تكمن قدرة الروبوتات على الحركة وأداء المهام في المحركات الخاصة بها، فبدون هذه المحركات لا يمكن أن يسمّى الروبوت ذكياً. عن طريق المحركات يمكننا فتح الصمامات وإغلاقها، وتحريك عجلات روبوت أو إدارة أذرعه. يوجد العديد من أنواع المحركات التي تستخدم مع الروبوتات والتي تختلف من روبوت لآخر حسب بعض معايير التصميم، مثل خصائص الدقة والتكلفة ومتطلبات عزم الدوران والتسارع.

• المحركات الكهربائية

من أهم أنواع المحركات هي المحركات الكهربائية وهي أجهزة كهروميكانيكية تنتج الحركة عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. هذه المحركات هي الخيار المفضل في الروبوتات، ويرجع ذلك إلى عدة أسباب:

1. الكهرباء مصدر إمداد متاح على نطاق واسع.

2. مناسبة لجميع أحجام الروبوت.

3. مدمجة وخفيفة الوزن، بالإضافة إلى أنها تتميز بنسبة تحويل طاقة كبيرة ودقة ممتازة.

4. أنظمة التشغيل الكهربائية قوية وسهلة الصيانة. [1]

أشهر أنواع المحركات الكهربائية وأكثرها استخدام

1. محرك التيار المستمر dc motor

له عدة أشكال، ويمتاز محرك التيار المستمر بالتكلفة القليلة والأداء الجيد وسهولة التحكم في سرعة المحرك. كما يمتاز بالقدرة على التحكم في سرعة الدوران باستخدام تقنية PWM (تعديل عرض النبضة). إذ يحوّل محرك DC الطاقة الكهربائية الحالية المباشرة إلى طاقة ميكانيكية وتعمل محركات التيار المستمر بشكل جيد في الروبوتات لأنها تسمح للروبوت بأن يعمل بالبطارية، مما يوفر مزايا رائعة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الروبوتية، وخاصة الروبوتات المتنقلة.[2]

2. محرك السيرفو servo motor

السيرفو عبارة عن محرك يمكنه الدوران بزاوية محددة من خلال برمجته مسبقا عبر الأردوينو أو أي متحكم. يستخدم السيرفو في العديد من التطبيقات الصناعية الصغيرة والكبيرة منها. ويمكن استخدام هذا المحرك لتشغيل سيارات الألعاب التي يتم التحكم فيها عن بُعد، والروبوتات والطائرات، وخطوط الانتاج، والصناعات الغذائية. لهذه المحركات فوائد عديدة في التطبيقات الروبوتية، فهي صغيرة وقوية وسهلة البرمجة ودقيقة. علاوة على أنها تسمح بتكرار الحركة شبه التام. غالباً ما يتم استخدامها في الأذرع الروبوتية والتطبيقات التي تحتاج دقة في العمل.[3]

3. المحرك الخطوي stepper motor

تختلف هذه المحركات بعض الشيء عن محركات التيار المستمر سواء في التطبيق أو التركيب على الرغم من اعتماد فكرة عمل كليهما على الفيض المغناطيسي المتولد في الملفات. و رغم ما يشوب هذا النوع من المحركات من صعوبة استخدام وعدم توفرها وارتفاع تكلفتها؛ فإنها تتمتع بالعديد من المميزات التي تتطلبها الروبوتات ومن ذلك: – استجابة سريعة لبدء التشغيل والتوقف وعكس اتجاه الحركة. – الدقة العالية في الحركة والقدرة التكرارية، حيث تتراوح دقتها بين 3- 5% من الخطوة وهو خطأ غير تراكمي من خطوة إلى أخرى. – توفر مدى كبير من السرعات الدورانية حيث تتناسب السرعة مع تردد نبضات الدخل.[4]

إضافةً إلى المحركات المذكورة هناك الكثير من المحركات الممكن استخدامها في صناعة الروبوتات ولكن المحركات الثلاثة السابقة هي الأشهر الأكثر وفرة.

المصادر:

1-rozum.com

2-Electronics tutorials

3-sciencebuddies.com

4-Sciencedirect.com

كيف غير رودولف ديزل ومحركه العالم؟ وكيف ساهم في تطور الحضارة البشرية؟:

لمدة أربعين عام حتى عام 1872 كان البخار المزوّد الأساسي للطاقة في المصانع والقطارات (كان مردود الآلات العاملة على البخار 10% في أحسن الحالات أي عشرة بالمائة فقط من الطاقة المقدمة يتحول إلى عمل مفيد) ولكن النقل المدني كان يعتمد على الأحصنة وهذا بالطبع غير عملي.

كان الخيار الآخر هو محركات الاحتراق الداخلي التي ستتطورعلى يد أهم العلماء في القرن العشرين وهو رودولف ديزل الذي ساهم محركه بشكل كبير في تغيير شكل الحضارة البشرية وساهم في تطور العالم التجاري والصناعي وغير في شكل الاقتصاد العالمي.

