روبوتية

الروبوتيات أو الإنساليات بالإنگليزية: Robotics هي حزمة العلوم والتقنيات المهتمة بدراسة الروبوتات، وتصميمها وتطويرها وتصنيعها وتطبيقاتها. يتعلق علم الإنساليات بعلوم الإلكترونيات والميكانيكا والبرمجة الحاسوبية,[1] وكذلك أنظمة الكمبيوتر لسيطرتهم، وردود الفعل الحسية، ومعالجة المعلومات. هذه التقنيات في التعامل مع الآلات أوتوماتيكية التي يمكن أن تحل محل البشر في بيئات خطرة أو عمليات التصنيع، أو تشبه البشر في المظهر والسلوك، و/أو الإدراك. العديد من الروبوتات اليوم هي من وحي طبيعتها المساهمة في مجال الروبوتات مستوحاة بيولوجياً.

مفهوم خلق الآلات التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل يعود تاريخها إلى العصور الكلاسيكية، ولكن لم تنمو البحوث في وظائف والاستخدامات المحتملة للروبوتات بشكل كبير حتى القرن 20. على مر التاريخ، كان الإنسان الآلي غالبا ينظر إليه كمحاكي للسلوك البشري، وغالباً تدير المهام بطريقة مماثلة. اليوم، الروبوتات هو حقل سريعة النمو، مع استمرار التقدم التكنولوجي, البحث، التصميم، وبناء الروبوتات الجديدة تخدم أغراض عملية مختلفة، سواء محليا، تجاريا، أو عسكريا. العديد من الروبوتات تقوم بالوظائف التي تشكل خطرا على الناس مثل نزع فتيل القنابل, المناجم واستكشاف حطام السفن.

لكي ننظر إلى الروبوتات كتطبيق لمبادئ الحركة مع المحركات لتوفير الحركة والاستشعار لتوفير المكان والسرعة لربما يغيب التعقيد الكامن في الانضباط. والروبوت الحقيقي لا يواجه احتمال الأخطاء نتيجة لعدد من الأسباب، بما في ذلك: المعطيات الغير صحيحة (على سبيل المثال: الكتلة، التوجيه وبعد المسافة)، قوى الاحتكاك وتقديرات التضاريس، الحركة عند المفاصل الرابطة، الأخطاء المعيارية في أجهزة الاستشعار، الأخطاء في قراءة القيم من أجهزة الاستشعار. الأخطاء الناتجة في افعال الروبوت تحتاج للإصلاح؛ ويفضل، من دون أي مساعدة بشرية واضحة. هذه التصحيحات لا يمكن احتسابها قبلا باستخدام قوانين الفيزياء ويجب أن تتولد، كما يتم الكشف عنها، من خلال الروبوت حيث ينفذ العملية لتعزيز قدرتها على تجنب الاعطال، استيعاب تدهور الأداء و حتى استعادة الذات. التصحيح اللازم يختلف من تكرار واحد من عملية إلى أخرى نظرا لعدم القدرة على التنبؤ بالكثير من التأثيرات.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ

عرف العالم منذ العصور القديمة الكثير من المخترعات التي تعمل آلياً وتشبه عمل الروبوت وفق تصميم محدد. ومن ذلك طرائق إغلاق منافذ الأهرام لدى المصريين القدماء واستخراج المياه ورفعها والساعات المائية والدقاقة التي عرفها العرب وصمموها ونفذوها. ويورد كتاب «الحيل» لبني موسى بن شاكر نماذج كثيرة تشبه في عملها عمل الروبوت الحديث، إلا أن حركتها تعتمد على مصادر طاقة الماء أو الريح.[2] ومن ذلك مثلاً: صنعة سراج يخرج الفتيلة لنفسه ويصب الزيت لنفسه وكل من يراه يظن أن النار لا تأكل من الزيت ولا من الفتيلة شيئاً، ويُعرف هذا السراج بسراج الله، ومن ذلك أيضاً المنبر الذي صممه الحاج يعيش المالقي للجامع الكبير بقرطبة، فيخرج المنبر من الحائط بقوة دفع المياه عند صعود الإمام، ويعود إلى موضعه حين ينزل. ويعد ليوناردو داڤنشي (ق 15 م) أول من وضع تصاميم ونماذج مشابهة للروبوت، لكن كلمة الروبوت ظهرت للمرة الأولى في مسرحية للكاتب المسرحي التشيكوسلوڤاكي كارل تشاپك في مسرحيته «إنسان روسوم الآلي الشامل» Rossum’s Universal Robots. وتعني كلمة روبوتا robota في اللغة التشيكية العامل أو الخادم الريفي. وتولى إسحق عظيموف Isaac Asimov عام 1930 نشر مصطلح الروبوتية robotics عبر مجموعة كبيرة من قصص الخيال العلمي المبتكرة.

