Robotics هو فرع متعدد التخصصات من الهندسة والعلوم يتضمن الهندسة الميكانيكية وهندسة الإلكترونيات وهندسة المعلومات وعلوم الكمبيوتر وغيرها. تتعامل الروبوتات مع تصميم ، وإنشاء ، وتشغيل ، واستخدام الروبوتات ، وكذلك أنظمة الكمبيوتر للتحكم فيها ، وردود الفعل الحسية ، ومعالجة المعلومات.
وتستخدم هذه التقنيات لتطوير الآلات التي يمكن أن تحل محل البشر وتكرار الأعمال البشرية. يمكن استخدام الروبوتات في العديد من المواقف ولأغراض كثيرة ، ولكن اليوم يُستخدم الكثير منها في بيئات خطرة (بما في ذلك اكتشاف القنبلة وإبطال مفعولها) ، أو عمليات التصنيع ، أو حيث لا يمكن للبشر البقاء على قيد الحياة (على سبيل المثال في الفضاء). يمكن أن تتخذ الروبوتات أي شكل من الأشكال ، لكن بعضها يصنعها ليشبه البشر في المظهر. يقال أن هذا يساعد في قبول الروبوت في بعض السلوكيات التكرارية عادة ما يقوم بها الناس. تحاول هذه الروبوتات تكرار المشي ، والرفع ، والكلام ، والإدراك ، وأساسا أي شيء يمكن أن يفعله الإنسان. العديد من روبوتات اليوم مستوحاة من الطبيعة ، مما يساهم في مجال الروبوتات المستلهمة من الحيوية.
يعود مفهوم إنشاء الماكينات التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل إلى العصور الكلاسيكية ، ولكن البحث في الوظائف والاستخدامات المحتملة للروبوتات لم ينمو بشكل كبير حتى القرن العشرين. على مر التاريخ ، كان من المفترض في كثير من الأحيان أن الروبوتات ستتمكن في يوم ما من تقليد السلوك البشري وإدارة المهام بطريقة تشبه البشرية. اليوم ، الروبوتات هي مجال سريع النمو ، مع التقدم التكنولوجي المستمر. البحث ، وتصميم وبناء الروبوتات الجديدة يخدم أغراضًا عملية متعددة ، سواء محليًا أو تجاريًا أو عسكريًا. تم بناء العديد من الروبوتات للقيام بوظائف خطرة على الناس مثل نزع فتيل القنابل ، والعثور على ناجين في أطلال غير مستقرة ، واستكشاف الألغام وحطام السفن. كما تستخدم الروبوتات في العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) كمساعدات تعليمية.
الروبوتات هي فرع من فروع الهندسة يتضمن تصميم ، تصميم ، تصنيع ، وتشغيل الروبوتات. يتداخل هذا المجال مع الإلكترونيات ، وعلوم الكمبيوتر ، والذكاء الاصطناعي ، والميكاترونيكس ، وتكنولوجيا النانو والهندسة الحيوية.
الجوانب الروبوتية
هناك أنواع كثيرة من الروبوتات. يتم استخدامها في العديد من البيئات المختلفة وللكثير من الاستخدامات المختلفة ، على الرغم من كونها متنوعة جدًا في التطبيق والشكل ، فإنها تشترك جميعها في ثلاثة أوجه تشابه أساسية عندما يتعلق الأمر ببنيتها:
جميع الروبوتات لديها نوع من البناء الميكانيكي ، الإطار ، الشكل أو الشكل المصمم لتحقيق مهمة معينة. على سبيل المثال ، قد يستخدم الروبوت المصمم للسفر عبر الأوساخ الثقيلة أو الطين مسارات القطر. الجانب الميكانيكي هو في الغالب حل المبدع لاستكمال المهمة المعينة والتعامل مع فيزياء البيئة المحيطة بها. النموذج يتبع الوظيفة.
