Transcript تقنيات التحكم الرقمي والروبوت

‫تقنيات التحكم الرقمي والروبوت‬
‫الرئيس أوباما مع الروبوت‬
‫برنامج لتعليم األطفال لتقنية الروبوت‬
‫نادي الروبوت التعليمي‬
‫مسابقات الروبوت في اململكة‬
‫‪ -1‬مسابقة ‪VEX‬‬
‫لبرمجة وتصميم الروبوت‪.‬‬
‫‪ -2‬مسابقة ‪.Bioloid‬‬
‫‪ -3‬مسابقة ‪.FIRST LEGO‬‬
‫املفاهيم‬
‫الخاطئة‬
‫عــن‬
‫الروبوت‬
‫• أن الروبوت هو آلة ميكانيكية في‬
‫صورة إنسان بشري‪.‬‬
‫• آلة ذات قوة خارقة أقوى من‬
‫اإلنسان وانه سيكون عدو خطير في‬
‫املستقبل‪.‬‬
‫• بعض أفالم الخيال العلمي تصور‬
‫الروبوتات كأنها آلهة‪ ،‬وتكسبها‬
‫قدرات خارقة‪ ،‬أو أنها ذات مستويات‬
‫ذكاء أعلى من ذكاء البشر‪ ،‬أو أنها‬
‫تمتلك املشاعر واألحاسيس‪.‬‬
‫إذا ما هو‬
‫تعريف الروبوت‬
‫تعريف الروبوت‬
‫توجد عدة تعريفات‪ ،‬لعل أنسبها أن الروبوت هو‪:‬‬
‫ً‬
‫جهاز ميكانيكي متحكم به إلكترونيا‪ ،‬يقوم بتنفيذ‬
‫ً‬
‫األعمال بدال عن اإلنسان‪.‬‬
‫ً‬
‫سجل التاريخ أول روبوت صناعي استخدم فعليا في املصنع أطلق‬
‫عليه اسم (يونيمايت) )‪ (UNIMATE‬تبع ذلك تطويرات كثيرة ‪.‬‬
‫الروبوت‬
‫في العالم‬
‫الحقيقي‬
‫التطبيقات الصناعية أو الروبوت الصناعي‬
‫استكشاف األماكن البعيدة‬
‫تنفيذ املهام الخطرة‬
‫التطبيقات العسكرية واألمنية‬
‫الروبوت وعالم التسلية والترفيه‬
‫التطبيقات الصناعية أو الروبوت الصناعي‬
‫التطبيقات الصناعية أو الروبوت الصناعي‬
‫تبرز أهمية الروبوتات في خطوط اإلنتاج في التالي‪:‬‬
‫‪ )1‬ثبات مستوى الجودة‪.‬‬
‫‪ )2‬ثبات مستوى اإلنتاجية‪.‬‬
‫‪ )3‬تخفيض التكلفة‪.‬‬
‫‪ ) 3‬العمل اآلمن في الظروف الخطرة ‪.‬‬
‫التطبيقات الصناعية أو الروبوت الصناعي‬
‫ينبغي اإلشارة إلى أن استخدام الروبوتات في املصانع‬
‫له بعض السلبيات التي تتلخص في التالي‪:‬‬
‫‪ )1‬ارتفاع التكلفة التأسيسية‪.‬‬
‫‪ )2‬الحاجة إلى خبرات أعلى‪.‬‬
‫‪ )3‬الحاجة إلى خطة تقنية كاملة‪.‬‬
‫استكشاف األماكن البعيدة‬
‫ً ً‬
‫تؤدي الربوتات دورا هاما في عمليات استكشاف األماكن البعيدة التي يصعب على‬
‫اإلنسان الوصول إليها‪.‬‬
‫تنفيذ املهام الخطرة‬
‫أمثلة ‪:‬‬
‫‪ )1‬عمليات إطفاء الحرائق‬
‫التي ينتج عنها تسرب غازات‬
‫سامة‪.‬‬
‫‪ )2‬البحث عن املتفجرات‬
‫والقنابل وتدميرها‪.‬‬
‫‪ )3‬التعامل مع املواد املشعة‪.‬‬
‫‪ )4‬تعقيم األماكن امللوثة‬
‫باألمراض املعدية أو املواد‬
‫الكيماوية‪.‬‬
