كيف تصنع روبوت ؟
نتعرف على أهم الطرق والخطوات التي يمكن أن تساعدكم على بناء روبوت بأبسط الأدوات.
كيف تصنع روبوت ؟
قد تكون إجابة هذا السؤال من الأشياء التي سوف تساعدك على الحصول على مستقبل مهني لامع في ظل ثورة تكنولوجيا المعلومات والأتمتة التي نعيش فيها.
كذلك قد تكون إجابة هذا السؤال من الأشياء التي سوف تساعدك على إسعاد أطفالك عن طريق إنجاز هذه التجربة الشيقة في المنزل لبعض الروبوتات البسيطة.
وهي تعتبر من الأمور المسلية جدا ، والتي سوف تساعد أطفالك على التعليم والابتكار أيضا.
وفي هذا المقال سوف نتعرف على أهم الطرق والخطوات التي يمكن أن تساعدكم على بناء روبوت بأبسط الأدوات.
كيف تصنع روبوت ؟
لا يجب أن تكون كل الروبوتات من أنواع الروبوتات المعقدة للغاية والقادرة على إجراء جراحة الدماغ أو التجول على الكواكب البعيدة.
فإذا كانت الآلة قادرة على أداء مهمة من تلقاء نفسها ، مهما كانت بسيطة ، فهي روبوت ، حتى لو كان مجرد روبوت بدائي.
والآن سوف نتعرف على أهم الخطوات التي قد تساعدكم على صنع الروبوت في المنزل.
الخطوة الأولى: كيف تبدأ؟
في هذه الخطوة ، من الضروري جدًا فهم المصطلحات الأساسية مثل الجهد والتيار والمحرك وأجهزة الاستشعار.
وعلى الرغم من أن هذه الخطوة قد تبدو أساسية جدًا ، إلا أنها مهمة حقًا.
وفي الأساس ، علينا أن نفهم ما هو بالضبط الروبوت؟
الروبوت هو جهاز كهروميكانيكي قادر على التفاعل بطريقة ما مع بيئته ، واتخاذ قرارات أو إجراءات مستقلة من أجل تحقيق مهمة محددة.
وهذا يعني أن محمصة الخبز أو المصباح أو السيارة لن يتم اعتبارها روبوتات نظرًا لعدم وجود طريقة لإدراك بيئتها.
ومن ناحية أخرى ، يمكن اعتبار المكنسة الكهربائية التي يمكنها التنقل في جميع أنحاء الغرفة ، أو الألواح الشمسية التي تتحرك في اتجاه الشمس من أنواع الروبوتات.
والخطوة الأولى هي تحديد ما يجب أن يفعله الروبوت (الغرض من بناءه).
وتشتمل الروبوتات على جوانب من العديد من التخصصات بما في ذلك الهندسة (الميكانيكية والكهربائية والحاسوبية) والعلوم (الرياضيات والفيزياء) والفنون (الجماليات) ويمكن للمستخدمين استخدام خيالهم.
وآخر اعتبار رئيسي هو الميزانية.
ومن الصعب معرفة بالضبط ما يدور في أذهان الناس عندما يبنون أول روبوت لهم ؛ فقد يرغب المرء بالفعل في بناء روبوت مستقل لإزالة الأتربة ، بينما يريد الآخر ببساطة صنع ساعة ذكية.
وقد يكلف الروبوت المحمول البسيط القابل للبرمجة حوالي 100 دولار ، بينما يمكن أن يكلف الروبوت الأكثر تعقيدًا عدة آلاف من الدولارات.
وفي هذا النموذج الذي سوف نتحدث عنه ، اخترنا إنشاء منصة متنقلة من أجل فهم المحركات وأجهزة الاستشعار ووحدات التحكم الدقيقة والبرمجة ، وتضمين مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار.
الخطوة الثانية: أنواع الروبوت
حان الوقت الآن لاتخاذ قرار بشأن نوع الروبوت الذي سوف تقوم ببنائه.
غالبًا ما يبدأ تصميم الروبوت المخصص “برؤية” لما سوف يبدو عليه الروبوت وما سوف يفعله.
وأنواع الروبوتات غير محدودة ، ولكن سوف نستعرض بعض أنواع الروبوتات الأكثر شيوعًا أدناه:
الأرضية
الروبوتات ذات العجلات هي الأكثر شهرة.