لدى الروبوتات مكونات كهربائية تعمل بالطاقة والتحكم في الماكينات. على سبيل المثال ، فإن الروبوت مع مسارات كاتربيلر يحتاج إلى نوع من القوة لتحريك برامج التتبع. تأتي هذه القوة في شكل كهرباء ، والتي سيكون عليها أن تنتقل عبر سلك وتنشأ من بطارية ، دائرة كهربائية أساسية. وحتى الآلات التي تعمل بالبنزين والتي تستمد قوتها من البنزين بشكل رئيسي ، لا تزال تحتاج إلى تيار كهربائي لبدء عملية الاحتراق ، وهذا هو السبب في أن معظم الآلات التي تعمل بالبنزين مثل السيارات لديها بطاريات. يستخدم الجانب الكهربائي للروبوتات للحركة (من خلال المحركات) ، والاستشعار (حيث تستخدم الإشارات الكهربائية لقياس أشياء مثل الحرارة والصوت والموضع وحالة الطاقة) والتشغيل (تحتاج الروبوتات إلى مستوى معين من الطاقة الكهربائية الموردة لمحركاتها أجهزة الاستشعار من أجل تفعيل وتنفيذ العمليات الأساسية)
تحتوي جميع برامج الروبوت على مستوى معين من شفرة برمجة الكمبيوتر. البرنامج هو كيف يقرر الروبوت متى أو كيفية القيام بشيء ما. في مثال مسار كاتربيلر ، فإن الروبوت الذي يحتاج إلى التحرك عبر طريق موحل قد يكون لديه البناء الميكانيكي الصحيح ويستلم المقدار الصحيح من الطاقة من بطاريته ، ولكنه لن يذهب إلى أي مكان دون أن يخبره برنامج ما بأنه يتحرك. البرامج هي الجوهر الأساسي للإنسان الآلي ، ويمكن أن يكون لديها بناء ميكانيكي وكهربائي ممتاز ، ولكن إذا كان برنامجها ضعيفًا ، فإن أداءه سيكون ضعيفًا جدًا (أو قد لا يؤدي على الإطلاق). هناك ثلاثة أنواع مختلفة من البرامج الروبوتية: التحكم عن بعد ، الذكاء الاصطناعي والهجين. يحتوي الروبوت المزود ببرمجة التحكم عن بعد على مجموعة موجودة مسبقًا من الأوامر التي سيؤديها فقط إذا وعندما يتلقى إشارة من مصدر تحكم ، يكون عادة إنسانًا مزودًا بجهاز تحكم عن بُعد. ربما يكون من الملائم أكثر النظر إلى الأجهزة التي تسيطر عليها أوامر الإنسان في المقام الأول على أنها تقع في مجال الأتمتة بدلاً من الروبوتات. تتفاعل الروبوتات التي تستخدم الذكاء الاصطناعي مع بيئتها من تلقاء نفسها دون مصدر تحكم ، ويمكن أن تحدد ردود الأفعال على الأشياء والمشاكل التي تواجهها باستخدام برمجتها السابقة. الهجين هو شكل من أشكال البرمجة التي تتضمن وظائف AI و RC.
تطبيقات
مع تصميم المزيد والمزيد من الروبوتات لمهام محددة ، تصبح طريقة التصنيف أكثر ملاءمة. على سبيل المثال ، تم تصميم العديد من الروبوتات لعمل التجميع ، والتي قد لا تكون قابلة للتكيف بسهولة مع التطبيقات الأخرى. ويطلق عليها “الروبوتات التجمع”. من أجل لحام اللحام ، يوفر بعض الموردين أنظمة لحام كاملة مع الروبوت أي معدات اللحام إلى جانب مرافق أخرى لمناولة المواد مثل الأقراص الدوارة إلخ ، كوحدة متكاملة. يطلق على هذا النظام الآلي المتكامل اسم “روبوت اللحام” على الرغم من أنه يمكن تكييف وحدة التحكم المنفصلة الخاصة به مع مجموعة متنوعة من المهام. تم تصميم بعض الروبوتات خصيصًا لمعالجة الأحمال الثقيلة ، وتم تصنيفها على أنها “روبوتات ثقيلة”.
تشمل التطبيقات الحالية والمحتملة ما يلي:
الروبوتات العسكرية
تخطط شركة Caterpillar لتطوير آلات تحكم عن بعد وتتوقع تطوير روبوتات ثقيلة مستقلة تمامًا بحلول عام 2021. ويتم التحكم ببعض هذه الرافعات عن بعد.
وقد ثبت أن الروبوت يمكن أن يؤدي مهمة الرعي.
يتم استخدام الروبوتات بشكل متزايد في التصنيع (منذ 1960s). في صناعة السيارات ، يمكن أن تصل إلى أكثر من نصف “العمل”. هناك حتى مصانع “أضواء قبالة” مثل مصنع لتصنيع لوحات المفاتيح IBM في ولاية تكساس 100 ٪ الآلي.
وتستخدم الروبوتات مثل HOSPI كحاملات في المستشفيات (روبوت المستشفى). مهام المستشفى الأخرى التي يقوم بها الروبوتات هي موظفو الاستقبال والأدلة والمساعدين الحمالين.
الروبوتات يمكن أن تكون بمثابة النوادل والطهاة ، وأيضا في المنزل. بوريس هو روبوت يمكنه تحميل غسالة الصحون. Rotimatic هو جهاز مطبخ روبوتات يقوم بطهي الخبز المسطح أوتوماتيكياً.
معركة روبوت للرياضة – هواية أو حدث رياضي حيث يتصارع روبوتان أو أكثر في ساحة لتعطيل بعضهما البعض. وقد تطورت هذه من هواية في 1990s إلى العديد من المسلسلات التلفزيونية في جميع أنحاء العالم.
تنظيف المناطق الملوثة ، مثل النفايات السامة أو المنشآت النووية.
الروبوتات الزراعية (AgRobots).
الروبوتات المحلية ، وتنظيف ورعاية المسنين
روبوتات طبية تؤدي جراحة منخفضة الغازية
الروبوتات المنزلية مع الاستخدام الكامل.