‫التطبيقات العسكرية واألمنية‬
‫‪ (1‬عمليات املراقبة واالستكشاف ولك بتزويدها بالكاميرات واجهزة االستشعار‪.‬‬
‫‪ (2‬عمليات التجسس من خالل تزويدها بكاميرات التجسس واجهزة التصنت‪.‬‬
‫‪ (3‬العمليات القتالية في حال تزويدها باالسلحة القتالية‪.‬‬
‫الروبوت وعالم التسلية والترفيه‬
‫تمرين‬
‫ورقة عم ـ ـ ــل(‪)1‬‬
‫جماعي‬
‫‪ 8‬دقائق‬
‫ُ‬
‫ذكر في الكتاب أمثلة لتطبيقات الروبوت في مجاالت متعددة في العالم الحقيقي‪ .‬بالتعاون مع‬
‫أفراد مجموعتك أذكري مثال أضافي لكل تطبيق من التطبيقات الواردة‪.‬‬
‫م‬
‫التطبيق‬
‫‪1‬‬
‫التطبيقات الصناعية‬
‫‪2‬‬
‫استكشاف األماكن البعيدة‬
‫‪3‬‬
‫تنفيذ املهام الخطرة‬
‫‪4‬‬
‫التطبيقات العسكرية واألمنية‬
‫‪5‬‬
‫تطبيقات عالم التسلية والترفيه‬
‫مثال‬
‫التطبيق‬
‫مثال‬
‫التطبيقات‬
‫الصناعية‬
‫الروبوت في أعمال البناء والتشييد‪ِّ ،‬‬
‫يجنب العمال األشغال الصعبة‪ ،‬فهو يلحم املعادن‪ ،‬ويطلي الهياكل‪،‬‬
‫في االرتفاعات الشاهقة؛ ويفك ويجمع دعائم البناء‪ ،‬ويسوي الخرسانة وبعض األرضيات والحوائط‪،‬‬
‫وينقل مواد البناء‪ ،‬ويشق األنفاق‪ ،‬ويحفر تحت املاء‪ِّ ،‬‬
‫ويمدد أنابيب الصرف الصحي واملياه‪ ،‬في شبكات‬
‫ً‬
‫ً‬
‫املرافق‪ .‬ومن الروبوتات ما ينش ئ املساكن‪ ،‬التي القت قبوال واسعا‪ ،‬واستمت بارتفاع جودتها وقلة نفقتها‪.‬‬
‫استكشاف األماكن‬
‫البعيدة‬
‫مثل الروبوت املائي ذاتي التحكم ويتمكن من املسح املائي والولوج في األنابيب لفحصها من الداخل‪.‬‬
‫تنفيذ املهام الخطرة‬
‫الروبوت القادر على دخول بركان نشط لجمع معلومات أو مبنى مشتعل للبحث عن ضحايا‪.‬‬
‫ً‬
‫الروبوت ذو الذراع يقوم بالتعامل مع املعدن املذاب حفاظا على سالمة اإلنسان‪.‬‬
‫التطبيقات‬
‫العسكرية واألمنية‬
‫‪ .‬الروبوت الشرطي وهو روبوت يتم التحكم فيه عن بعد مزود بكاميرات أمامية وخلفية وضوء األشعة‬
‫تحت الحمراء ومكبر صوت للبحث عن املجرمين والعثور على أماكنهم دون تعريض حياة ضابط شرطة‬
‫للخطر‪.‬‬
‫تطبيقات عالم التسلية‬
‫والترفيه‬
‫ ربوت يمثلك في غيابك‬‫الروبوت املنزلي والذي يساهم في التنظيف وتنظيم املواعيد وقراءة القصص واألخبار ومتابعة األطفال‬‫وغيرها‬
‫تمرين‬
‫جماعي‬
‫‪ 8‬دقائق‬
‫ورقة عم ـ ـ ــل(‪)2‬‬
‫بعد قراءتك لتطبيقات الروبوت في العالم الحقيقي‪ ،‬وردت ايجابيات وسلبيات استخدام الروبوت‬
‫ضمن التطبيقات الصناعية‪ .‬بالتعاون مع أفراد مجموعتك نفذ التالي‪:‬‬