درجات حرية حركة الروبوت.

يعد جوسف إنگلبرگر وجورج ديڤو الأبوين الروحيين للروبوت الصناعي، فقد قامت شركتهما يونيماشن Unimation بصنع أول روبوت صناعي عام 1961 وسمي باسم پوما Programmable Universal (PUMA) Manipulator Arm.

التاريخ الأهمية اسم الروبوت المخترع
القرن الثالث ق.م. وما قبله One of the earliest descriptions of automata appears in the Lie Zi text, on a much earlier encounter between King Mu of Zhou (1023–957 BC) and a mechanical engineer known as Yan Shi, an 'artificer'. The latter allegedly presented the king with a life-size, human-shaped figure of his mechanical handiwork.[3] يان شي (بالصينية: 偃师)
القرن الأول الميلادي وما قبله Descriptions of more than 100 machines and automata, including a fire engine, a wind organ, a coin-operated machine, and a steam-powered engine, in Pneumatica and Automata by Heron of Alexandria Ctesibius, Philo of Byzantium, Heron of Alexandria, and others
ح 420 A wooden, steam propelled bird, which was able to fly Flying pigeon Archytas of Tarentum
1206 Created early humanoid automata, programmable automaton band[4] Robot band, hand-washing automaton,[5] automated moving peacocks[6] Al-Jazari
1495 تصميمات روبوت بشري الفارس الميكانيكي ليوناردو داڤنشي
1738 Mechanical duck that was able to eat, flap its wings, and excrete Digesting Duck Jacques de Vaucanson
1898 Nikola Tesla demonstrates first radio-controlled vessel. Teleautomaton نيقولا تسلا
1921 First fictional automatons called "robots" appear in the play R.U.R. Rossum's Universal Robots Karel Čapek
1930s Humanoid robot exhibited at the 1939 and 1940 World's Fairs Elektro شركة وستينگهاوس لكهرباء
1946 أول حاسوب رقمي Whirlwind عدة أشخاص
1948 Simple robots exhibiting biological behaviors[7] Elsie and Elmer William Grey Walter
1956 First commercial robot, from the Unimation company founded by George Devol and Joseph Engelberger, based on Devol's patents[8] Unimate George Devol
1961 First installed industrial robot. Unimate George Devol
1967 to 1972 First full-scale humanoid intelligent robot,[9][10] and first android. Its limb control system allowed it to walk with the lower limbs, and to grip and transport objects with hands, using tactile sensors. Its vision system allowed it to measure distances and directions to objects using external receptors, artificial eyes and ears. And its conversation system allowed it to communicate with a person in Japanese, with an artificial mouth. This made it the[11][12][13] WABOT-1 Waseda University
1973 First industrial robot with six electromechanically driven axes[14][15] Famulus KUKA Robot Group
1974 The world's first microcomputer controlled electric industrial robot, IRB 6 from ASEA, was delivered to a small mechanical engineering company in southern Sweden. The design of this robot had been patented already 1972. IRB 6 ABB Robot Group
1975 Programmable universal manipulation arm, a Unimation product پوما Victor Scheinman
1978 First object-level robot programming language, allowing robots to handle variations in object position, shape, and sensor noise. Freddy I and II, RAPT robot programming language Patricia Ambler and Robin Popplestone


الجوانب الروبوتية

انشاء ميكانيكي
الجانب الكهربائي
مستوى البرمجة


التطبيقات

يمكن استخدام الروبوت في أي مكان ثلاثي الأبعاد للقيام بأعمال صعبة أو خطرة، أو لا يستطيع الإنسان القيام بها بشكل فعال. ففي الصناعة يمكن استخدام الروبوت في التصنيع، والتجميع، واللحام والطلاء بالبخ الحراري. ويستخدم الروبوت أيضاً في الفضاء وتحت البحار وفي المنشآت النووية الخطرة. كما يمكن استخدامه في المستشفيات لمساعدة ذوي الاحتياجات الخاصة وفي عمليات التنظيف والأشغال المنزلية.