ننربتس
الروبوتات سرب
المكونات
مصدر الطاقة
في الوقت الحاضر ، يتم استخدام معظم بطاريات (الرصاص الحمضية) كمصدر للطاقة. يمكن استخدام العديد من أنواع البطاريات المختلفة كمصدر طاقة للروبوتات. وهي تتراوح بين بطاريات الرصاص الحمضية ، وهي آمنة ولها فترات صلاحية طويلة نسبياً ولكنها ثقيلة نوعاً ما مقارنة ببطاريات الفضة والكادميوم الأقل حجماً بكثير ، وهي الآن أغلى بكثير. يحتاج تصميم روبوت يعمل بالبطارية إلى مراعاة عوامل مثل السلامة وعمر دورة ووزن. ويمكن أيضا استخدام المولدات ، التي غالبا ما تكون نوعا من محركات الاحتراق الداخلي. ومع ذلك ، غالباً ما تكون هذه التصاميم معقدة ميكانيكياً وتحتاج إلى وقود ، وتتطلب تبديداً للحرارة وتكون ثقيلة نسبياً. فالربط بين الروبوت ومصدر الطاقة من شأنه أن يزيل التيار الكهربائي من الروبوت تمامًا. هذا له ميزة توفير الوزن والفضاء عن طريق نقل جميع مكونات توليد الطاقة والتخزين في مكان آخر. ومع ذلك ، فإن هذا التصميم يأتي مع عيب وجود كابل متصل بالروبوت ، والذي قد يكون من الصعب إدارته. مصادر الطاقة المحتملة يمكن أن تكون:
هوائي (الغازات المضغوطة)
الطاقة الشمسية (باستخدام طاقة الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربائية)
الهيدروليكية (السوائل)
تخزين طاقة دولاب الموازنة
القمامة العضوية (من خلال الهضم اللاهوائي)
نووي
يشتغل
المحركات هي “عضلات” الروبوت ، الأجزاء التي تحول الطاقة المخزنة إلى حركة. وإلى حد بعيد ، فإن المحركات الأكثر شعبية هي المحركات الكهربائية التي تقوم بتدوير عجلة أو ترس ، والمحركات الخطية التي تتحكم في الروبوتات الصناعية في المصانع. هناك بعض التطورات الحديثة في أنواع بديلة من المحركات ، التي تعمل بالكهرباء أو المواد الكيميائية أو الهواء المضغوط.
محركات كهربائية
تستخدم الغالبية العظمى من الروبوتات المحركات الكهربائية ، وغالبًا ما تكون محركات DC بدون فرشات ومحركات في الروبوتات المحمولة أو محركات التيار المتردد في الروبوتات الصناعية وأجهزة CNC. غالباً ما يتم تفضيل هذه المحركات في أنظمة ذات أحمال أخف ، وحيث يكون شكل الحركة السائد هو الدوران.
المحركات الخطية
تتنقل أنواع مختلفة من المحركات الخطية داخل وخارج بدلا من الدوران ، وغالبا ما يكون لها تغييرات اتجاه أسرع ، خاصة عندما تكون هناك حاجة لقوى كبيرة جدا مثل الروبوتات الصناعية. وهي تعمل عادة بواسطة الهواء المضغوط والأكسدة (مشغل هوائي) أو زيت (مشغل هيدروليكي).
سلسلة المحركات المرنة
تم تصميم الثخانة كجزء من المحرك المحرك ، لتحسين السلامة وتوفير التحكم القوي في القوة وكفاءة الطاقة وامتصاص الصدمات (الترشيح الميكانيكي) مع تقليل التآكل المفرط على ناقل الحركة والمكونات الميكانيكية الأخرى. يمكن أن ينعكس انخفاض القصور الناتج عن القصور الذاتي على السلامة عندما يتفاعل الروبوت مع البشر أو أثناء التصادمات. وقد استخدم في العديد من الروبوتات ، ولا سيما روبوتات التصنيع المتقدمة والروبوتات البشرية.
عضلات الهواء
إن العضلات الاصطناعية الهوائية ، والمعروفة أيضًا باسم العضلات الهوائية ، هي أنابيب خاصة تتوسع (عادة ما تصل إلى 40٪) عندما يُضطر الهواء داخلها. يتم استخدامها في بعض تطبيقات الروبوت.
سلك العضلات
السلك العضلي ، المعروف أيضاً بسبيكة ذاكرة الشكل ، سلك نيتينول ® أو فليكنول® ، هو مادة تتعاقد (أقل من 5٪) عند استخدام الكهرباء. لقد تم استخدامها لبعض تطبيقات الروبوت الصغيرة.
البوليمرات الكهربائية
EAPs أو EPAMs هي مادة بلاستيكية جديدة يمكن أن تتقلص بشكل كبير (حتى سلالة تنشيط تصل إلى 380٪) من الكهرباء ، وقد تم استخدامها في عضلات الوجه وأسلحة الروبوتات البشرية ، ولتمكين الروبوتات الجديدة من الطفو أو الطيران أو السباحة أو المشي.
محركات بيزو
البدائل الأخيرة لمحركات DC هي محركات بيزو أو المحركات فوق الصوتية. يعمل هذا على مبدأ مختلف جوهريًا ، حيث تؤدي العناصر البيزوزرامية الصغيرة ، التي تهتز عدة آلاف من المرات في الثانية ، إلى حركة خطية أو دوارة. هناك آليات مختلفة للتشغيل ؛ نوع واحد يستخدم اهتزاز عناصر بيزو لخطوة المحرك في دائرة أو خط مستقيم. نوع آخر يستخدم عناصر بيزو لجعل الجوز يهتز أو لدفع المسمار. مزايا هذه المحركات هي دقة النانومتر ، السرعة ، والقوة المتاحة لحجمها. هذه المحركات متاحة تجارياً بالفعل ، ويتم استخدامها على بعض الروبوتات.
