نبذة عن علم الروبوتات

يُقدّم المخطط التالي كملخص ودليل موضوعي لعلم الروبوتات :

علم الروبوتات فرع من فروع الهندسة الميكانيكية والكهربائية وعلوم الحاسوب، يُعنى بتصميم الروبوتات وبنائها وتشغيلها وتطبيقاتها، بالإضافة إلى أنظمة الحاسوب الخاصة بالتحكم بها، وتلقي البيانات الحسية، ومعالجة المعلومات. وتتناول هذه التقنيات الآلات المؤتمتة التي يمكنها أن تحل محل البشر في البيئات الخطرة أو عمليات التصنيع، أو أن تحاكي البشر في المظهر والسلوك والإدراك. ويستوحي العديد من روبوتات اليوم تصميمها من الطبيعة، مما يُسهم في مجال الروبوتات المستوحاة من الطبيعة.

تم تقديم كلمة "روبوت" للجمهور من قبل الكاتب التشيكي كارل تشابيك في مسرحيته RUR (روبوتات روسوم العالمية) ، التي نُشرت عام 1920. وقد صاغ إسحاق أسيموف مصطلح "الروبوتات" في قصته القصيرة للخيال العلمي " الكاذب! " عام 1941. [ 1 ]

طبيعة الروبوتات

يمكن وصف علم الروبوتات على النحو التالي:

فروع الروبوتات

  • التحكم التكيفي هو أسلوب تحكم يستخدمه جهاز تحكم يجب أن يتكيف مع نظام خاضع للتحكم ذي معايير متغيرة أو غير مؤكدة في البداية. على سبيل المثال، أثناء تحليق الطائرة، تتناقص كتلتها تدريجيًا نتيجة استهلاك الوقود؛ لذا يلزم وجود قانون تحكم يتكيف مع هذه الظروف المتغيرة.
  • الروبوتات الجوية تطوير المركبات الجوية غير المأهولة (UAVs)، والمعروفة باسم الطائرات بدون طيار، وهي طائرات لا يوجد على متنها طيار بشري. يتم التحكم في طيرانها إما بشكل مستقل بواسطة أجهزة كمبيوتر موجودة على متنها أو عن طريق التحكم عن بعد بواسطة طيار على الأرض أو في مركبة أخرى.
  • علم الروبوتات - إطار متعدد التخصصات لدراسة التفاعل البشري والإدراك بناءً على فرضية أن الروبوت الشبيه بالإنسان (أي الروبوت) يمكنه استثارة استجابات اجتماعية موجهة نحو الإنسان لدى البشر.
  • علم الروبوتات البشرية - علم تطوير ودراسة الروبوتات التي تشبه الإنسان كليًا أو بطريقة ما.
  • الذكاء الاصطناعي ذكاء الآلات وفرع من علوم الحاسوب يهدف إلى ابتكاره.
  • الشبكات العصبية الاصطناعية - نموذج رياضي مستوحى من الشبكات العصبية البيولوجية.
  • السيارة ذاتية القيادة - مركبة ذاتية القيادة قادرة على القيام بمهام نقل البشر التي تقوم بها السيارة التقليدية
  • الروبوتات البحثية المستقلة
  • الشبكة البايزية
  • الروبوتات BEAM - نمط من الروبوتات يستخدم في المقام الأول دوائر تناظرية بسيطة بدلاً من المعالج الدقيق من أجل إنتاج تصميم بسيط بشكل غير عادي (مقارنة بالروبوتات المتنقلة التقليدية) يضحي بالمرونة من أجل المتانة والكفاءة في أداء المهمة التي صُمم من أجلها.
  • الروبوتات القائمة على السلوك - فرع من الروبوتات يتضمن الذكاء الاصطناعي المعياري أو القائم على السلوك (BBAI).
  • الروبوتات المستوحاة من الطبيعة - صناعة روبوتات مستوحاة من الأنظمة البيولوجية. يُخلط أحيانًا بين المحاكاة الحيوية والتصميم المستوحى من الطبيعة. المحاكاة الحيوية هي نسخ الطبيعة، بينما التصميم المستوحى من الطبيعة هو التعلم منها وابتكار آلية أبسط وأكثر فعالية من النظام الموجود في الطبيعة.
  • المحاكاة الحيوية انظر علم المحاكاة الحيوية .
  • الروبوتات البيومورفية - فرع من فروع الروبوتات يركز على محاكاة الآليات وأنظمة الاستشعار وهياكل الحوسبة والمنهجيات التي تستخدمها الحيوانات.
  • علم الأحياء - المعروف أيضًا باسم المحاكاة الحيوية، أو الإدراك الحيوي، أو المحاكاة الحيوية، أو هندسة الإبداع الحيوي - هو تطبيق الأساليب والأنظمة البيولوجية الموجودة في الطبيعة لدراسة وتصميم الأنظمة الهندسية والتكنولوجيا الحديثة.
  • علم الروبوتات الحيوية - دراسة كيفية صنع روبوتات تحاكي أو تضاهي الكائنات الحية ميكانيكيًا أو حتى كيميائيًا.
  • الروبوتات السحابية - هي مجال من مجالات الروبوتات يحاول استحضار تقنيات السحابة مثل الحوسبة السحابية والتخزين السحابي وتقنيات الإنترنت الأخرى التي تتمحور حول فوائد البنية التحتية المتقاربة والخدمات المشتركة للروبوتات.
  • الروبوتات المعرفية - تنظر إلى الإدراك الحيواني كنقطة انطلاق لتطوير معالجة المعلومات الروبوتية، على عكس تقنيات الذكاء الاصطناعي التقليدية.
  • التجميع
  • علم الأعصاب الحاسوبي - دراسة وظائف الدماغ من حيث خصائص معالجة المعلومات للهياكل التي تشكل الجهاز العصبي.
  • التحكم في الروبوتات - دراسة التحكم في الروبوتات
  • مؤتمرات الروبوتات
  • تقنيات استخراج البيانات