ومن الأفضل للمبتدئين أن يبدأوا بالروبوتات الأرضية لأنها تحتاج أقل استثمار ويمكنك بسهولة فهم الفيزياء البسيطة مثل درجة الحرية ومزامنة حركة العديد من المحركات واستخدام المستشعرات.
ويمكن استخدام العديد من الأنماط من أجل الحركة ، وذلك مثل:
- العجلات
- السيور
- السيقان أو الأرجل.
العجلات:
تعتبر العجلات هي الطريقة الأكثر شيوعًا عند التفكير في كيف تصنع روبوت ؟
وتُستخدم العجلات لدفع العديد من الروبوتات ذات الأحجام المختلفة ومنصات الروبوتات.
ويمكن أن تحتوي الروبوتات على أي عدد من العجلات ، على الرغم من أن 3 و 4 هي الأكثر شيوعًا.
وعادةً ما يستخدم الروبوت ذو الثلاث عجلات عجلتين وعجلة في أحد طرفيه.
وتتمتع الروبوتات ذات العجلات 4 و 6 بميزة استخدام محركات دفع متعددة.
السيور:
السيور هي مثل التي تستخدمها الدبابات من أجل الحركة.
وعلى الرغم من أن السيور لا توفر “قوة” إضافية ، إلا أنها تقلل الانزلاق وتوزع وزن الروبوت بشكل متساوٍ.
أيضًا ، يمكن لنظام السيور الذي يتمتع ببعض المرونة أن يتوافق بشكل أفضل مع الأسطح الوعرة.
الأرجل:
غالبًا ما تُفضل الأرجل بالنسبة إلى الروبوتات التي يجب أن تتنقل في تضاريس غير مستوية جدًا.
ولكن بالطبع هذا الأمر يزيد من التعقيد الميكانيكي والإلكتروني وطريقة التشفير.
الروبوتات الهوائية
لا يزال معظم الهواة يستخدمون الطائرات التي يتم تسييرها بدون تحكم مباشر أو التي يتم التحكم فيها عن بعد.
وتوجد العديد من الاستخدامات المهمة لهذه الأنواع من الروبوتات.
الروبوتات المائية
لا يزال يتعين التغلب على العديد من العقبات لجعل الروبوتات تحت الماء قادرة على العمل بكفاءة.
وبالفعل قامت العديد من الشركات بتسويق روبوتات تنظيف حمامات السباحة التي تعمل تحت الماء بالطبع.
الخطوة الثالثة: إدخال المشغلات في الروبوت الخاص بك
عند البحث عن إجابة سؤال : كيف تصنع روبوت ؟ سوف تجد هذه الخطوة من أهم الخطوات التي يجب تعلمها وفهمها.
ويمكن تعريف المشغل بأنه جهاز يحول الطاقة إلى حركة فيزيائية.
والغالبية العظمى من المحركات تنتج إما حركة دورانية أو خطية.
ويتطلب اختيار المشغلات المناسبة لروبوتك فهم المشغلات المتوفرة وبعض الخيال وقليلاً من الرياضيات والفيزياء.
المحركات الدورانية:
هذا النوع من المشغلات يحول الطاقة الكهربائية إلى حركة دوارة.
وهناك نوعان من المعلمات الميكانيكية الرئيسية التي تميزها عن بعضها البعض.
- عزم الدوران.
- سرعة الدوران.
وهي تتوزع بين:
- محرك التيار المتردد
- محرك التيار المستمر
- محركات مؤازرة R / C
- محرك سيرفو صناعي
المحركات الخطية DC:
غالبًا ما يتكون المحرك الخطي DC من محرك DC متصل بمسمار رئيسي.
ويتم إجبار الروبوت عن طريق هذا المحرك على التحرك في حركة خطية.
وأهم أنواع المحركات الخطية DC:
- الملف اللولبي
- سلك العضلات
- الهوائي
- الهيدروليكي.
الخطوة الرابعة: المتحكمات الدقيقة
المتحكم الدقيق microcontroller هو جهاز حوسبي قادر على تنفيذ برنامج.
ومن أجل التفاعل مع العالم الخارجي ، يطرح المتحكم الدقيق سلسلة من توصيلات الإشارات الكهربائية التي يمكن تحويلها إلى HIGH (1 / ON) ، أو LOW (0 / OFF) من خلال تعليمات البرمجة.