نانوتيوب مرن
تعتبر الأنابيب النانوية المرنة تقنية عضلية اصطناعية واعدة في التطور التجريبي في المراحل المبكرة. إن عدم وجود عيوب في الأنابيب النانوية الكربونية يُمكِّن هذه الشُعَب من تشويه شكلها المرن بنسبة عدة في المائة ، مع مستويات تخزين طاقة ربما تبلغ 10 ج / سم 3 للأنابيب النانوية المعدنية. يمكن استبدال العضلة ذات الرأسين البشرية بسلك قطره 8 مم لهذه المادة. مثل هذه “العضلات” المدمجة قد تسمح للروبوتات المستقبلية بتجاوز البشر وتفوقهم.
الاستشعار
تتيح أجهزة الاستشعار للروبوتات الحصول على معلومات حول قياس معين للبيئة أو المكونات الداخلية. هذا ضروري للإنسان الآلي لأداء مهامه ، والعمل على أي تغييرات في البيئة لحساب الاستجابة المناسبة. يتم استخدامها لأشكال مختلفة من القياسات ، لإعطاء تحذيرات الروبوتات حول السلامة أو الأعطال ، وتوفير معلومات في الوقت الحقيقي للمهمة التي تؤديها.
لمس. اتصال. صلة
فالأيدان الروبوتية الحالية والأطراف الصناعية تتلقى معلومات أقل لمسة بكثير من اليد البشرية. طورت الأبحاث الحديثة مصفوفة استشعار تعمل باللمس تحاكي الخصائص الميكانيكية ومستقبلات اللمس من أطراف الأصابع البشرية. يتم إنشاء مجموعة المستشعر كنواة صلبة محاطة بسائل موصل يحتوي على الجلد المرنة. يتم تثبيت الأقطاب الكهربائية على سطح النواة الصلبة وترتبط بجهاز قياس المعاوقة في القلب. عندما يلامس الجلد الاصطناعي جسمًا ، يتشوه مسار السائل حول الأقطاب ، وينتج تغييرات المعاوقة التي تحدد القوى المستلمة من الجسم. ويتوقع الباحثون أن تكون وظيفة مهمة لمثل هذه الإصبعيات الصناعية هي ضبط القبضة الآلية على الأجسام المحفوظة.
قام علماء من عدة دول أوروبية وإسرائيل بتطوير يد اصطناعية في عام 2009 ، تسمى SmartHand ، والتي تعمل بشكل حقيقي – مما يسمح للمرضى بالكتابة عليها ، الكتابة على لوحة المفاتيح ، العزف على البيانو وإجراء الحركات الجميلة الأخرى. يحتوي الطرف الاصطناعي على أجهزة استشعار تمكن المريض من الإحساس بشعور حقيقي في أطراف أصابعه.
رؤية
رؤية الكمبيوتر هي العلوم والتكنولوجيا من الآلات التي ترى. باعتبارها نظامًا علميًا ، تهتم رؤية الكمبيوتر بالنظرية وراء الأنظمة الاصطناعية التي تستخرج المعلومات من الصور. يمكن أن تتخذ بيانات الصورة أشكالًا متعددة ، مثل تسلسلات الفيديو وطرق العرض من الكاميرات.
في معظم تطبيقات الرؤية الحاسوبية العملية ، يتم برمجة أجهزة الكمبيوتر مسبقًا لحل مهمة معينة ، ولكن الطرق التي تعتمد على التعلم أصبحت شائعة بشكل متزايد.
تعتمد أنظمة رؤية الكمبيوتر على أجهزة استشعار الصورة التي تكشف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي عادة ما يكون في شكل ضوء مرئي أو ضوء الأشعة تحت الحمراء. تم تصميم أجهزة الاستشعار باستخدام فيزياء الحالة الصلبة. يتم شرح العملية التي يتم من خلالها نشر الضوء وتعكس الأسطح باستخدام البصريات. تتطلب أجهزة استشعار الصورة المتطورة حتى ميكانيكا الكم لتوفير فهم كامل لعملية تكوين الصورة. كما يمكن تزويد الروبوتات بأجهزة استشعار متعددة الرؤية لتكون أكثر قدرة على حساب الإحساس بالعمق في البيئة. مثل عيون البشر ، يجب أن تكون “عيون” الروبوتات قادرة على التركيز على مجال معين من الاهتمام ، وكذلك التكيف مع الاختلافات في شدة الضوء.
هناك حقل فرعي ضمن رؤية الكمبيوتر حيث تصمم الأنظمة الاصطناعية لتقليد معالجة وسلوك النظام البيولوجي ، على مستويات مختلفة من التعقيد. أيضا ، بعض من الأساليب القائمة على التعلم المتقدمة في إطار رؤية الكمبيوتر لها خلفية في علم الأحياء.
آخر
الأشكال الأخرى الشائعة للاستشعار في الروبوتات تستخدم ليدار ورادار وسونار.