  • درجات الحرية في الميكانيكا، تُعرَّف درجة الحرية (DOF) لنظام ميكانيكي بأنها عدد المعاملات المستقلة التي تحدد تكوينه. وهي عدد المعاملات التي تحدد حالة النظام الفيزيائي، وتُعدّ مهمة لتحليل أنظمة الأجسام في الهندسة الميكانيكية، وهندسة الطيران، والروبوتات، والهندسة الإنشائية.
  • الروبوتات التنموية منهجية تستخدم استعارات من التطور العصبي وعلم النفس التنموي لتطوير العقل اللازم للروبوتات المستقلة
  • التحكم الرقمي - فرع من نظرية التحكم يستخدم أجهزة الكمبيوتر الرقمية للعمل كوحدات تحكم في النظام.
  • معالجة الصور الرقمية - استخدام خوارزميات الكمبيوتر لإجراء معالجة الصور الرقمية.
  • تقليل الأبعاد - عملية تقليل عدد المتغيرات العشوائية قيد الدراسة، ويمكن تقسيمها إلى اختيار الميزات واستخراج الميزات.
  • الروبوتات الموزعة
  • التحكم الإلكتروني في الثبات - هو تقنية محوسبة تعمل على تحسين سلامة ثبات السيارة من خلال اكتشاف وتقليل فقدان الجر (الانزلاق).
  • الحوسبة التطورية
  • الروبوتات التطورية منهجية تستخدم الحوسبة التطورية لتطوير وحدات تحكم للروبوتات المستقلة
  • مرشح كالمان الموسع
  • دوال التوزيع المرنة
  • التحكم والتنظيم بالتغذية الراجعة
  • التفاعل بين الإنسان والحاسوب دراسة وتخطيط وتصميم التفاعل بين الأشخاص (المستخدمين) وأجهزة الحاسوب
  • التفاعل بين الإنسان والروبوت دراسة للتفاعلات بين البشر والروبوتات
  • تشمل تقنيات المركبات الذكية الأجهزة الإلكترونية والكهروميكانيكية والكهرومغناطيسية - وعادة ما تكون مكونات سيليكونية دقيقة الصنع تعمل بالتزامن مع أجهزة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية لتوفير وظائف التكرار الدقيق (كما هو الحال في أنظمة الذكاء الاصطناعي الروبوتية) والتحقق من صحة التحذير في حالات الطوارئ وإعادة بناء الأداء .
  • علم الحركة دراسة الحركة ، وتطبيقاتها في مجال الروبوتات. يشمل ذلك تصميم الوصلات اللازمة لأداء الحركة، وقوتها، والتحكم فيها، واستقرارها؛ بالإضافة إلى تخطيطها، مثل اختيار سلسلة من الحركات لإنجاز مهمة أوسع.
  • الروبوتات المختبرية استخدام الروبوتات في مختبرات علم الأحياء أو الكيمياء
  • التعلم الآلي تعلم أداء مهام مثل تجنب العوائق والتحكم والعديد من المهام الأخرى المتعلقة بالحركة
  • واجهة التفاعل المباشر في علوم الحاسوب، يُعد التفاعل المباشر أسلوبًا للتفاعل بين الإنسان والحاسوب، يتضمن تمثيلًا مستمرًا للأشياء ذات الأهمية، وإجراءات سريعة وقابلة للعكس وتدريجية، بالإضافة إلى التغذية الراجعة. والهدف من ذلك هو تمكين المستخدم من التفاعل المباشر مع الأشياء المعروضة عليه، باستخدام إجراءات تُحاكي العالم المادي ولو بشكلٍ جزئي.
  • التعلم المتعدد
  • الروبوتات الدقيقة مجال من مجالات الروبوتات المصغرة، ولا سيما الروبوتات المتحركة ذات الأبعاد المميزة التي تقل عن 1  مم
  • تخطيط الحركة - (المعروف أيضًا باسم "مشكلة الملاحة" أو "مشكلة ناقل البيانو") هو مصطلح يستخدم في علم الروبوتات لوصف عملية تقسيم مهمة ما إلى حركات منفصلة.
  • التحكم الحركي - الأنشطة المتعلقة بمعالجة المعلومات التي يقوم بها الجهاز العصبي المركزي والتي تنظم الجهاز العضلي الهيكلي لإنشاء حركات منسقة وأفعال ماهرة.
  • الروبوتات النانوية - مجال التكنولوجيا الناشئ الذي يقوم بإنشاء آلات أو روبوتات تكون مكوناتها على مقياس النانومتر أو قريبة منه (10−9 متر).
  • الديناميكيات السلبية - تشير إلى السلوك الديناميكي للمشغلات أو الروبوتات أو الكائنات الحية عندما لا تستمد الطاقة من مصدر ما (مثل البطاريات أو الوقود أو ATP).