بدايات رودولف ديزل

ولد «رودولف ديزل Rudolf Diesel عام 1858 في فرنسا، تغيرت حياته بعد سماعه محاضرة في الديناميكا الحرارية؛ إذ تعلم أنّه بالإمكان نظريًا تحويل كامل الحرارة في محرك الاحتراق الداخلي إلى عمل مفيد، ومن ثمّ جنّد نفسه لتحويل هذه النظرية إلى أرض الواقع.

أنشأ ديزل عام 1885 أول ورشة عمل له لتطوير محركه الذي يعمل بانضغاط الهواء وستستمر عملية التطوير 13 عاما ً حتى حصوله على أول براءة اختراع.

وبعد أن أدرك أهمية ما يفعل، سجل اختراعه،المسمى محرك الديزل، برقم 608,845 وبدأ تجاربه لتطويره حيث كاد أن يموت عندما انفجر في أحد المرات التي كان يختبر فيها المحرك.

وبحلول عام 1898، كانت محركاته تستخدم لتشغيل خطوط الأنابيب والمحطات الكهربائية والسيارات والشاحنات والمصانع في جميع أنحاء العالم، وقد أصبح ديزل مليونيراً ولكن لاشيء يبقى على حاله.

نجاحاته واخفاقاته

تطلبت مرحلة الاختبار عدة سنوات وواجه ديزل المشاكل مرارًا وتكرارًا، وبحلول عام 1897 أجرى ديزل ما مجموعه ست سلاسل من الاختبارات وكان على وشك اليأس عدة مرات. وفي أوغسبرغ عام 1893 بدأ تصميم النموذج الأولي بشوط 200mm لكل 400mm ولكن للأسف لم ينجح الاختبار، وبعد سلسلة من التحسينات والتطويرات والاختبارات التي أجراها ديزل نجحت التجربة ففي 17 فبراير1897، أجرى البروفيسور موريتز شروتر من جامعة ميونخ التقنية اختبار القبول الرسمي للمحرك وحدد مردوده 26.2٪ وكانت هذه القيمة العالية لم يسبق لها مثيل من قبل في أي محرك وبعد عام قامت شركة سولزر السويسرية بانتاج هذا المحرك.

على خلاف محرك البنزين، الذي يبدأ دارته بشمعة اشتعال، تبدأ دارة محرك الديزل بانضغاط الهواء لإشعال الوقود.

ومع بداية الحرب العالمية الأولى ازدادت الأهمية الاقتصادية لمحركات الديزل وأصبحت الحكومات تستخدمه في النقل الحربي كالغواصات والقاطرات والقطارات والسفن الحربية.

على الرغم من أن السيارات العاملة على محرك الديزل كانت أغلى ثمنًا ولكن أكثر اقتصادية ولكن للأسف لم تعجب الزبائن.

كيف كانت نهاية رودولف ديزل وماذا حل بمحركه؟

في عام 1912، بعد حوالي 15 عامًا من ولادة اختراعه، تعرض لانتقادات علنية بسبب آرائه التقليدية حول المحرك، لقد رآه كعمل متكامل بينما رآه الآخرون أنه عمل خام قيد التطوير، اهتم بالترويج للمحرك بدلاً من العمل عليه وتطويره، وفي نفس العام كتب أن بعض المصانع أصبحت جاهزة بشكل كاف لبناء محركه مما أثار غضب زملاءه المهندسين وابتعد تلقائيا ً عن الأوساط العلمية والتجارية مما أدى إلى تعرضه لانهيار عصبي حيث أصح يائساً ويعاني من الاكتئاب.

اختفى ديزل في ظروف غامضة  عام 1913 في القنال الانجليزي من على سفينة في رحلة من انجلترا ووجدت جثته بعد عشرة أيام طافية في المحيط.

يقال أن ديزل من الممكن أن يكون قد انتحر وفق رواية أسرته ومعظم كتاب سيرته ووفقاً لرواية بعض منظري المؤامرة من الممكن أن يكون قد قتل على يد منافسيه.

ظهرت أول السيارات العاملة على محركات الديزل عام 1930، أثناء رحلة من إنديانابوليس إلى نيويورك بعد 17 عام من وفاة مبتكر هذا المحرك. 

عند انتهاء مدة براءة اختراع المحرك، أخذته عدة شركات وعملت على تطويره وأصبح له دور كبير في تشكيل العالم الحديث والتجارة العالمية، فقد جعل التجارة البحرية أقل تكلفة وانتشر استخدامه في الآلات الزراعية والمرافق الصناعية ومختلف مجالات الحياة.

محرك ديزل حديث

المصادر

dieselnet
ENERGYFACTOR
BBC
NEWSDAY
MAN MUSUM