بمعالجة
تحتاج الروبوتات إلى التعامل مع الأشياء ؛ التقاط أو تعديل أو تدمير أو أي تأثير آخر. وهكذا يشار إلى “أيدي” الروبوت عادة باسم المستجيبات النهائية ، بينما يشار إلى “الذراع” كمعالج. تحتوي معظم أذرع الروبوتات على مستجيبات قابلة للاستبدال ، كل منها يسمح لها بأداء مجموعة صغيرة من المهام. لدى البعض مناور ثابت لا يمكن استبداله ، في حين أن البعض الآخر لديه مناور هدف عام للغاية ، على سبيل المثال ، يد بشرية. إن تعلم كيفية التعامل مع الروبوت غالباً ما يتطلب تغذية راجعة وثيقة بين الإنسان والروبوت ، على الرغم من وجود عدة طرق للتلاعب عن بعد بالروبوتات.
القابضون الميكانيكية
واحد من أكثر المؤثرات شيوعا هو القابض. في أبسط مظاهره ، يتألف من اثنين فقط من الأصابع التي يمكن أن تفتح وتغلق لالتقاط وترك مجموعة من الأشياء الصغيرة. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الأصابع مصنوعة من سلسلة بأسلاك معدنية تمر عبرها. الأيدي التي تشبه وتعمل أكثر مثل اليد البشرية وتشمل اليد الظل ويد روبوناوت. الأيدي ذات التعقيد في المستوى المتوسط تشمل يد دلفت. يمكن أن تأتي القابض الميكانيكية في أنواع مختلفة ، بما في ذلك الاحتكاك وتشمل الفكوك. تستخدم فكوك الإحتكاك كل قوة القابض لإمساك الكائن في مكانه باستخدام الاحتكاك. يشمل فك الفك الكائن في مكانه ، باستخدام احتكاك أقل.
القابضون فراغ
المقابض الفراغية هي عبارة عن أجهزة بسيطة للغاية يمكن أن تحمل أحمالًا كبيرة جدًا ، مما يوفر سطحًا لسطح ما قبل الضبط سلسًا بما يكفي لضمان شفطه.
اختيار و وضع روبوتات للمكونات الإلكترونية وكائنات كبيرة مثل الزجاج الأمامي للسيارة ، وغالبا ما يستخدم القابضون فراغات بسيطة جدا.
المستجيبات الغرض العام
بعض الروبوتات المتقدمة بدأت في استخدام اليدين بشكل كامل ، مثل اليد الظل ، MANUS ، واليد Schunk. هذه مناورات شديدة التحمل ، مع ما يصل إلى 20 درجة من الحرية ومئات من أجهزة الاستشعار عن طريق اللمس.
تنقل
الروبوتات المتداول
من أجل البساطة ، تحتوي معظم الروبوتات المتحركة على أربع عجلات أو عدد من المسارات المستمرة. حاول بعض الباحثين إنشاء روبوتات أكثر تعقيدا مع عجلات واحدة أو عجلتين فقط. يمكن أن يكون لهذه الميزات مزايا معينة مثل الكفاءة الأكبر والأجزاء المخفّضة ، بالإضافة إلى السماح للإنسان الآلي بالانتقال في الأماكن المحصورة التي لا يستطيع الروبوت رباعي العجلات الوصول إليها.
الروبوتات التوازن بعجلتين
عادة ما يستخدم روبوتات التوازن جيروسكوب للكشف عن مقدار انحدار روبوت ثم قيادة العجلات بشكل متناسب في نفس الاتجاه ، لموازنة الهبوط بمئات المرات في الثانية ، بناءً على ديناميات بندول مقلوب. تم تصميم العديد من روبوتات التوازن المختلفة. في حين لا يُنظر إلى Segway عادةً على أنه روبوت ، يمكن اعتباره مكونًا من روبوت ، عند استخدامه على هذا النحو تشير إليه Segway باعتبارها RMP (منصة Robotic Mobility). مثال على هذا الاستخدام هو Robonaut من وكالة ناسا التي تم تركيبها على Segway.
الروبوتات موازنة واحد عجلة
إن روبوت موازنة ذو عجلة واحدة هو امتداد لروبوت موازنة ذو عجلتين بحيث يمكنه التحرك في أي اتجاه ثنائي الأبعاد باستخدام كرة مستديرة كدراسته الوحيدة. تم تصميم العديد من روبوتات الموازنة ذات العجلات الواحدة مؤخرًا ، مثل “Ballbot” في جامعة كارنيجي ميلون ، وهو الارتفاع التقريبي والعرض لشخص ما ، و “BallIP” في جامعة Tohoku Gakuin. بسبب الشكل الرقيق الطويل والقدرة على المناورة في المساحات الضيقة ، لديهم القدرة على العمل بشكل أفضل من الروبوتات الأخرى في البيئات مع الناس.
الروبوتات الكروية
تم إجراء العديد من المحاولات في الروبوتات التي تكون داخل كرة كروية تمامًا ، إما عن طريق تدوير وزن داخل الكرة ، أو بتدوير الأصداف الخارجية للكرة. وقد تمت الإشارة إليها أيضًا باسم بوت روبوت أو كرة بوت.
الروبوتات ذات العجلات الستة
إن استخدام ست عجلات بدلاً من أربع عجلات يمكن أن يمنح جرًا أفضل أو قبضة أفضل في التضاريس الخارجية مثل الأوساخ أو الحشائش الصخرية.
