الكاتب: نعمان منذر نعمان

الأستاذ المشرف: د. ابراهيم النعيمي



تستخدم الأذرع الآلية المتلاعبة (بالانجليزية: Manipulators)على نطاق واسع في العديد من المجالات الصناعية والفضائية والطبية ويستخدم أيضًا في العمليات تحت الماء، يأخذ مكانةً كبيرةً في العديد من التطبيقات الصناعية مثل عمليات الختم، والحقن، والتشكيل وخطوط التجميع، والطباعة ثلاثية الأبعاد.

ويكاد لا يخلو أي مصنع من وجود هذه الأذرع الآلية فهي تعد عنصرًا أساسيًا في التصنيع؛ حيث توفر السرعة والدقة في الأدء وبسبب تعدد المهام المطلوبة من هذه الذراع الآلية فقد أخذت حيزًا مهمًا في البحوث العلمية التي سُخرت لأجل تطويرها واستحداث أنواع جديدة منها.

تصنيف الأذرع الآلية المتلاعبة

وقد قُسِّم هذا النوع من الروبوتات إلى نوعين هما: الأذرع الآلية التقليدية المتسلسلة وتعاني من العديد من المشاكل التقنية التي تحد من وظائفها بما في ذلك سرعتها المنخفضة، وتراكم الأخطاء والأعطال الكثيرة. وقد وجهت جهود بحثية كبيرة نحو تصميم وتنفيذ الروبوتات المتلاعبة الحركية المتوازية. وتعتمد بشكل أساسي على نظرية الحركة المجردة، وتمتلك العديد من الخصائص مثل، سرعة عالية واستجابة ديناميكية سريعة، وخطأ شبه معدوم. وأنها عادة ما تستخدم كبديل من الأذرع الآلية المتسلسلة التقليدية.[1]

مكونات الذراع الآلية المتوازية

تتألف الأذرع الآلية المتلاعبة المتوازية من مفاصل ووصلات ويكون عدد هذه المفاصل غالبًا سِتُّ مفاصل. ويربط في كل مفصلين محرك كهربائي إضافة إلى علبة سرعات، لتخفيض مقدار السرعة الدورانية للمحرك وزيادة العزم الناتج منه، وتربط كل وصلتين بمفصل حيث يربط من البداية في المحرك الكهربائي ونهايتهم جميعًا ببعضهم البعض بما يعرف بنهاية الذراع العاملة (بالانجليزية: End effector)، وكل محرك كهربائي له جهاز حساس لقياس السرعة والمسافة التي دارها حيث يرسل الحساس البيانات الى السواقة الكهربائي (بالإنجليزية: Driver) للتأكد من صحة المسافة والسرعة والتسارع المقطوعين.[2]

وتربط جميع السواقات بمتحكمة دقيقة مبرمجة للتحكم بها عن طريق إرسالها نبضات وإشارات كهربائية وتربط هذه المتحكمة بحاسوب للتحكم بهما وإرسال البيانات المناسبة على شكل معلومات وبيانات رقمية.

ويحيط بالأذرع الآلية هيكل معدني لحمله وحمايته وعلبة تحتوي على جميع الأجهزة الدقيقة مثل السواقات والمتحكمات الدقيقة.

التحكم بالأذرع الآلية المتلاعبة المتوازية

يوجد الكثير من الطرق للتحكم بالأذرع الآلية المتوازية وأشهرها هي نظرية الحركة المجردة (بالإنجليزية: Kinematics) حيث يتم وصف الإحداثيات بزوايا حركية وتقسم إلى نوعين:

  1. الحركة المجردة الأمامية (Forward Kinematic): وتقوم على تحويل الزوايا الحركية إلى إحداثيات ديكارتية (س ص ع).
  2. الحركة المجردة العكسية (Inverse Kinematic): وتقوم بتحويل الإحداثيات الديكادرية إلى زوايا حركية.[3]

وفي الأذرع الآلية المتلاعبة يتم استخدام كلا النوعين معًا حيث يتم استخدام الحركة المجردة العكسية لتحريك الذراع إلى الإحداثيات الصحيحة وتستخدم الحركة الأمامية للتأكد من صحة هذه الاحداثيات عن طريق قياس الزوايا من الإحساسات وتحويلها إلى إحداثيات ديكارتية للتأكد من صحة موقع الأذرع.

مهام الأذرع الآلية المتوازية المتعددة المهام

إن ميزة عمل هذا الروبوت هي بوجود مصدر مفتوح من البرامج القابلة للتعديل والتحسين عليها لتلائم متطلب العمل المرغوب وقد تم برمجة هذه الأذرع للقيام بعملية التقاط والنقل إلى الموقع الصحيح باستخدام المعالجة الصورية ثلاثية الأبعاد.

تسلسل عمل الروبوت

  1. تشغيل النظام وتثبيت المحركات الكهربائية على نقطة البداية الصحيحة.
  2. إزاحة الأذرع إلى نقطة بعيدة لفتح المجال أمام الكاميرا للتصوير وتحديد الموقع.
  3. أخذ صورة لمنطقة العمل وتحديد إحداثيات الهدف والموقع النهائي.
  4. إرسال الذراع إلى إحداثيات الهدف.
  5. التقاط الهدف بواسطة المغناطيس الكهربائي المتصل أسفل الذراع.
  6. نقل الهدف إلى الموقع النهائي.
  7. العودة إلى نقطة البداية.

 


المصادر والمراجع

[1] Z. Pandilov and V. Dukovski, ” Comparison of the characteristics between serial and parallel robots “, Acta Technical Corvininesis – Bulletin of Engineering, vol. 7, no. 1, pp. 143-160, 2014.

[2] Tsai, L.W., 1999. Robot analysis: the mechanics of serial and parallel manipulators. John Wiley & Sons.

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Forward_kinematics