ويمكن استخدام المتحكمات الدقيقة للتحكم في الأجهزة الكهربائية الأخرى في الروبوت مثل:
- المشغلات (عند توصيلها بوحدات التحكم في المحرك)
- أجهزة التخزين (مثل بطاقات SD)
- مستقبلات Wi-Fi أو Bluetooth ، وما إلى ذلك.
ويمكن العثور عليها في المنتجات اليومية ، فكل جهاز منزلي أو جهاز إلكتروني يستخدم على الأقل متحكمات دقيقة واحدة.
والأجهزة الخاصة المدمجة في المتحكمات الدقيقة تعني أن هذه الأجهزة يمكنها القيام بأكثر من الإدخال / الإخراج الرقمي المعتاد ، والحسابات الأساسية ، والرياضيات الأساسية ، واتخاذ القرارات.
وتعد برمجة وحدة التحكم الدقيقة أمرًا بسيطًا للغاية نظرًا لبيئات التطوير المتكاملة الحديثة (IDE) التي تستخدم لغة محدثة ، ومكتبات كاملة الميزات تغطي بسهولة جميع الإجراءات الأكثر شيوعًا
وكذلك العديد من أمثلة التعليمات البرمجية الجاهزة للمبتدئين الذين يبحثون عن إجابة كيف تصنع روبوت ؟
وكذلك يمكن برمجة وحدات التحكم الدقيقة بلغات مختلفة عالية المستوى بما في ذلك C و C ++ و C # و java و python و net .
الخطوة الخامسة : تحكم المحرك
جهاز التحكم في المحرك هو جهاز إلكتروني يعمل كجهاز وسيط بين متحكم دقيق أو مصدر طاقة أو بطارية والمحرك.
وعلى الرغم من أن المتحكم الدقيق يقرر سرعة واتجاه المحرك ، إلا أنه لا يمكنه قيادته مباشرة بسبب ناتج الطاقة المحدود للغاية.
ومن ناحية أخرى ، يمكن لوحدة التحكم في المحرك توفير التيار عند الجهد المطلوب ولكن لا يمكنها تحديد السرعة التي يجب أن يدور بها المحرك.
وبالتالي ، يجب أن يعمل المتحكم الدقيق وجهاز التحكم في المحرك معًا.
أنواع أجهزة التحكم في المحركات:
- أجهزة التحكم في محرك DC بدون فرش: تستخدم مع محركات تروس DC ، DC ، والعديد من المحركات الخطية.
- أجهزة التحكم في محرك DC : تستخدم مع محرك DC بدون فرش.
- أجهزة التحكم في محرك سيرفو: تستخدم لمحركات سيرفو المختلفة.
- أجهزة التحكم في المحركات شديدة الانحدار: تستخدم مع محركات السائر أحادية القطب أو ثنائية القطب حسب نوعها.
الخطوة السادسة: التحكم في الروبوت
كيف تصنع روبوت وتتحكم فيه؟
إذا كنت تريد أن تكون قادرًا على إرسال أو تلقي أوامر من الروبوت الخاص بك ، فسوف تحتاج إلى تحديد مستوى استقلاليته وما إذا كنت تريد أن يكون متصلا أو لاسلكيا أو مستقلا تماما.
المتصل سلكيا:
التحكم السلكي المباشر:
يعد التحكم المباشر بالأسلاك أسهل طريقة للتحكم في الروبوت من خلال وحدة تحكم محمولة متصلة فعليًا به باستخدام كابل.
وفي هذه الحالة ، يمكن توصيل المحركات ومصدر الطاقة مباشرة بمفتاح للتحكم في دورانه للأمام أو للخلف.
ومثل هذه المركبات لا تتمتع عادة بذكاء وتعتبر أكثر “آلات تحكم عن بعد”.
التحكم عن طريق الكمبيوتر
تتمثل هذه الطريقة في دمج متحكم دقيق في الروبوت مع الاستمرار في استخدام كابل.
ويتيح لك توصيل وحدة التحكم الدقيقة بأحد منافذ الإدخال أو الإخراج بجهاز الكمبيوتر التحكم في عملها باستخدام جهاز طرفي.
إيثرنت
قد يكون الاختلاف في التحكم في الكمبيوتر هو استخدام واجهة Ethernet.
ويمكن أيضًا استخدام روبوت متصل فعليًا بجهاز توجيه للروبوتات المحمولة.
التحكم اللاسلكي:
الأشعة تحت الحمراء
يتطلب التحكم بالأشعة تحت الحمراء “خط رؤية” من أجل تلقي البيانات.
