تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
مثلما يرسل دماغ الإنسان إشاراتٍ إلى أجزاء مختلفة من الجسم لأداء مهام مختلفة، فإن نظام التحكم في الروبوت يرسل تعليماتٍ للروبوت لتنفيذ عملياتٍ محددة، ويمكن أن تكون هذه المهام بسيطة، مثل: الانتقال من النقطة (أ) إلى النقطة (ب)، أو يمكن أن تكون مهامّ أكثر تعقيدًا، مثل: فرز العناصر بناءً على ألوانها، أو يمكن أن تكون مهمة اتخاذ قرار بناءً على مدخلات البيئة المحيطة بها.
تشمل أنظمة التحكم مجموعةً واسعةً من التقنيات، بدءًا من التحكم في المحركات التي تعتبر أنظمة تحكمٍ منخفضة المستوى، وحتى الوصول إلى الذكاء الاصطناعي عالي المستوى، وتلعب دورًا حاسمًا في تطوير واستخدام الروبوتات في مختلف المجالات الصناعية.
ما هي أنواع أنظمة التحكم في الروبوت؟
تستخدم أنظمة التحكم في الروبوت خوارزميات محددة (مجموعةً من التعليمات) التي توجه الروبوت، وتجعله يتفاعل في المواقف المختلفة، ويمكن تصنيف أنظمة التحكم في الروبوتات إلى فئاتٍ مختلفةٍ بناءً على مستوى استقلاليتها، وطبيعة المهام التي تؤديها. [1]
1- نظام التحكم ذو الحلقة المفتوحة
يتلقى الروبوت مجموعةً من التعليمات لتنفيذ مهمةٍ في البداية، ويتبعها فقط، ولا توجد آلية تغذيةٍ راجعة (Feedback) من الروبوت لإجراء التعديلات، وضبط التصرفات أثناء تنفيذ المهمة، أي تعتمد أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة (Open-Loop control) على إرسال أوامر محددة مسبقاً، وتفترض بيئةً (مدخلات) يمكن التنبُّؤ بها، كتخيل المشي معصوب العينين أثناء محاولتك الوصول إلى وجهةٍ معينة، يمكنك فقط تخمين الاتجاه الذي يجب أن تسلكه، وإلى أين ستذهب.
من أبرز الأمثلة على نظام التحكم ذي الحلقة المفتوحة سيور النقل، ومرشّات الماء الآلية التي تستخدم في سقاية المزروعات، تعتمد سيور النقل على سرعةٍ واتجاهٍ ثابتين، يفترض أن الأجسام التي سيتمّ التقاطها أو وضعها على السير تتحرك بسلاسةٍ على طول السير الناقل.
ويفترض أنّ العملية تتمُّ بشكلٍ صحيح، وتتبع مرشّات الماء الآليّة جدولاً محدداً مسبقاً لتوزيع المياه، على افتراض أن العشب أو الحديقة لهما شكلٌ معروف وموحّد، وتتطلّب جدول ريٍّ ثابت.
مزايا نظام التحكم ذو الحلقة المفتوحة
– بسيطة التنفيذ وغير مكلفة.
– مناسبة للمهام المتكررة.
– مناسبة للتطبيقات، وبيئات العمل التي يمكن التنبُّؤ بها.
سلبيات نظام التحكم ذو الحلقة المفتوحة
– أقل دقةً بسبب عدم وجود تغذيةٍ راجعة (Feedback).
– أقل قدرةً على التكيف مع الظروف المتغيرة.
2- نظام التحكم ذو الحلقة المغلقة
تحتوي أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة (Closed-Loop control) تغذيةً راجعة (Feedback) تستعمل لمراقبة أداء الروبوت، وإجراء التعديلات اللازمة بحسب القيم التي يتمُّ مراقبتها، وهذا يعطي للروبوت سلوكاً أكثر دقّةً وتكيفًا في البيئات المتغيرة.
تقوم الحساسات في أنظمة التغذية الراجعة بقياس قيم مخرجات الروبوت الفعلية، ومقارنتها بقيم المخرجات المطلوبة، مما يؤدي إلى توليد إشارةٍ تسمى إشارة الخطأ، حيث يستخدمها المتحكم بعد ذلك لتعديل وضبط أفعال الروبوت، مما يقلل الخطأ، ويحقق قيم النتائج المطلوبة.
من أبرز الأمثلة على نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة روبوتات المناورة الآلية (Robot manipulators)، والسيارات ذاتية القيادة. تستخدم روبوتات المناورة الآلية تغذيةً راجعةً من كلّ من الأنكودرات (أجهزة التشفير Encoders) المركّبة عند كل مفصل، ومن حساسات القوة لضمان تحديد المواقع بدقّة، وحركة متحكّم بها. تستخدم السيارات ذاتية القيادة مجموعةً متنوعةً من الحسّاسات، مثل: الكاميرات، والرادار، وتقنية الليزر، لجمع معلوماتٍ آنيّة عن محيطها، وضبط مسارها وفقاً لذلك.
مزايا نظام التحكم ذو الحلقة المغلقة
– أداؤه أكثر دقةً وموثوقية.
– القدرة على التكيف مع البيئات والاضطرابات المتغيرة.
– القدرة على التعامل مع المهام المعقدة.
سلبيات نظام التحكم ذو الحلقة المغلقة
– أكثر تعقيدًا في التصميم والتنفيذ.
– تتطلب حساساتٍ إضافية، وآليات للتغذية الراجعة.
