزء المسؤول عن إمداد الروبوت بالطاقة اللازمة لتنفيذ الأوامر والمهام الموكلة إليه، وتتراوح قدرته من 4.5 فولت إلى 36 فولت، وفي حال ارتفاع القدرة عن هذا الحد فلا بد من وجود نظام تبريد في الروبوت.
- جهاز الاستشعار: وهو المكون الحساس المسؤول عن إدراك الروبوت للمؤثرات الخارجية، وتعرٌّفه على الأشياء الموجودة في المحيطة به من حيث الشكل والحجم واللون، بالإضافة لإدراكه للمسافات التي تفصله عن الأجسام الأخرى من حوله، وتحديد مقدار الضغط اللازم الذي يُمكن الروبوت من إمساك شيء ما في قبضته دون إفلاته، فيقوم جهاز الاستشعار في الروبوت بإدراك جميع هذه الأمور ومن ثم إرسال المعلومات إلى جهاز التحكم كي يُعالجها ويُرسل الإشارات إلى المحرك المسؤول عن تنفيذ الحركات المطلوبة وفقاً لما تمت برمجة الروبوت عليه.
- أدوات الاتصال: وهي الأجزاء المسؤولة عن تواصل الروبوت مع محيطه الخارجي إما سلكياً باستعمال بروتوكولات محددة لتبادل المعلومات بين الروبوت والعالم الخارجي مثل بروتوكول GPIB و بروتوكول RS232، أو تتبادل المعلومات لا سلكياً عن بعد.
- البطارية وأدوات الشحن: وهي من أهم المكونات التي تمد الروبوت بالطاقة اللازمة لتنفيذ مهامه.
أنظمة الروبوت المسؤولة عن تنفيذ برامج تشغيله
يعتمد الروبوت في تنفيذ مهامه على أنظمة متخصصة تتكامل مع بعضها البعض لتنفيذ برامجه وتشغيله، وهي:
- نظام التحكم الرئيسي: وهو النظام المسؤول عن الحركة والنقل ويُعتبر العقل المدبر للروبوت فهو يعمل على التحكم في جميع مكونات الروبوت وتنفيذ جميع برامجه التنفيذية.
- نظام الاستشعار والحساسات: وهو المسؤول عن تحويل المؤثرات الفيزيائية إلى إشارات كهربائية ليتمكن الحاسب الآلي من قرائتها.
- نظام السونار: وهو النظام المسؤول عن تحديد وقياس المسافات، وهو من أهم أنظمة تشغيل الروبوت.
- نظام الرؤية بالكاميرات: وهو النظام المسؤول عن رؤية الروبوت، ويتمثل بتثبيت كاميرات على الروبوت نفسه.
- نظام الحركة والتنقل: وهو النظام المسؤول عن تسهيل حركة الروبوت والتنقل بين الأماكن المختلفة.
- الذراع: ويكون ثابت في الروبوت ولا يُمكن الاستغناء عنه في أي روبوت حتى في أبسط أشكاله.
- نظام توليد الأصوات: وهو مسؤول عن توليد الأصوات التحذيرية أو التنبيهية الخاصة بالروبوت.
- نظام توليد الكلام: ويتم من خلال توليد الكلمات الخاصة بمهام الروبوت.
مبدأ عمل الروبوت
يقوم مبدأ عمل الروبوت على جهاز التحكم والمحرك وجهاز الاستشعار بصورة أساسية حيث إن لكل منهم مهمة خاصة به، ويبدأ الروبوت العمل من خلال جهاز الاستشعار الذي يتعرف على البيئة المحيطة ويحدد المسافات بين الروبوت والأشياء من حوله، كما يتعرف على ألوان وأحجام الأجسام، وينقل المعلومات إلى جهاز التحكم الذي بدوره يُرسل إشارات تحمل أوامر محددة تصل على شكل إشعارات للمحرك الذي يجعل الروبوت يتحرك وينفذ المهمة الموكلة إليه، ويُمكن القول أن نظام التحكم في الروبوت يعمل باستخدام التغذية الراجعة تماماً كطريقة عمل الدماغ البشري، حيث تتمثل الخلايا العصبية في دماغ الإنسان بشريحة سيليكون في الروبوت وهي وحدة المعالجة المركزية، فتقرر هذه الوحدة ما يجب على الروبوت فعله بناءً على المعلومات التي جمعتها أجهزة الاستشعار، وينعكس ذلك في الحركات التي يقوم بها وتنفيذ المهمة المنشودة، تماماً كما يقرر دماغ الإنسان ما يجب فعله بناءً على ما يرد من الحواس الخمس.