  • البرمجة عن طريق العرض التوضيحي - أسلوب تطوير المستخدم النهائي لتعليم الكمبيوتر أو الروبوت سلوكيات جديدة من خلال عرض المهمة المراد نقلها مباشرة بدلاً من برمجتها من خلال أوامر الآلة.
  • الروبوتات الكمومية مجال فرعي من الروبوتات يهتم باستخدام الحواسيب الكمومية لتشغيل خوارزميات الروبوتات بسرعة أكبر من سرعة الحواسيب الرقمية . [ 2 ]
  • النماذج الأولية السريعة - هي عملية بناء آلية للأجسام المادية باستخدام التصنيع الإضافي انطلاقًا من نماذج افتراضية في برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، حيث يتم تحويلها إلى مقاطع عرضية أفقية افتراضية رقيقة، ثم إنتاج طبقات متتالية حتى اكتمال المنتج. اعتبارًا من يونيو 2011، تُستخدم هذه التقنية لصنع النماذج الأولية، وأجزاء النماذج الأولية، وأجزاء الإنتاج بكميات صغيرة نسبيًا.
  • التعلم المعزز - وهو مجال من مجالات التعلم الآلي في علوم الحاسوب، يهتم بكيفية قيام العامل باتخاذ الإجراءات في بيئة ما من أجل تعظيم مفهوم معين للمكافأة التراكمية.
  • علم حركيات الروبوت - يطبق الهندسة على دراسة حركة السلاسل الحركية متعددة درجات الحرية التي تشكل بنية الأنظمة الروبوتية.
  • حركة الروبوتات - اسم جماعي للطرق المختلفة التي تستخدمها الروبوتات لنقل نفسها من مكان إلى آخر.
  • برمجة الروبوتات
  • رسم الخرائط الروبوتية الهدف من الروبوت المستقل هو أن يكون قادراً على إنشاء (أو استخدام) خريطة أو مخطط أرضي وتحديد موقعه فيه
  • الجراحة الروبوتية - الجراحة بمساعدة الكمبيوتر، والجراحة بمساعدة الروبوت هي مصطلحات للتطورات التكنولوجية التي تستخدم الأنظمة الروبوتية للمساعدة في العمليات الجراحية.
  • أجهزة الاستشعار - (وتسمى أيضًا الكاشف) هي محول يقيس كمية فيزيائية ويحولها إلى إشارة يمكن قراءتها بواسطة مراقب أو بواسطة أداة (إلكترونية في الغالب اليوم).
  • تحديد الموقع ورسم الخرائط في آن واحد - وهي تقنية تستخدمها الروبوتات والمركبات ذاتية القيادة لإنشاء خريطة داخل بيئة غير معروفة (بدون معرفة مسبقة)، أو لتحديث خريطة داخل بيئة معروفة (مع معرفة مسبقة من خريطة معينة)، مع تتبع موقعها الحالي في نفس الوقت.
  • هندسة البرمجيات - تطبيق نهج منهجي ومنضبط وقابل للقياس الكمي لتصميم وتطوير وتشغيل وصيانة البرمجيات، ودراسة هذه المناهج؛ أي تطبيق الهندسة على البرمجيات.
  • الروبوتات الفضائية - الروبوتات التي تعمل في الفضاء، والتي يمكن تمييزها عن المركبات الفضائية الأخرى، مثل الأقمار الصناعية ومسبارات التحليق، من خلال قدرتها على الحركة والاستقلالية.
  • معالجة الكلام هي دراسة إشارات الكلام وطرق معالجتها. تُعالج هذه الإشارات عادةً بصيغة رقمية، لذا يمكن اعتبار معالجة الكلام حالة خاصة من معالجة الإشارات الرقمية، تُطبق على إشارات الكلام. تشمل جوانب معالجة الكلام اكتساب إشارات الكلام الرقمية ومعالجتها وتخزينها ونقلها وإخراجها.
  • آلات المتجهات الداعمة - نماذج التعلم الخاضعة للإشراف مع خوارزميات التعلم المرتبطة بها والتي تحلل البيانات وتتعرف على الأنماط، وتستخدم في التصنيف وتحليل الانحدار.
  • الروبوتات الجماعية تتضمن أعدادًا كبيرة من الروبوتات المادية البسيطة في الغالب. وقد تسعى أفعالها إلى دمج السلوك الناشئ الذي لوحظ في الحشرات الاجتماعية ( ذكاء السرب ).
  • التواجد عن بعد - يشير إلى مجموعة من التقنيات التي تسمح للشخص بالشعور كما لو كان موجودًا، أو إعطاء مظهر التواجد، أو إحداث تأثير، عبر الروبوتات عن بعد، في مكان آخر غير موقعه الحقيقي.
  • الروبوتات المنتشرة دمج تقنيات الروبوتات مع التقنيات من مجالات الحوسبة المنتشرة والواسعة الانتشار ، وشبكات الاستشعار ، والذكاء المحيطي .