‫‪ -1‬أي من هذه اإليجابيات والسلبيات يمكن تعميمها على بقية املجاالت؟‬
‫‪-2‬هل يمكن اضافة إيجابيات وسلبيات أخرى الستخدام الروبوت في كافة املجاالت‪.‬‬
‫اإليجابيات‬
‫السلبيات‬
‫العمل في الظروف الخطرة‬
‫ارتفاع التكلفة التأسيسية‬
‫ثبات مستوى حودة العمل‬
‫الحاجة إلى خبرات أعلى‬
‫إنجاز أقصر للعمل‬
‫عدم القدرة على التفكير‬
‫مرونة وسهولة في البرمجة‬
‫إنعدام املشاعر واألحاسيس‬
‫تمرين‬
‫ورقة عم ـ ـ ــل(‪)3‬‬
‫جماعي‬
‫‪10‬دقائق‬
‫وفق التصنيف الياباني للروبوت الذي وضعته الجمعية اليابانية للروبوتات الصناعية‪ ،‬تتوزع‬
‫الروبوتات الى ست فئات‪ .‬بالتعاون مع أفراد مجموعتك صل العبارة في العمود األول بما يناسبها‬
‫في العمود الثاني‬
‫م‬
‫نوع الروبوت‬
‫آلية العمل‬
‫املصطلح‬
‫‪1‬‬
‫يتحكم به يدويا‬
‫‪1‬‬
‫‪Intelligent Robot‬‬
‫‪1‬‬
‫ُ‬
‫جميع الخطوات والعمليات تضمن في جهاز الحاسب وتنفذ‬
‫وفق تتابع مطلوب‬
‫‪2‬‬
‫ينفذ عمليات محددة التتابع‬
‫‪2‬‬
‫‪Numerical Control‬‬
‫‪Robot‬‬
‫‪2‬‬
‫يسجل ويحتفظ بالخطوات وينفذ الخطوات التي تعلمها عند‬
‫إعادة التشغيل‬
‫‪3‬‬
‫ينفذ عمليات متغيرة التتابع‬
‫‪3‬‬
‫‪Playback Robot‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫روبوت متعلم‬
‫‪4‬‬
‫‪Manual Control Devices‬‬
‫‪4‬‬
‫‪5‬‬
‫ربوت بتحكم رقمي‬
‫‪5‬‬
‫‪Fixed Sequence Robot‬‬
‫‪5‬‬
‫ينفذ عمليات متتالية ويمكن تغييرها دون الحاجة لتعديل‬
‫تصميم الروبوت‪.‬‬
‫ً‬
‫ينجز العمل املطلوب متكيفا مع الظروف املتغيرة في بيئة‬
‫العمل‬
‫‪6‬‬
‫ربوت ذكي‬
‫‪6‬‬
‫‪Variable Sequence‬‬
‫‪Robot‬‬
‫‪6‬‬
‫ينفذ عمليات متتالية ال يمكن تغييرها إال بتعديل تصميم‬
‫الروبوت‪.‬‬
‫يتم تشغيله وتحريكه بواسطة مشغل بشري‬
‫نوع الروبوت‬
‫م‬
‫آلية العمل‬
‫املصطلح‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫يتحكم به يدويا‬
‫‪2‬‬
‫ينفذ عمليات محددة التتابع‬
‫‪3‬‬
‫ينفذ عمليات متغيرة التتابع‬
‫‪4‬‬
‫روبوت متعلم‬
‫‪5‬‬
‫ربوت بتحكم رقمي‬
‫‪6‬‬
‫ربوت ذكي‬
‫‪1‬‬
‫‪Intelligent Robot‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Numerical Control‬‬
‫‪Robot‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫‪5‬‬
‫‪6‬‬
‫‪Playback Robot‬‬
‫‪Manual Control Devices‬‬
‫‪Fixed Sequence Robot‬‬
‫‪Variable Sequence‬‬
