كيفية أتمتة ذراع الروبوت

في أيامنا هذه، يمكن لأي هاوٍ في مجال الروبوتات تقريبًا أن يبني ذراع روبوت مؤتمتًا. وبينما تُترك الحلول الروبوتية للتصنيع والطب والأعمال العلمية للمحترفين، يمكنك دائمًا صنع شيء صغير يدهش أصدقاءك بالوسائل المتاحة. هل تريد معرفة كيفية إنشاء ذراع روبوت بسيط يعتمد على متحكّم Arduino ومحركات السيرفو؟ تابع القراءة!

 

مفهوم التقنية

الذراع الروبوتية جهاز ميكانيكي مؤتمت يتم التحكم فيه عبر برنامج خاص مُثبّت على متحكّم مخصّص. يمكن أن يكون جهازًا مستقلًا أو جزءًا من روبوت شبيه بالبشر. يعتمد عمل مثل هذا الجهاز على حركة المفاصل — ويمكن لكل مفصل أن يمتلك من درجة واحدة حتى ثلاث درجات من الحرية. على سبيل المثال، يمكن للمفاصل المنفصلة أن تتحرك خطيًا بالنسبة إلى قاعدة الذراع وكذلك حركة دورانية.

أسباب الأتمتة

يمكن إنشاء أذرع روبوتية للتعامل مع مهام قد يعجز عنها الذراع البشري بمفرده. يمكنها إمساك وتجميع قطع منفصلة، واللحام، والوصول إلى مناطق صعبة، وغير ذلك. بشكل عام، الهدف الرئيسي لمثل هذه الأجهزة في الروبوتات، والذي يعمل عليه العلماء والمبتكرون منذ سنوات، هو محاكاة حركة الذراع البشرية بأكبر قدر ممكن من الدقة.

من المستفيد؟

يمكن أن يكون الذراع الروبوتي الصناعي المؤتمت مفيدًا جدًا في الأعمال البشرية من نواحٍ عديدة. ومن أبرز مزاياه:

• سرعة عالية وحركات دقيقة؛
• استهلاك منخفض للطاقة وموثوقية عالية؛
• القدرة على العمل لفترات طويلة دون توقف؛
• القدرة على العمل في ظروف خطرة ومع مواد خطرة؛
• تقليل تأثير العامل البشري ومعدلات الإصابة.

دليل أتمتة ذراع روبوت

سنخبرك أدناه بكيفية إنشاء ذراع روبوت وأتمتته. بدايةً، دعنا نحدد نوع الجهاز الذي سنعمل عليه.

أنواع أذرع الروبوت

يوجد حاليًا التصنيف التالي للأذرع الروبوتية:

• ديكارتي: يعتمد هذا النوع على حركة ثلاثة مفاصل وفق النظام الإحداثي الديكارتي. يمكنه الإمساك بالقطع وحملها، ويُستخدم غالبًا في التصنيع والطب لأعمال اللحام والقطع بدقة مجهرية.
• أسطواني: تُستخدم الأذرع من هذا النوع في بناء القطع، وتعتمد على نظام الإحداثيات الأسطوانية.
• قطبي: هذه الأجهزة المبنية على نظام الإحداثيات القطبية تُستخدم غالبًا في اللحام.
• SCARA: تتميز بمفصلين مفصّلين يتيحان الحركات الدورانية. وهي الأكثر كفاءة في بناء التركيبات المعقّدة.
• مفصلي: تمتلك هذه الأجهزة ثلاثة مفاصل على الأقل تُحرّك بواسطة مفاصل دوّارة. نطاق استخدامها واسع، لكنه يتركّز غالبًا في التصنيع.
• متوازي: يمكن للأذرع الروبوتية المتوازية تنفيذ حركات دورانية وخطية معًا. ويُعد أحد أكثر أنواع أجهزة البناء المؤتمتة تقدّمًا حاليًا.
• أنثروبومورفي: آخر الأنواع وأكثرها إثارة — إذ يكاد يكون مطابقًا في البنية والعمل لذراع الإنسان الحقيقي.

تحضير العتاد والبرمجيات

دعنا نعرف ما المكوّنات التي ستحتاجها لبناء وأتمتة ذراع روبوت بنفسك. على وجه الخصوص، نقترح استخدام المكوّنات التالية:

• أربعة محركات سيرفو من نوع Tower Pro 9g؛
• أجزاء ذراع مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد (المخطط في الصورة أعلاه)؛
• مسامير وصواميل؛
• Arduino Uno متحكّم دقيق؛
• Sensor Shield V5 (لتحويل توصيل السيرفوهات إلى الأجزاء).