ويتم استخدام أجهزة التحكم عن بعد التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء لإرسال أوامر إلى مستقبل الأشعة تحت الحمراء المتصل بمتحكم دقيق يقوم بعد ذلك بترجمة هذه الإشارات والتحكم في عمل الروبوت.
تردد الراديو
يتطلب اتصال التردد اللاسلكي إما جهاز إرسال مطابق / مقترن بجهاز استقبال أو جهاز إرسال / استقبال.
ويمكن لأجهزة التردد اللاسلكي القياسية أن تسمح بنقل البيانات بين الأجهزة حتى عدة كيلومترات.
ويختار العديد من صانعي الروبوتات صنع روبوتات شبه مستقلة ذات قدرة RF لأنها تتيح للروبوت أن يكون مستقلاً قدر الإمكان ، ويقدم ملاحظات للمستخدم ولا يزال يمنح بعض التحكم في بعض وظائفه إذا دعت الحاجة.
البلوتوث
البلوتوث هو شكل من أشكال الترددات اللاسلكية ويسمح ببروتوكولات محددة لإرسال واستقبال البيانات.
وغالبًا ما يكون نطاق البلوتوث الطبيعي حوالي 10 أمتار.
شبكة Wi-Fi
هذه الطريقة قادرة على التحكم في الروبوت لاسلكيًا ، وهي تقدم بعض المزايا المهمة للتحكم اللاسلكي.
ولكن سوف تكون بحاجة إلى موجه لاسلكي متصل بالإنترنت ووحدة Wi-Fi على الروبوت نفسه.
الترددات الخلوية
نظرًا لأن ترددات الهاتف الخلوية منظمة ، فإن دمج وحدة خلوية في الروبوت يتطلب عادةً مزيدًا من الصبر للبرمجة بالإضافة إلى فهم نظام الشبكة الخلوية واللوائح المنظمة لعملها في منطقتك.
الروبوت المستقل:
يمكن أن يكون التحكم الذاتي في شكل برمجة سابقة يتم دمجها في الروبوت.
وبالطبع تحتاج هذه البرمجة إلى المزيد من التعقيد حتى تسمح للروبوت باتخاذ بعض ردود الأفعال المطلوبة من تلقاء نفسه.
الخطوة السابعة: أجهزة الاستشعار
على الرغم من أن الروبوت لا يمكنه إخبارك ما إذا كانت مادة ما جيدة المذاق أو إذا كانت الرائحة كريهة ، فإن الخطوات المتبعة في تحليل التركيب الكيميائي يمكن أن تمنحه معلومات أكثر بكثير مما يمكن للإنسان العادي فهمه واستيعابه.
ولذلك ، هناك العديد من أنواع أجهزة الاستشعار التي تجعلها تعمل مثل الإنسان.
وهذه المستشعرات هي:
- الاتصال
- زر الضغط
- مستشعر الضغط
- مستشعر المسافة
- محددات المدى بالموجات فوق الصوتية
- الأشعة تحت الحمراء
- الليزر
- مقياس الجهد الخطي للتشفير
- النطاق المقاوم
- مستشعر التمدد والانحناء
- نظام الكاميرا
- تحديد المواقع
- نظام تحديد المواقع العالمي GPS
- الدوران
- مقياس الجهد
- الجيروسكوب
- مستشعر الصوت
- مستشعر الحرارة
- مستشعر الرطوبة ، وغيرها الكثير.
الخطوة الثامنة: تجميع الروبوت وبرمجته
هذه أهم خطوة عند تعلم كيف تصنع روبوت .
والتجميع يتطلب فهم ومعرفة توصيل المحركات بوحدات التحكم في المحرك ، وتوصيل البطاريات بوحدة التحكم في المحرك أو المتحكم الدقيق.
كذلك ربط وحدة التحكم في المحرك بالميكروكونترولر ، وربط المستشعر بوحدة التحكم الدقيقة.
وربط جهاز الاتصال بالميكروكونترولر ، وربط العجلات بالمحرك.
كذلك يجب معرفة البرمجة ، والتي عادة ما تكون الخطوة الأخيرة في بناء إنسان آلي.
وللمزيد يمكنكم زيارة هذا الرابط.
اقرأ أيضا: برنامج لفك تشفير الملفات المشفرة على الكمبيوتر بسبب فيروسات الفدية