تدعى الأدوات التي يتم وصلها إلى نهاية ذراع الروبوت والتي تسمح له بالقيام بالأعمال المفيدة المكلف بها بالنهايات الفاعلة المنفِّذة end effectors، ولا تعد هذه النهايات جزءاً من الروبوت، وإنما قطعاً منفردة عنه تُصمم وتُنفذ بشكل مستقل ولها أنواع كثيرة أهمها: اللواقط، والقواطع، والمثاقب، والمكابس، والملاحم وأجهزة القياس والضغط والليزر.

تتطور التطبيقات الروبوتية حالياً باتجاه الروبوت المتكامل القادر على تحسس المحيط الذي يتحرك ضمنه والتعلم منه والتأقلم معه والتصرف وفق الشروط المستجدة. إذ لم يعد الروبوت يتصرف وفق برنامج محدد مسبقاً وإنما يقوم باستنتاج ما يجب عمله وفق المعطيات الآنية التي يتحسسها، وتستخدم الشبكات العصبونية في عملية التحكم بالروبوت. تسمح هذه التقنية التي تحاكي بنية الدماغ البشري وآلية عمله بتزويد الروبوت بالقدرة على التعلم من أمثلة سابقة والتأقلم مع الظروف والمستجدات. وقد ظهر مؤخراً روبوت يقود فرقة موسيقية لعزف سيمفونية، وآخر يصعد على درج ويتجاوز العقبات التي يمكن أن تعترض طريقه. ويمكن القول أن التقانة الروبوتية تقترب شيئاً فشيئاً من الإنسان الآلي الذي يملك قدراً من

التطبيقات الحالية والمحتملة للروبوتية:

أنواع الروبوت

الروبوت الخطي.
الروبوت الإسطواني.
الروبوت الكروي.
الروبوت المفصلي.
الذراع المفصلي المطاوع الإنتقالي.


يمكن تصنيف حركة الروبوت وفق عدة نظم مختلفة:

- الخطّي cartesian: يتحرك الروبوت وفق ثلاثة محاور خطية (X,Y,Z). ويستخدم عادة لحمل ونقل الأوزان الثقيلة.

- الأسطواني cylindrical: يتحرك الروبوت وفق نظام الإحداثيات الأسطوانية (R, Θ,Z). ويستخدم عادة في عمليات التجميع.

- الكروي spherical: يتحرك الروبوت وفق نظام الإحداثيات الكروية (R, Θ, Φ).

- المفصلي articulated: حيث يتم التحكم بوضعية الروبوت بثلاث زوايا. يشبه هذا النوع في حركته يد الإنسان، وهو متعدد الاستخدامات وأكثر الروبوتات انتشاراً، إلا أنه أكثرها صعوبة برمجة.

- الذراع المفصلي المطاوع الانتقائي SCARA (selective compliance articulated robot arm): وهو مزيج بين الروبوت الأسطواني والروبوت المفصلي بطريقة تسمح بالاستفادة من إيجابيات كل نوع منهما، وتستطيع ذراع الروبوت التحرك نحو الأعلى أو الأسفل وبزاوية حول محور الأسطوانة كما في الروبوت الأسطواني، ولكنها تكون موصولة بطريقة التفافية لتسمح للروبوت بأخذ وضعيته بدقة وسرعة.

وهناك أنواع كثيرة أخرى من الروبوتات مثل المتحرك على عجلات، أو المتوازي الذي يقوم بأداء عدة مهام في وقت واحد، إضافة إلى الروبوتات التي تماثل حركة الحشرات والحيوانات والإنسان.




. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المكونات

المخطط الصندوقي لنظام الروبوت والتحكم به.

تشتمل جميع تطبيقات الروبوتية على ثلاث مكونات أساسية هي: الحساسات، والروبوت، والتحكم الحاسوبي. فبوساطة الحساسات يتم التقاط معطيات المحيط الذي يجب على الروبوت أن يعمل ضمنه، وتشكل هذه المعطيات بيانات دخل للبرنامج الحاسوبي الذي يتحكم بحركة الروبوت وأدائه.