‫‪Robot‬‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫‪5‬‬
‫‪6‬‬
‫ُ‬
‫جميع الخطوات والعمليات تضمن في جهاز الحاسب وتنفذ وفق تتابع‬
‫مطلوب‬
‫يسجل ويحتفظ بالخطوات وينفذ الخطوات التي تعلمها عند إعادة‬
‫التشغيل‬
‫يتم تشغيله وتحريكه بواسطة مشغل بشري‬
‫ينفذ عمليات متتالية ويمكن تغييرها دون الحاجة لتعديل تصميم‬
‫الروبوت‪.‬‬
‫ً‬
‫ينجز العمل املطلوب متكيفا مع الظروف املتغيرة في بيئة العمل‬
‫ينفذ عمليات متتالية ال يمكن تغييرها إال بتعديل تصميم الروبوت‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪5‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪3‬‬
‫‪6‬‬
‫‪4‬‬
‫‪6‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫تصنيف الروبوتات‬
‫(وفق الجمعية اليابانية للروبوتات الصناعية)‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫ً‬
‫الفئة ‪ :1‬أجهزة يتحكم بها يدويا )‪ .(Manual handling devices‬ويتمتع الجهاز بدرجات متعددة من‬
‫حرية الحركة‪ ،‬ولكن يتم تشغيله وتحريكه بواسطة مشغل بشري‪.‬‬
‫الفئة ‪ :2‬روبوت لتنفيذ عمليات محددة التتابع )‪ .(Fixed sequence robot‬ويقوم الجهاز هنا بتنفيذ‬
‫ً‬
‫عمليات متتالية وفق تتابع أو خطة عمل تكون جزءا من تكوين الجهاز‪ .‬ويصعب ضمن هذه الفئة تغيير ما‬
‫يقوم به الروبوت إال من خالل تعديل تصميم وبنية الروبوت‪.‬‬
‫الفئة ‪ :3‬روبوت لتنفيذ عمليات متغيرة التتابع )‪ .(Variable sequence robot‬ويقوم الجهاز بتنفيذ‬
‫عمليات متتالية وفق تتابع أو خطة عمل مع إمكانية تغيير التتابع أو خطة العمل بعد بذل بعض الجهد دون‬
‫الحاجة إلى تعديل تصميم وبنية الروبوت‪.‬‬
‫الفئة ‪ :4‬الروبوت املتعلم )‪ .(Playback robot‬ويمكن للروبوت هنا أن يكون في حالتين‪ :‬حالة التعلم‬
‫والتسجيل‪ ،‬وحالة إعادة التنفيذ‪.‬‬
‫ً‬
‫الفئة ‪ :5‬روبوت يتم التحكم به رقميا )‪ .(Numerical control robot‬وجميع الروبوتات الحديثة‬
‫ضمن هذه الفئة يتم التحكم بها بواسطة الحاسب )‪.(Computer controlled robot‬‬
‫الفئة ‪ :6‬الروبوت الذكي )‪ .(Intelligent robot‬وهذه الفئة هي مستوى متطور من الروبوتات التي يتم‬
‫التحكم بها بواسطة الحاسب‪ .‬ويتمتع الروبوت في هذه الفئة باملقدرة على فهم البيئة املحيطة به‪ ،‬ومن ثم‬
‫إنجاز العمل املطلوب منه مع التكيف مع الظروف املتغيرة في بيئة العمل‪.‬‬
‫نظام التحكم‬