الروبوتات مجنزرة
توفر مسارات الخزانات قوة دفع أكبر من الروبوت ذي العجلات الست. تتصرف العجلات المتعقبة كما لو كانت مصنوعة من مئات العجلات ، وبالتالي فهي شائعة جدًا بالنسبة للإنسان الآلي في الهواء الطلق والعسكريين ، حيث يجب أن يقود الروبوت على التضاريس الوعرة. ومع ذلك ، فهي صعبة الاستخدام في الداخل مثل السجاد والأرضيات الناعمة. تشمل الأمثلة على ذلك جهاز Urban Robot “Urbie” التابع لناسا.
تم تطبيق المشي على الروبوتات
المشي هو مشكلة صعبة وديناميكية لحلها. تم صنع العديد من الروبوتات التي يمكن أن تمشي بشكل موثوق على قدمين ، ومع ذلك ، لم يتم صنع أي منها وهي قوية مثل الإنسان. كان هناك الكثير من الدراسة على المشي المستوحاة من البشر ، مثل مختبر AMBER الذي تم إنشاؤه في عام 2008 من قبل قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة Texas A & M. وقد تم بناء العديد من الروبوتات الأخرى التي تسير على أكثر من قدمين ، بسبب سهولة إنشاء هذه الروبوتات. يمكن استخدام روبوتات المشي في التضاريس غير المستوية ، والتي من شأنها أن توفر تحركية أفضل وكفاءة في استخدام الطاقة عن طرق النقل الأخرى. كما تم اقتراح الهجينة في أفلام مثل أنا ، روبوت ، حيث يمشون على قدمين والتحول إلى أربعة (الأسلحة + الساقين) عند الذهاب إلى سباق. عادة ، يمكن للإنسان الآلي على قدمين أن يمشي بشكل جيد على الأرضيات المسطحة ويمكنه أحيانًا صعود الدرج. لا يمكن لأحد المشي فوق التضاريس الصخرية وغير المستوية. بعض الطرق التي تمت تجربتها هي:
تقنية ZMP
نقطة الصفر (ZMP) هي الخوارزمية المستخدمة من قبل الروبوتات مثل ASIMO في هوندا. يحاول الكمبيوتر الآلي للإنسان الحفاظ على مجموع قوى القصور الذاتي (مزيج من جاذبية الأرض وتسارع و تباطؤ السير) ، وهو ما تعارضه قوة رد الفعل الأرضية (قوة الأرضية التي تدفع رجوع قدم الروبوت). بهذه الطريقة ، تُلغي القوتان ، ولا تترك أي لحظة (القوة التي تدفع الروبوت إلى الدوران والسقوط). لكن هذا ليس بالضبط كيف يمشي الإنسان ، والفرق واضح للمراقبين البشريين ، وقد أشار البعض إلى أن أسيمو يمشي كما لو أنه يحتاج إلى مرحاض. خوارزمية المشي ASIMO ليست ثابتة ، ويتم استخدام بعض التوازن الديناميكي (انظر أدناه). ومع ذلك ، فإنه لا يزال يتطلب سطح أملس للمشي.
التنقل
نجحت عدة روبوتات ، تم بناؤها في الثمانينيات من قبل مارك رايبرت في مختبر ساق MIT ، في السير بشكل ديناميكي. في البداية ، يمكن للإنسان الآلي الذي لديه ساق واحدة فقط ، والقدم الصغيرة أن يظل مستقيماً بمجرد التنقل. الحركة هي نفس حركة الشخص على عصا بوجو. وبينما يقع الروبوت في أحد الجوانب ، فإنه يقفز قليلاً في هذا الاتجاه لكي يمسك نفسه. قريبا ، تم تعميم الخوارزمية إلى اثنين وأربعة أرجل. تم عرض الروبوت ذي القدمين قيد التشغيل وحتى أداء الشقلبة. وأظهرت أيضا أربعة أضعاف والتي يمكن الهرولة ، تشغيل ، وتيرة ، ومقيدة. للحصول على قائمة كاملة بهذه الروبوتات ، انظر صفحة MIT Leg Lab Robots.
التوازن الديناميكي (السقوط المتحكم به)
هناك طريقة أكثر تقدمًا لروبوت يستطيع المشي باستخدام خوارزمية توازن ديناميكية ، والتي من المحتمل أن تكون أكثر قوة من تقنية Zero Moment Point ، لأنها تراقب حركة الروبوت باستمرار ، وتضع القدمين من أجل الحفاظ على الثبات. وقد أثبتت هذه التقنية مؤخرًا بواسطة دكستر روبوت أن بيوتس ، وهو مستقر جدًا ، ويمكنه القفز حتى. مثال آخر هو TU Delft Flame.
ديناميات سلبية
ولعل الطريقة الأكثر واعدة تستخدم الديناميات السلبية حيث يتم استخدام زخم الأطراف المتأرجحة لزيادة الكفاءة. لقد تبين أن آليات البشر غير المزودة بالطاقة بالكامل يمكن أن تسير على منحدر لطيف ، فقط باستخدام الجاذبية لدفع أنفسهم. باستخدام هذا الأسلوب ، يحتاج الإنسان الآلي إلى توفير كمية صغيرة من الطاقة الحركية للمشي على طول سطح مستو أو أكثر قليلاً لتصل إلى أعلى التل. تعد هذه التقنية بأن تجعل روبوتات المشي أكثر فعالية بعشر مرات على الأقل من مشايات ZMP ، مثل ASIMO.