وأهم أنواع الحساسات المستخدمة في الروبوتات هي حساسات الرؤية، مثل الكاميرات بأنواعها، والحساسات الضوئية وتحت الحمراء، إضافة إلى حساسات الصوت واللمس والقوة والضغط والمسافة والحركة وغيرها.

الروبوت جهاز الكتروميكانيكي يتكون من أجزاء كهربائية وأخرى ميكانيكية، لذلك فإن نوعية الأنظمة المستخدمة للتحكم به تحدد خصائصه الأساسية كالسرعة والدقة والتكرارية والقدرة على حمل الأوزان. وفيما يلي أهم التقنيات المستخدمة في تصنيع أجزاء الروبوت:

ـ المحركات الكهربائية المساعدة electrical servomotors: إن الروبوت الذي يستخدم أنظمة القيادة الكهربائية يكون دقيقاً جداً إلا أن قدرته على حمل الأثقال تكون محدودة عادة.

ـ الأسطوانات الهدروليكية hydraulic cylinder: إن الروبوت الذي يستخدم الأنظمة الهدروليكية التي تعتمد على ضغط الموائع يكون قادراً على رفع الأثقال الكبيرة ولكن دقته تكون محدودة نسبياً.

ـ أسطوانات الهواء المضغوط pneumatic cylinder: وهي تشبه الأنظمة الهدروليكية إلا أنها تعتمد على ضغط الهواء، وبالتالي تستطيع حمل أوزان أخف من سابقتها لكنها أكثر منها ليونة ومرونة.

ـ العضلات الصنعية artificial muscles: وهي تعتمد على ضغط الهواء أيضاً، ويشبه عملها عضلات الإنسان ولديها القدرة على التقلص وليس على الدفع، مما يعطيها ليونة طبيعية.


مصدر الطاقة


التشغيل




الاستشعار


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المناورة

KUKA روبوت صناعي يستخدم في مسبك.
پوما، من أول الروبوتات الصناعية المبكرة.
باكستر، روبوت صناعي حديث طورته رودني بروكس.




الحركة

سگواي في متحف الروبوت في ناگويا.
Two robot snakes. Left one has 64 motors (with 2 degrees of freedom per segment), the right one 10.
كاپوتشي، روبوت تسلق.
سمكة روبوتية: iSplash-II
القارب الشراعي الآلي ڤايموس



التفاعل البيئي والملاحة

Radar, GPS, and lidar, are all combined to provide proper navigation and obstacle avoidance (vehicle developed for 2007 DARPA Urban Challenge)



التفاعل مع البشر

كيسمت، روبوت يمكنه القيام بعدد من تعبيرات الوجه.




التحكم

Puppet Magnus, a robot-manipulated marionette with complex control systems
RuBot II can resolve manually Rubik cubes


أما أهم طرائق التحكم بالروبوت فهي:

1ـ التحكم من بعد teleportation: وفيه يتولى المستخدم البشري التحكم بحركة الروبوت بوساطة عصا قيادة أو بوساطة جهاز تحكم من بعد وتوجيه حركته نحو الهدف.

2ـ التخزين المسبق للحركة lead through programming: يجري تخزين المِعاملات والقيم الرقمية للمسار المطلوب، ويتحرك الروبوت وفق هذا المسار المخزَّن في ذاكرته فقط.

3ـ البرمجة المسبقة offline programming: يُبرمج الروبوت للقيام بالحركة وفق برنامج حاسوبي محدد مسبقاً.

4ـ الحركة المستقلة autonomous: يتحكم الروبوت فيها بحركته مستقلاً وتلقائياً، فيقوم الروبوت بتعلم مسار الحركة من خلال أمثلة سابقة يمكن تزويده بها.

يمكن استخدام إحدى هذه الطرائق أو تركيب أكثر من طريقة لاستخدامها معاً.



