المهندسة رند معن احمد<br />دور الهندسة الكهربائية في تصميم الروبوتات<br /><br />الكهرباء تشكل العمود الفقري لتصميم وتشغيل الروبوتات، حيث تمنحها القدرة على الحركة والتفاعل مع محيطها بفضل التحويلات المستمرة للطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية وإشارات تحكم. يمكن توضيح دور الكهرباء في تصميم الروبوتات من خلال أربعة محاور رئيسية: إمداد الطاقة، التحكم في الحركة، التحكم في الأنظمة الإلكترونية، ودور أجهزة الاستشعار.<br />وتعد إمداد الطاقة في الروبوتات توفير مصدر للطاقة الكهربائية أحد أهم متطلبات تصميم الروبوتات، حيث أن جميع مكوناتها تعتمد على الكهرباء لتشغيلها. الروبوتات المتنقلة - كالروبوتات المنزلية أو تلك المستخدمة في المهام الميدانية - غالباً ما تستخدم بطاريات قابلة لإعادة الشحن. تختلف أنواع البطاريات باختلاف احتياجات الروبوت، فمنها بطاريات الليثيوم التي تمتاز بخفة وزنها وطول عمرها الافتراضي، وبطاريات النيكل الأكثر تكلفة ولكنها تحمل طاقة أعلى. هذه البطاريات تُستخدم لتزويد الدوائر الكهربائية والمحركات بالطاقة اللازمة لتحريك الروبوت وتشغيل الأنظمة الداخلية في الروبوتات الصناعية، التي تعمل عادةً في خطوط الإنتاج في المصانع، يتم توصيل الروبوتات مباشرة بمصادر طاقة ثابتة، مثل التيار الكهربائي المباشر من شبكة الكهرباء. هذا يسمح للروبوتات بالحصول على إمداد طاقة ثابت وكبير، يمكنها من العمل لساعات طويلة دون انقطاع، وذلك لأن البطاريات لا تكون كافية لتلبية احتياجات الطاقة العالية لهذه الروبوتات الكبيرة.<br />التحكم في الحركة باستخدام الكهرباء : حيث ان التحكم في حركة الروبوت يعتمد بشكل أساسي على الكهرباء، إذ تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية بفضل المحركات الكهربائية. هناك عدة أنواع من المحركات المستخدمة في الروبوتات، منها محركات التيار المستمر (DC Motors) التي تناسب الروبوتات الصغيرة والمتنقلة، ومحركات التيار المتردد (AC Motors) التي تناسب الروبوتات الصناعية الكبيرة.<br />من جهة أخرى، تُستخدم المحركات المؤازرة (Servo Motors) للحصول على دقة عالية في تحديد زوايا الحركة. في الروبوتات التي تحتاج إلى تحكم دقيق، مثل أذرع الروبوتات المستخدمة في عمليات تجميع القطع، يعمل المحرك المؤازر بتلقي إشارات كهربائية تحدد زاوية الدوران بدقة، مما يضمن تنفيذ حركات دقيقة ومتناسقة. <br />أيضاً، يلعب التيار الكهربائي دوراً في التحكم في سرعة الروبوت واتجاهه. يمكن تغيير سرعة المحركات باستخدام دوائر التحكم التي تعتمد على تعديلات كهربائية مثل تغيير الجهد أو التيار المار بالمحرك. كما يمكن تحديد اتجاه الروبوت أو تغيير مساره عن طريق توجيه التيار الكهربائي داخل المحركات في اتجاهات معينة، مما يمكّن الروبوت من التحرك يميناً ويساراً أو التقدم للأمام والتراجع للخلف.<br />وأنظمة التحكم الإلكتروني في الروبوتات تمثل وحدات التحكم الإلكترونية “عقل” الروبوت، وهي مسؤولة عن اتخاذ القرارات وتنفيذ المهام بناءً على الأوامر المبرمجة مسبقاً أو المعلومات التي تتلقاها من البيئة المحيطة عبر أجهزة الاستشعار. تحتاج وحدات التحكم هذه ، مثل المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة microcontrollers إلى إمداد ثابت من الكهرباء لتعمل بشكل مستمر ودقيق <br /><br />يتم توصيل المكونات الكهربائية في الروبوت عبر دوائر كهربائية معقدة، وتعمل وحدات التحكم على إرسال إشارات كهربائية إلى أجزاء الروبوت المختلفة. على سبيل المثال، إذا استقبلت وحدة التحكم إشارة من جهاز استشعار يكتشف عقبة في طريق الروبوت، تقوم بإرسال إشارات كهربائية إلى المحركات لتغيير مسار الروبوت وتجنب العقبة. يتم تفعيل هذه القرارات عبر إشارات كهربائية صغيرة توجه المحركات وأجهزة الاستشعار للعمل بطريقة متزامنة.<br /><br />أجهزة الاستشعار الكهربائية ودورها في التفاعل مع البيئة <br />أجهزة الاستشعار تشكل “حواس” الروبوت، وتساعده على استشعار محيطه والتفاعل معه بناءً على المعلومات التي تجمعها. هذه المستشعرات تعتمد على الكهرباء في تشغيلها وتحويل البيانات الفيزيائية إلى إشارات كهربائية يمكن لوحدة التحكم فهمها. على سبيل المثال، مستشعرات الضوء تحول شدة الضوء إلى إشارات كهربائية، ومستشعرات الحركة تحول الحركة إلى نبضات كهربائية.<br />عندما يلتقط جهاز استشعار معين تغيرات في البيئة المحيطة، يتم تحويل هذه التغيرات إلى إشارات كهربائية تُرسل إلى وحدة التحكم. تُفسر هذه الإشارات في وحدة التحكم على شكل أوامر يمكن للروبوت تنفيذها. فمثلاً، إذا كان الروبوت مصممًا للتوقف عند اقترابه من حافة سطح معين، فإن مستشعر المسافة الموجود في مقدمة الروبوت يُرسل إشارة كهربائية بمجرد أن يقترب من الحافة، ويترجم هذا إلى إشارة كهربائية تأمر المحرك بالتوقف.<br />خلاصة<br />بفضل الكهرباء، تستطيع الروبوتات التحرك، والتفاعل مع بيئاتها، وتنفيذ المهام المطلوبة منها بكفاءة. يتضح دور الكهرباء في كل خطوة من تصميم وتشغيل الروبوتات، بدءاً من تزويدها بالطاقة، وتحويلها إلى حركات دقيقة، وانتهاءً بالتحكم في أجهزتها الإلكترونية وأجهزة الاستشعارِ.<br />