طرق أخرى للتنقل
طيران
طائرة ركاب حديثة هي في الأساس روبوت طيران ، مع اثنين من البشر لإدارتها. يستطيع الطيار الآلي التحكم في الطائرة لكل مرحلة من الرحلة ، بما في ذلك الإقلاع والطيران العادي وحتى الهبوط. الروبوتات الطائرة الأخرى غير مأهولة بالسكان وتعرف باسم المركبات الجوية غير المأهولة (الطائرات بدون طيار). يمكن أن تكون أصغر حجماً وأخف وزناً بدون طيار إنساني على متن الطائرة ، وتطير إلى مناطق خطرة لمهام المراقبة العسكرية. يمكن حتى إطلاق النار على أهداف تحت القيادة. ويجري أيضا تطوير الطائرات بدون طيار التي يمكن إطلاق النار على الأهداف تلقائيا ، دون الحاجة إلى أمر من إنسان. الروبوتات الطائرة الأخرى تشمل صواريخ كروز ، و Entomopter ، وروبوت هليكوبتر إبسون الصغير. تمتلك الروبوتات مثل Air Penguin و Air Ray و Air Jelly أجسامًا أخف من الهواء ، مدفوعة بالمجاديف ، وتسترشد بالسونار.
يمتد
تم تطوير العديد من الروبوتات الثعبان بنجاح. تحاكي هذه الطريقة التي تتحرك بها الثعابين الحقيقية ، يمكنها أن تتنقل في أماكن ضيقة للغاية ، مما يعني أنها قد تستخدم يومًا ما للبحث عن الأشخاص المحاصرين في المباني المنهارة. يستطيع الروبوت الثعبان الياباني ACM-R5 التنقل بين اليابسة والماء.
تزلج
وقد تم تطوير عدد صغير من الروبوتات التزلج ، واحدة منها هو جهاز المشي والتزلج متعدد الأوضاع. لديها أربعة أرجل ، مع عجلات غير مزودة بالطاقة ، والتي يمكن إما أن تتحرك أو تتحرك. يستطيع روبوت آخر ، وهو Plen ، استخدام لوح التزلج المصغر أو التزلج على الجليد ، والتزحلق عبر سطح المكتب.
التسلق
وقد استخدمت عدة طرق مختلفة لتطوير الروبوتات التي لديها القدرة على تسلق الأسطح العمودية. يحاكي نهج واحد حركات متسلق بشري على جدار مع نتوءات ؛ ضبط مركز الكتلة وتحريك كل طرف في المقابل للحصول على النفوذ. مثال على ذلك هو Capuchin ، الذي بناه الدكتور Ruixiang Zhang في جامعة ستانفورد ، كاليفورنيا. وهناك طريقة أخرى تستخدم طريقة الوسادة المتخصصة لتزيين جدار الجواهر ، والتي يمكن أن تعمل على أسطح ملساء مثل الزجاج الرأسي. تتضمن أمثلة هذا الأسلوب Wallbot و Stickybot. وذكرت صحيفة التكنولوجيا الصينية في 15 نوفمبر 2008 أن الدكتور لي هيو يونغ ومجموعة أبحاثه من شركة نيو كونسيبت أيركرافت (تشوهاى) المحدودة قد نجحا في تطوير روبوت جيكي بيونيك يدعى “سبيدي فريلاندر”. ووفقاً للدكتور لي ، يمكن أن يتسلق روبوت أبو بريص صعودًا وهبوطًا مجموعة متنوعة من جدران المباني ، والتنقل عبر الشقوق الأرضية والجدارية ، والسير مقلوبًا على السقف. وتمكنت أيضًا من التكيف مع أسطح الزجاج السلس أو الجدران الخشنة أو اللاصقة أو المغبرة بالإضافة إلى أنواع مختلفة من المواد المعدنية. ويمكن أيضا تحديد العقبات والتحايل عليها تلقائيا. كانت مرونتها وسرعتها مماثلة لأبو بريص طبيعي. النهج الثالث هو محاكاة حركة ثعبان يتسلق قطب ..
السباحة (السمكية)
ويحتسب أنه عند السباحة يمكن لبعض الأسماك تحقيق كفاءة دافعة أكبر من 90٪. علاوة على ذلك ، يمكنهم التعجيل والمناورة بشكل أفضل بكثير من أي قارب أو غواصة من صنع الإنسان ، وإنتاج ضوضاء أقل وإزعاج المياه. لذلك ، يرغب العديد من الباحثين الذين يدرسون روبوتات تحت الماء في نسخ هذا النوع من الحركة. ومن الأمثلة البارزة على ذلك ، أسماك جامعة إسكس للعلوم الحاسوبية ، أسماك G9 ، وتونا الروبوتات التي بناها معهد روبوتات الميدان ، لتحليل نموذج الحركة الطولية وحسابه رياضيًا. ينسخ أكوا بينجوين ، المصمم والمبني من قبل فيستو في ألمانيا ، الشكل الانسيابي والدفع عن طريق “الزعانف” الأمامية لطيور البطريق. كما قام فيستو ببناء أكوا راي وأكوا جيلي ، التي تحاكي حركة مانتا راي ، وقنديل البحر على التوالي.