مستويات الأتمتة

TOPIO, a humanoid robot, played ping pong at Tokyo IREX 2009.[29]



الأبحاث


الديناميكيات والحركة المجردة

تسجيلات مرئية خارجية
How the BB-8 Sphero Toy Works


هندسة الإلكترونية الحيوية والمحاكاة الحيوية

التعليم التدريب

الروبوت التعليمي SCORBOT-ER 4u.


التدريب المهني

الشهادات

معسكر الروبوتية الصيفي

المنافسات الروبوتية

البرامج الروبوتية ما بعد المدرسة

التوظيف

A robot technician builds small all-terrain robots. (Courtesy: MobileRobots Inc)



السلامة المهنية والآثار الصحية


انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ "Industry Spotlight: Robotics from Monster Career Advice". Retrieved 2007-08-26.
  2. ^ رامز حاج إسلام. "الروبوتية". الموسوعة العربية. Retrieved 2018-04-03.
  3. ^ Needham, Joseph (1991). Science and Civilisation in China: Volume 2, History of Scientific Thought. Cambridge University Press. ISBN  0-521-05800-7 .
  4. ^ Fowler, Charles B. (October 1967). "The Museum of Music: A History of Mechanical Instruments". Music Educators Journal. 54 (2): 45–49. doi:10.2307/3391092. JSTOR 3391092.
  5. ^ Rosheim, Mark E. (1994). Robot Evolution: The Development of Anthrobotics. Wiley-IEEE. pp. 9–10. ISBN  0-471-02622-0 .
  6. ^ al-Jazari (Islamic artist), Encyclopædia Britannica.
  7. ^ PhD, Renato M.E. Sabbatini,. "Sabbatini, RME: An Imitation of Life: The First Robots".
  8. ^ Waurzyniak, Patrick (2006). "Masters of Manufacturing: Joseph F. Engelberger". Society of Manufacturing Engineers. 137 (1). Archived from the original on 2011-11-09.
  9. ^ "Humanoid History -WABOT-". www.humanoid.waseda.ac.jp.
  10. ^ Zeghloul, Saïd; Laribi, Med Amine; Gazeau, Jean-Pierre (21 September 2015). "Robotics and Mechatronics: Proceedings of the 4th IFToMM International Symposium on Robotics and Mechatronics". Springer – via Google Books.
  11. ^ "Historical Android Projects". androidworld.com.
  12. ^ Robots: From Science Fiction to Technological Revolution, page 130
  13. ^ Duffy, Vincent G. (19 April 2016). "Handbook of Digital Human Modeling: Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering". CRC Press – via Google Books.
  14. ^ "KUKA Industrial Robot FAMULUS". Retrieved 2008-01-10.
  15. ^ "History of Industrial Robots" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-12-24. Retrieved 2012-10-27.
  16. ^ "Communist Robot ::".
  17. ^ "OUCL Robot Sheepdog Project".
  18. ^ Pinto, Jim (October 1, 2003). "Fully automated factories approach reality". AutomationWorld.
  19. ^ "パナソニック電工株式会社 – 住まいと暮らし、制御機器、電子材料の総合メーカー – Panasonic".
  20. ^ [1][dead link]
  21. ^ "At Hong Kong High-Tech Cafe, Everything Is Served With Microchips".
  22. ^ "Communist Robot ::".
  23. ^ "Robots may force chefs out of the kitchen".
  24. ^ "Meet Boris, the robot that can load a dishwasher". 3 October 2014.
  25. ^ "AI-driven robot makes 'perfect' flatbread". IoT Hub.
  26. ^ One database, developed by the United States Department of Energy contains information on almost 500 existing robotic technologies and can be found on the D&D Knowledge Management Information Tool.
  27. ^ "UIUC Agricultural Engineering - Faculty and Staff".
  28. ^ "service-robots.org – agriculture & harvesting".
  29. ^ "A Ping-Pong-Playing Terminator". Popular Science.

قراءات إضافية

  • R. Andrew Russell (1990). Robot Tactile Sensing. New York: Prentice Hall. ISBN  0-13-781592-1 .
  • E McGaughey, 'Will Robots Automate Your Job Away? Full Employment, Basic Income, and Economic Democracy' (2018) SSRN, part 2(3)
  • DH Autor, ‘Why Are There Still So Many Jobs? The History and Future of Workplace Automation’ (2015) 29(3) Journal of Economic Perspectives 3

وصلات خارجية