‫يعرف نظام التحكم ( ‪ )A control system‬بأنه جهاز أو مجموعة من‬
‫األجهزة يدير ويتحكم في تصرف جهاز أو نظام آخر‪.‬‬
‫فئتان‬
‫رئيستان من‬
‫نظم التحكم‬
‫نظام التحكم ذو دائرة مغلقة‬
‫نظام التحكم ذو دائرة مفتوحة‬
‫‪close loop control system‬‬
‫)‪،open loop control system‬‬
‫نظام التحكم ذو دائرة مفتوحة‬
‫تحدث عملية التحكم في نظام التحكم ذي الدائرة املفتوحة نتيجة‬
‫تغير مدخالت النظام فقط‪.‬‬
‫أمثلة لنظم التحكم ذي دائرة مفتوحة‪:‬‬
‫• نظام التهوية باملروحة الكهربائية‬
‫• املكنسة الكهربائية‬
‫نظام التحكم ذي دائرة مغلقة‬
‫في نظام التحكم ذي الدائرة املغلقة فإن عملية التحكم تأخذ في االعتبار‬
‫واقع مخرجات النظام باإلضافة إلى مدخالت النظام وذلك من خالل‬
‫دائرة تغذية راجعة ‪feedback‬‬
‫يقوم نظام التحكم باستمرار بعمل مقارنة بين إشارتين‪ :‬األولى التي تعكس‬
‫الراجعة‪ .‬وبناء ً على هذه‬
‫قيمة مدخلة‪ ،‬والثانية ناتجة من دائرة التغذية‬
‫ً‬
‫املقارنة ترسل إشارة إلى النظام املتحكم به لينفذ عمال محددا بصورة‬
‫معينة‪.‬‬
‫‪+‬‬
‫مدخالت‬
‫النظام الذي‬
‫يتحكم فيه‬
‫‪-‬‬
‫تغذية راجعة‬
‫مخرجات‬
‫أمثلة لنظام التحكم ذي دائرة مغلقة‬
‫نظم التكييف‪.‬‬
‫املضخة اآللية لرفع املاء من الخزان‬
‫األرض ي إلى الخزان العلوي‪.‬‬
‫الطيار اآللي‪.‬‬
‫الروبوتات‪.‬‬
‫املكونات الرئيسية للروبوت‬
‫نظام السونار‬
‫لتحديد املسافات‬
‫نظام الرؤية‬
‫(الكاميرات)‬
‫نظام االستشعار‬
‫(الحساسات)‬
‫نظام الحركة‬
‫أو األقدام‬
‫الحاسب‬
‫(نظام التحكم)‬
‫نظام توليد‬
‫الكالم‬
‫الذراع‬
‫قبضة اليد‬
‫نظام توليد‬
‫األصوات‬
‫نماذج لقبضات اليد في الروبوت‬
‫تمرين‬
‫جماعي‬
‫ورقة عمل ( ‪) 3‬‬
‫ناقش مع أفراد مجموعتك التساؤالت الستة التالية‪:‬‬
‫‪ )1‬هل يمكن للروبوت أن يكون أذكى من اإلنسان؟‬
‫‪ )2‬هل يمكن للروبوت أن يكتسب املشاعر واألحاسيس؟‬
‫‪ )3‬هل يمكن للروبوتات أن تتسبب في بطالة البشر؟‬
‫‪ )4‬هي يمكن في املستقبل أن تتحكم الروبوتات في حياة البشر‪،‬‬
‫وما الذي يجب فعله حتى ال يحدث هذا األمر؟‬
‫ً‬
‫‪ )5‬هل يمكن للروبوت أن يصبح عدوا للبشر؟‬
‫‪ )6‬هل تتوقع أنه توجد حياة متقدمة على كواكب أخرى يمكنها‬
‫من تصنيع روبوتات محاربة وترسلها لغزو األرض؟‬
‫‪10‬دقائق‬
‫التساؤل‬
‫هل يمكن للروبوت أن يكون أذكى من‬
‫‪1‬‬
‫اإلنسان؟‬
‫أفضل جواب‬