في عام 2014 ، تم تطوير iSplash-II من قبل طالب الدكتورة ريتشارد جيمس كلابهام والبروفيسور Huosheng Hu في جامعة Essex. كانت أول سمكة روبوتية قادرة على التفوق في الأداء على أسماك الكارانجورم الحقيقية من حيث السرعة القصوى القصوى (مقاسة بأطوال الجسم / الثانية) والقدرة على التحمل ، وهي المدة التي يتم الحفاظ على السرعة القصوى لها. حققت هذه السباحة بسرعة سباحة قدرها 11.6BL / s (أي 3.7 m / s). كان أول برنامج iSplash-I (2014) هو أول منصة روبوتية تطبق حركة سباحة طولية على شكل جسم كامل ، والتي تم العثور عليها لزيادة سرعة السباحة بنسبة 27٪ مقارنةً بالنهج التقليدي للموجة الموجبة الخلفية.
إبحار
كما تم تطوير روبوتات المراكب الشراعية من أجل إجراء قياسات على سطح المحيط. روبوت مركب شراعي نموذجي هو Vaimos بناه IFREMER و ENSTA-Bretagne. بما أن دفع روبوتات المراكب الشراعية يستخدم الريح ، فإن طاقة البطاريات تستخدم فقط للكمبيوتر ، للتواصل وللمشغلات (لضبط الدفة والإبحار). إذا كان الروبوت مجهزًا بألواح شمسية ، يمكن للروبوت الانتقال نظريًا إلى الأبد. المسابقتان الرئيسيتان من روبوتات المراكب الشراعية هما WRSC ، التي تقام كل عام في أوروبا ، و Sailbot.
مراقبة
يجب التحكم في البنية الميكانيكية للروبوت لأداء المهام. ينطوي التحكم في الروبوت على ثلاث مراحل متميزة – التصور والمعالجة والعمل (نماذج الروبوتية). توفر المستشعرات معلومات حول البيئة أو الروبوت نفسه (على سبيل المثال ، موقع مفاصله أو مفعوله النهائي). ثم يتم معالجة هذه المعلومات ليتم تخزينها أو نقلها وحساب الإشارات المناسبة للمشغلات (المحركات) التي تتحرك الميكانيكية.
يمكن أن تتراوح مرحلة المعالجة في التعقيد. على المستوى التفاعلي ، قد يترجم معلومات المستشعر الخام مباشرة إلى أوامر المشغل. يمكن أولاً استخدام انصهار المستشعر لتقدير معلمات الفائدة (على سبيل المثال موضع قاذف الروبوت) من بيانات أجهزة الاستشعار الصاخبة. يتم استنتاج مهمة فورية (مثل تحريك القابض في اتجاه معين) من هذه التقديرات. تقنيات من نظرية التحكم تحويل المهمة إلى الأوامر التي تدفع المحركات.
في المقاييس الزمنية الأطول أو مع المهام الأكثر تطوراً ، قد يحتاج الروبوت إلى البناء والتفسير بنموذج “إدراكي”. تحاول النماذج المعرفية تمثيل الروبوت والعالم وكيفية تفاعلها. يمكن استخدام التعرف على الأنماط ورؤية الكمبيوتر لتتبع الكائنات. يمكن استخدام تقنيات رسم الخرائط لبناء خرائط للعالم. وأخيرًا ، يمكن استخدام تخطيط الحركة وغيرها من تقنيات الذكاء الاصطناعي لمعرفة كيفية التصرف. على سبيل المثال ، قد يفكر المخطط في كيفية تحقيق مهمة دون إصابة العقبات أو السقوط أو ما إلى ذلك.
مستويات الحكم الذاتي
قد تكون أنظمة التحكم أيضًا ذات مستويات مختلفة من الاستقلالية.
يستخدم التفاعل المباشر للأجهزة اللمسية أو التليبيات ، ويمتلك الإنسان سيطرة كاملة تقريبًا على حركة الروبوت.
تعمل أوضاع تشغيل المشغل على تشغيل المشغل لمهام متوسطة إلى عالية المستوى ، مع قيام الروبوت تلقائيًا بكشف كيفية تحقيقها.
الروبوت الذاتي قد يذهب دون تدخل الإنسان لفترات طويلة من الزمن. لا تتطلب المستويات العليا من الاستقلالية بالضرورة قدرات معرفية أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال ، الروبوتات في مصانع التجميع مستقلة تمامًا ولكنها تعمل في نمط ثابت.
يأخذ تصنيف آخر في الحسبان التفاعل بين التحكم البشري وحركات الماكينة.
Teleoperation. يتحكم الإنسان في كل حركة ، ويتم تحديد كل تغيير في مشغل الآلة بواسطة المشغل.
الإشرافية. يحدد الإنسان التحركات العامة أو تغيرات الموقع ويقرر الجهاز تحركات معينة لمشغلاته.
الاستقلالية على مستوى المهام. يحدد المشغل المهمة فقط ويقوم الروبوت بإدارة نفسه لإكمالها.
استقلالية كاملة. ستقوم الماكينة بإنشاء واستكمال جميع مهامها دون تدخل بشري.