الحقول المساهمة

يشتمل علم الروبوتات على جوانب من العديد من التخصصات، بما في ذلك الإلكترونيات والهندسة والميكانيكا والبرمجيات والفنون . ويعتمد تصميم الروبوتات والتحكم بها على معارف من مجالات متعددة، منها :

الروبوتات

الروبوت هو آلة - وخاصة تلك القابلة للبرمجة بواسطة الحاسوب - قادرة على تنفيذ سلسلة معقدة من الإجراءات تلقائيًا. يمكن توجيه الروبوت بواسطة جهاز تحكم خارجي، أو قد يكون التحكم مدمجًا داخله.

أنواع الروبوتات

الروبوتات المستقلة الروبوتات التي لا يتحكم بها البشر:

حسب طريقة الحركة

يمكن تصنيف الروبوتات المتنقلة حسب:

مكونات الروبوت وميزات التصميم

  • المُشغِّل محرك يُحوِّل إشارات التحكم إلى حركة ميكانيكية. عادةً ما تكون إشارات التحكم كهربائية، ولكن في حالات نادرة، قد تكون هوائية أو هيدروليكية. وبالمثل، قد يكون مصدر الطاقة أيًا من هذه المصادر. من الشائع استخدام التحكم الكهربائي لتعديل محرك هوائي أو هيدروليكي عالي القدرة. [ 5 ] [ 6 ]
  • روبوت دلتا وصلة ثلاثية الأرجل، يستخدم لبناء أذرع آلية سريعة الحركة ذات نطاق حركة واسع.
  • طاقة التشغيل مصدر أو مصادر الطاقة لمحركات الروبوت. [ 6 ]
  • أداة النهاية - جهاز أو أداة ملحقة مصممة خصيصًا للتركيب على معصم الروبوت أو لوحة تثبيت الأدوات لتمكين الروبوت من أداء مهمته المقصودة. (قد تشمل الأمثلة: الملقط، مسدس اللحام النقطي، مسدس اللحام القوسي، مسدس رش الطلاء، أو أي أدوات تطبيق أخرى.) [ 6 ]
  • الاستدلال الأمامي - عملية يتم فيها أخذ الأحداث أو البيانات المستلمة في الاعتبار من قبل كيان ما لتكييف سلوكه بذكاء. [ 5 ]
  • تقنية اللمس - تقنية ردود الفعل اللمسية التي تستخدم حاسة اللمس لدى المشغل. كما يتم تطبيقها أحيانًا على أذرع الروبوت التي تتمتع بحساسية لمس خاصة بها.
  • المنصة السداسية الأرجل ( Hexapod ) منصة متحركة تستخدم ستة محركات خطية . تُستخدم غالبًا في أجهزة محاكاة الطيران وألعاب الملاهي ، ولها أيضًا تطبيقات كذراع آلية.
انظر منصة ستيوارت
  • الهيدروليكاالتحكم في القوة الميكانيكية والحركة، الناتجة عن تطبيق سائل تحت ضغط.انظر: علم الهواء المضغوط .
  • مرشح كالمان تقنية رياضية لتقدير قيمة قياس المستشعر، من سلسلة من القيم المتقطعة والضوضائية.
  • وصلة كلان وصلة بسيطة للروبوتات المتحركة .
  • ذراع آلية -ماسك. "يد" آلية.
  • كتم الصوت تعطيل جهاز استشعار الوجود والحماية خلال جزء من دورة الروبوت. [ 6 ]
  • وحدة التحكم المحمولة - أي جهاز تحكم محمول يسمح للمشغل بالتحكم في الروبوت من داخل الحيز المحدود (المساحة) الخاص بالروبوت. [ 6 ]
  • علم الهواء المضغوطالتحكم في القوة الميكانيكية والحركة، الناتجة عن تطبيق الغاز المضغوط.انظر علم الهيدروليكا .
  • محرك سيرفو - محرك يتحرك إلى وضع محدد ويحافظ عليه بناءً على أمر، بدلاً من التحرك باستمرار
  • نظام المؤازرة جهاز أوتوماتيكي يستخدم التغذية الراجعة السلبية لاستشعار الأخطاء لتصحيح أداء الآلية
  • نقطة تحكم واحدة - القدرة على تشغيل الروبوت بحيث يكون بدء حركة الروبوت من مصدر تحكم واحد ممكنًا فقط من ذلك المصدر ولا يمكن تجاوزه من مصدر آخر [ 6 ].
  • التحكم في السرعة البطيئة - نمط للتحكم في حركة الروبوت حيث يتم تقييد سرعة الروبوت للسماح للأشخاص بوقت كافٍ إما لسحب الحركة الخطرة أو إيقاف الروبوت [ 6 ].
  • المحرك الخطوي محرك تُقسّم دورة دورانه إلى فترات تُسمى "خطوات". يمكن للمحرك بعد ذلك الدوران عبر عدد مُتحكم به من الخطوات، مما يسمح بمعرفة دقيقة للمسافة التي قطعها.
  • منصة ستيوارت -منصة متحركة تستخدم ستةمحركات خطية، ولذلك تُعرف أيضًا باسممنصة سداسية الأرجل
  • هندسة التضمين هندسة روبوتية تستخدم تصميمًا معياريًا من الأسفل إلى الأعلى ، بدءًا من المهام السلوكية الأقل تعقيدًا
  • وضع التعليم - حالة التحكم التي تسمح بتوليد وتخزين نقاط البيانات الموضعية الناتجة عن تحريك ذراع الروبوت من خلال مسار الحركات المقصودة [ 6 ].