‫نعم‪ .‬إذا كان القصد من الذكاء اتخاذ أفضل القرارات بناء على املعلومات املتاحة‪ .‬والدليل على ذلك تمكن العلماء‬
‫من بناء حاسب وتطوير البرنامج فيه الذي أمكنه هزيمة بطل العالم في لعبة الشطرنج‪ .‬وتعتبر هذه اللعبة أحد‬
‫مقاييس الذكاء بين اإلنسان واآللة‪.‬‬
‫هل يمكن للروبوت أن يكتسب املشاعر ال‪ .‬وسبب ذلك أن العلماء لم يدركوا بعد كنه املشاعر واألحاسيس وكيف تتكون في البشر‪ ،‬واملجال ما زال يخضع‬
‫‪2‬‬
‫للدراسات واألبحاث‪ .‬لذا يصعب في املستقبل القريب برمجة اآللة لكي تكتسب املشاعر واألحاسيس‪.‬‬
‫واألحاسيس؟‬
‫هل يمكن للروبوتات أن تتسبب في‬
‫‪3‬‬
‫بطالة البشر؟‬
‫نعم‪ .‬وقد تسبب استخدام الروبوت الصناعي في خطوط تجميع السيارات في االستغناء عن اآلالف من العاملين في‬
‫هذه املصانع‪.‬‬
‫هي يمكن في املستقبل أن تتحكم‬
‫‪ 4‬الروبوتات في حياة البشر‪ ،‬وما الذي‬
‫يجب فعله حتى ال يحدث هذا األمر‬
‫نعم‪ .‬وذلك بسبب زيادة اعتماد اإلنسان على التقنية في تسيير مختلف جوانب حياته‪ .‬ومن املهم هنا مراعاة‬
‫ً‬
‫الجوانب اإلنسانية واألخالقية عند توظيف التقنية في جوانب الحياة‪ ،‬فبدونهما تصبح الحياة أكثر تعقيدا‪.‬‬
‫ولنأخذ على سبيل املثال جهاز الكشف عن املعادن واألسلحة في املطارات الذي يعبر خالله جميع املسافرين‪.‬‬
‫ولنتخيل أن تقوم دولة غربية ببرمجة هذه الجهاز ليكون أكثر حساسية عندما يدخله مسافر من جنسية معينة أو‬
‫من أصول معينة‪ ،‬في حين يكون أقل حساسية عندما يدخله مسافر من الجنسيات الغربية‪ .‬وهنا فإننا نمكن اآللة‬
‫من التحكم في حياة اإلنسان مع تغذية اآللة بمعايير مبنية على العنصرية‪.‬‬
‫ً‬
‫هل يمكن للروبوت أن يصبح عدوا‬
‫‪5‬‬
‫للبشر؟‬
‫إن الروبوت آلة يتحكم فيها من يصنعها ويتحكم في برمجتها‪ .‬والبشر هم أعداء لبعضهم البعض بحسب والءاتهم‬
‫ً‬
‫وانتماءاتهم‪ .‬لذا فإن اإلجابة هي‪ :‬نعم‪ ،‬يمكن للروبوت أن يكون عدوا لفئة من البشر إذا كان يتحكم في الروبوت من‬
‫هم أعداء هذه الفئة من البشر‪.‬‬
‫هل تتوقع أنه توجد حياة متقدمة على لم يتمكن العلم حتى اآلن من اثبات وجود حياة على كواكب أخرى‪ .‬ولكن ال يوجد في عقيدتنا االسالمية ما يمنع‬
‫‪ 6‬كواكب أخرى يمكنها تصنيع روبوتات ذلك‪ .‬واآلية الكريمة تقول‪..( :‬ويخلق ما ال تعلمون)‪ .‬وقد يكون هناك إشارة في هذه اآلية إلى احتمال وجود حياة‬
‫على كواكب أخرى في الكون‪.‬‬
‫محاربة وترسلها لغزو األرض؟‬
‫شاكرة‬
‫حسن تفاعلكن‬