والآن، بضع كلمات حول التحضير لصناعة الأجزاء. يمكنك استخدام زجاج الأكريليك العادي (بلكسي غلاس) — فلن يؤثر ذلك على جودة الجهاز النهائية. ومع ذلك، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست مكلفة كثيرًا هذه الأيام، وبصراحة، نوصي بحماية يديك من أذى قصّ الأجزاء يدويًا. تم نمذجة الأجزاء في مثالنا عبر SketchUp.

 

ثم تم تصدير الملف. ولا يزال بمساعدة إضافة وتم إرساله للطباعة. لاحظ أنه أثناء عملية النمذجة، من المهم جدًا تحديد الأبعاد الدقيقة ومواقع الفتحات الخاصة بالمسامير التي ستحمل الآلية معًا. وإلا فستضطر إلى عمل فتحات إضافية وربما إعادة طباعة بعض الأجزاء من جديد. وبالنسبة للبرمجيات الخاصة بالتحكم بمحركات السيرفو — يمكنك استخدام مكتبة Servo القياسية. ونود الإشارة إلى أن وظائف مكتبة Servo الافتراضية تُحدّد حركات "حادّة" ومفاجئة أكثر من اللازم. علاوة على ذلك، يتحرك كل محرك افتراضيًا فقط عندما تكون المحركات الثلاثة الأخرى ثابتة. وقد كان ذلك عيبًا مزعجًا لكثير من المهندسين. لهذا السبب من الأفضل كتابة وظائف مخصّصة لكل محرك — ولحسن الحظ، ليس ذلك صعبًا. الخوارزمية العامة لحركات المحركات على النحو التالي: يجب قراءة موضع محرك السيرفو في كل تكرار داخل الدالة الأساسية loop() — وتتيح وظيفة Servo.Read () ذلك؛ وإذا لم يتوافق الموضع مع الزاوية المحددة، فيجب تقريبُه إلى الزاوية المطلوبة بنقطة واحدة مع كل تكرار. كما سيتعين عليك كتابة وظائف منفصلة تُعرّف تفاعل المتحكّم. يفضّل بعض المهندسين C# على الرغم من أن Processing هي بيئة التطوير الأكثر توصية لتأمين التفاعل بين متحكّمات Arduino عبر منفذ COM. 

إعداد المعدّات

 

توصيل الأجزاء سهل — ألقِ نظرة على هذا النموذج الأوّلي لشركة ناشئة — مشروع uArm، الذي استُخدمت في بنائه محركات سيرفو من نوع u-servo us-d150. 

اتجاهات التقنية في العالم

 

بضع كلمات عن اتجاهات الروبوتات. هل تعلم مثلًا أن أكثر المجالات المهنية وعدًا للتوظيف في الروبوتات هي الطب وتصنيع تقنيات الفضاء؟ تعمل ناسا بنشاط على إنشاء روبوتات قادرة على محاكاة الحركات البشرية عن بُعد بالكامل لجعل استكشاف الفضاء أكثر سهولة وكفاءة. ومن جهة أخرى، ركّز العديد من المخترعين والعلماء في هذا العقد على جعل تصنيع الروبوتات أقل تكلفة. وعليه، يمكن أن لا يتجاوز بناء ذراع روبوت بنفسك (على سبيل المثال اعتمادًا على متحكّمات Arduino) 100 دولار. تقدّم مذهل مقارنة بما كان متاحًا قبل عشر سنوات فقط.

لماذا Progressive Automations؟

من الواضح أنك ستحتاج، لتنفيذ كل عمليات أتمتة ذراع الروبوت، إلى معدّات خاصة (محركات سيرفو، متحكّمات Arduino، وغيرها). نقدّم ضمن مجموعتنا منتجات مجرّبة ومختبرة فقط، ويمكن لفريق خبرائنا تهيئتها وفق متطلباتك. علاوة على ذلك، جميع المنتجات المتاحة في متجرنا الإلكتروني تأتي مع ضمان لمدة 18 شهرًا، يشمل خيارات الإصلاح والاستبدال الكامل.

الخلاصة

كما ترى، ليس من الصعب بناء ذراع روبوت بوسائل محدودة. ونأمل أن تساعدك المنتجات المتاحة على موقعنا في ذلك أيضًا.