3- نظام التحكم التفاعلي (Reactive control)
أبسط وأقدم أشكال أنظمة التحكم في الروبوتات، وهو طريقة التحكم في أي روبوت بدون الجانب الإدراكي العالي جداً، إنما يتمُّ التحكم بالروبوت بناءً على سلوك الاستجابة السريعة للمحفزات البسيطة. تناسب المهام والتطبيقات التي تتطلب ردود أفعالٍ سريعة، والاستجابة المباشرة للتغيرات الآنية. مع أنها أنظمة سريعة الاستجابة، لكنّ عيبها هو أنها يجب أن تكون بسيطةً جداً، ويجب أن تكون ردود الفعل بسيطةً وسريعةً حتى يعمل النظام بشكلٍ آني.
تتمتع هذه الأنظمة بمقدارٍ قليلٍ من الذكاء، ولكنها تتمتع بسلوكٍ بسيطٍ ومحدودٍ جداً. لا تمتلك هذه الأنظمة عادةً قدراتٍ تخطيطية، لكنها لا تزال قادرةً على تحقيق سلوكياتٍ معقدةً نوعاً ما من خلال التفاعل مع المحفزات الخارجية بشكل آني. من أمثلة التحكم التفاعلي الروبوتات المستوحاة من الحشرات، والروبوتات التي تعتمد على ردّ الفعل الانعكاسي (Reflex-based robots).
تستخدم الروبوتات المستوحاة من الحشرات حساساتٍ بسيطة وخوارزميات تحكم تفاعلية للتنقل في البيئات المعقدة، وتجنُّب العقبات، وتستجيب الروبوتات التي تعتمد على ردّ الفعل الانعكاسي للتغيرات المفاجئة في محيطها، مثل: الأجسام المتساقطة، أو العوائق، من خلال إجراءات مراوغة.
مزايا نظام التحكم التفاعلي
– سرعة الاستجابة العالية.
– قابلة للتكيف مع البيئات والمحفزات غير المتوقعة.
– مناسبة للمهام التفاعلية.
مساوئ نظام التحكم التفاعلي
– محدودية القدرة على التخطيط واتخاذ القرار.
– غير مناسب للمهام التي تتطلب تخطيطًا طويل المدى أو سلوكًا موجهًا نحو الهدف.
4- التحكم التداولي
تستخدم أنظمة التحكم التداولية (Deliberative control) النماذج الداخلية وخوارزميات التخطيط لإجراء مهمات عالية المستوى تناسب تماماً المهام المعقّدة التي تتطلب التفكير، واتخاذ القرار، والتخطيط طويل المدى. تستخدم هذه الأنظمة كلاً من المعرفة (knowledge representation)، وتخطيط المسار (Path planning)، وتقنيات الأمثلة (Optimization techniques) لتحقيق أهدافها.
من أمثلة التحكم التداولي: روبوتات الجراحة الآلية، وروبوتات الاستكشاف المستقلة. تستخدم روبوتات الجراحة الآلية كلاً من المسارات المخطط لها قبل الجراحة، والتغذية الراجعة (Feedback) آنياً لإجراء العمليات الجراحية الدقيقة بدقة. تستخدم روبوتات الاستكشاف المستقلة الخرائط الداخلية، وخوارزميات تخطيط المسارات للتنقل في بيئاتٍ غير معروفة لجمع البيانات، وتحديد مسار الاستكشاف الخاص بها.
مزايا التحكم التداولي
– القدرة على التخطيط المعقد، واتخاذ القرارات.
– مناسب للمهام طويلة المدى والسلوك الموجه نحو الهدف.
– يمكنه التعامل مع عدم اليقين والمعلومات غير الكاملة.
مساوئ التحكم التداولي
– يتطلب عملياتٍ حسابيةٍ كثيرة.
– يتطلب نماذج داخلية دقيقة.
– يتطلب قدرات تخطيطٍ عالية.
– ربما أقل تفاعلاً مع المحفزات المباشرة.
ما هي أشهر شركات تصنيع أنظمة التحكم الروبوتية في العالم؟
أب ب ( ABB)، بوسش (Bosch)، سيمنس (Siemens)، ياسكاوا (Yaskawa)، فانوك (Fanuc)، كوكا ( Kuka)، كاواساكي (Kawasaki)، ميتسوبيشي (Mitsubishi). [2]
الخلاصة
إن نظام التحكم المصمم جيدًا يعتبر أمراً بالغ الأهمية لكي يعمل الروبوت بفعاليةٍ وأمان، ويعتمد اختيار نظام التحكم في الروبوت على المهمة المطلوب إنجازها، والبيئة المحيطة، ومستوى الاستقلالية المطلوب. يعدُّ التحكم ذو الحلقة المفتوحة مناسباً للمهام البسيطة في البيئات التي يمكن التنبؤ بها، بينما يؤمّن التحكم ذو الحلقة المغلقة مزيدًا من الدقة والقدرة على التكيّف، ويعتبر التحكم التفاعلي مناسبًا تمامًا للمهام التي تتطلب ردود أفعالٍ سريعة، في حين يعتبر التحكم التداولي مثاليًا لمهام التخطيط، وصنع القرار المعقدة.
المراجع البحثية
1- Editorial. (2023, November 30). What are the different types of robot control systems?. Retrieved March 26, 2024
2- Blue, S. (2023, July 28). Robot Control system made easy: Your path to understanding robotics. Technology News and Updates. Retrieved March 26, 2024