روبوتات محددة

الروبوتات الحقيقية حسب المنطقة

روبوتات من أستراليا
روبوتات من بريطانيا
روبوتات من كندا
روبوتات من الصين
روبوتات من كرواتيا
روبوتات من جمهورية التشيك
روبوتات من فرنسا
روبوتات من ألمانيا
روبوتات من إيطاليا
روبوتات من اليابان
روبوتات من المكسيك
روبوتات من هولندا
روبوتات من نيوزيلندا
روبوتات من البرتغال
روبوتات من قطر
روبوتات من روسيا (أو الاتحاد السوفيتي السابق)
روبوتات من كوريا الجنوبية
روبوتات من إسبانيا
روبوتات من سويسرا
روبوتات من الولايات المتحدة
روبوتات من فيتنام
الروبوتات الدولية

الروبوتات الخيالية حسب المنطقة

روبوتات خيالية من المملكة المتحدة
من الأدب البريطاني
من الإذاعة البريطانية
من التلفزيون البريطاني
روبوتات خيالية من جمهورية التشيك
من المسرحيات التشيكية
روبوتات خيالية من فرنسا
من عروض الباليه الفرنسية
من الأدب الفرنسي
روبوتات خيالية من ألمانيا
من فيلم ألماني
من الأدب الألماني
روبوتات خيالية من اليابان
من الأنمي
من المانجا
روبوتات خيالية من الولايات المتحدة
من القصص المصورة الأمريكية
من فيلم أمريكي
من الأدب الأمريكي
من التلفزيون الأمريكي

تاريخ الروبوتات

مستقبل الروبوتات

تطوير الروبوتات وأدوات التطوير

مبادئ الروبوتات

شركات الروبوتات

منظمة الروبوتات

مسابقات الروبوتات

مسابقة الروبوتات

شخصيات مؤثرة في مجال الروبوتات

انظر أيضاً

مراجع

  1. وفقًا لقاموس أكسفورد الإنجليزي ، تم استخدام مصطلح "الروبوتات" لأول مرة في القصة القصيرة "الكاذب!" التي نُشرت في عدد مايو 1941 من مجلة الخيال العلمي المذهل.
  2. تاندون، براتيك (2017). الروبوتات الكمومية . دار مورغان وكلايبول للنشر. رقم ISBN 978-1627059138.
  3. ف. دانيال هانت (1983)، "الملحق أ - مسرد المصطلحات" ، دليل الروبوتات الصناعية ، دار النشر الصناعية، رقم ISBN 978-0-8311-1148-9
  4. هيلينا دومين (2006)، "مسرد المصطلحات" ، الروبوتات ، منشورات ليرنر، رقم ISBN 978-0-8225-2112-9
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 جوزيف أ. أنجيلو (2007). الروبوتات: دليل مرجعي للتكنولوجيا الجديدة . مكتبات غير محدودة. الصفحات 258-327 . ISBN  978-1-57356-337-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يناير 2011 .
  6. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ ٩ ١٠ ١١ ١٢ ١٣ ١٤ "دليل السلامة المهنية - القسم الرابع: الفصل ٤ - الروبوتات الصناعية وسلامة أنظمة الروبوتات" . إدارة السلامة والصحة المهنية . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٨ يناير ٢٠١١ .
  7. مسار السكة الحديدية والمسار الخطي (ملف PDF)
  8. "تحسين المحادثات الشبيهة بالبشر في الروبوتات الشبيهة بالبشر" .
  9. "عرض توضيحي لروبوت إيبوكي الشبيه بالطفل" . 31 يوليو 2018.
  10. "إيبوكي - تنفس الحياة -" . يوتيوب . 30 يوليو 2018.
  11. "تحدي داربا للروبوتات (DRC)" . مؤرشف من الأصل في 20 يناير 2013. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2013 .
بحث