روباتها ، کارگران نسل فردا

مترجم : ن. فرجودیان

روبات يك سازه مكانيكي يا مجازي است. كلمه روبات به هر دو نوع روباتهاي فيزيكي يا نرم افزارهاي مجازي اطلاق مي شود. اين كلمه  از Robota به معني (سخت كار) در زبان چك  گرفته شده است.

روباتها براساس نوع كاري كه انجام مي دهند به دو گروه عمده تقسيم مي شوند :

1)كارهايي كه يك روبات بهتر از انسان انجام مي دهد. در اين قبيل موارد ، روبات باعث افزايش بهره وري ، دقت و پايداري سيستم مي گردد.

2)كارهايي كه انسان بهتر انجام مي دهد اما بنا به دلايلي بهتر است كه عامل انسانی حذف می شود. در اين قبيل موارد روباتها ما را از انجام كارهاي كثيف ، خطرناك و كسالت آور رهامی کنند واز آنها مي توان در منازل ، بيمارستانها ، كارخانه ها ، براي جستجو در داخل بدن انسان يا آتش فشانهاي فعال ، اكتشاف سيارات جديد يا در اعماق اقيانوسهاونیزبرای شرایط دوران جنگ یاصلح استفاده نمود.

 افزايش بهره وري ، دقت و پايداري

روباتها كارهايي را كه نياز به سرعت ، دقت ، اطمينان يا پايداري دارند بهتر از انسان انجام مي دهند از اين رو بسياري از كارهايي كه در قديم در كارخانه ها توسط انسان انجام مي شد امروزه توسط روباتها انجام مي شودكه اين خود باعث توليد محصولات ارزانتر مي گردد. بيش از پنجاه سال از زماني كه اولين روبات با نام Unimate جهت بيرون آوردن فلزات داغ از داخل ماشينهاي دايكست ( چدن ريزي ) طراحي و نصب گرديد مي گذرد. از آنزمان كارخانجات به عنوان عمده ترين طرفداران روباتها شناخته شوند. تعداد روباتها روز به روز افزايش يافته تا امروز كه بيش از يك ميليون روبات در دنياي صنعت وجود دارد. بيشي از نيمي از اين روباتها در آسيا ، حدود يك سوم آن در اروپا ، 14درصد در آمريكاي شمالي قراردارد. سهم استراليا و آفريقا نیز ازین تکنولوژی هر كدام 1درصداست .

    برخي از نمونه روباتهاي كارخانه اي :

يك كارخانه ممکن است دارای صدها روبات صنعتي در خطوط كاملاً اتوماتيك خود مي باشد كه از آنها جهت جوش دادن ، چسباندن ، نقاشي كردن ، حمل اجسام سنگين ، بسته بندي و حمل ، رسم مدارات الكتريكي ، در آوردن و جا زدن قطعات ريز الكترونيكي در كسري از ثانيه استفاده شودکه ، بسيار سريعتر ، دقيق تر و مطمئن تر از آنچه هر انساني ،انجام مي دهد.

کارهایی فقط برای روبات

كارهايي وجود دارد كه انسان بسيار بهتر از روبات آنها را انجام مي دهد اما بنا به دلايل گوناگون كسي داوطلب انجام آنها نمي شود. كارهايي كه به عنوان كارهاي خسته كننده ، خطرناك يا كثيف شناخته شده اند يا كارهايي كه از نظر فيزيكي امكان ناپذيرند از اين دست كارها مي باشند.به عنوان مثال ازروبات ها مي توان در كارهاي ساده اما كسالت آور خانه مانند تميز كردن زمين ، چمن زني و غيره استفاده نمود. تله روباتها ( telerobots ) جهت مناطق پر خطر همچون دهانه آتش فشانها يا فواصل بسيار دور همچون تحقيق در سيارات ديگر ، مناطق غير قابل دسترس ،مانند جراحي هاي لاپروسكوپي استفاده کرد . (استفاده از روبات در اين قبيل جراحي ها به جراح اجازه مي دهد كه در يك منطقه بسيار كوچكتري نسبت به جراحي باز ، عمل را انجام دهد ).

تله روباتها از فاصله دور توسط انسان كنترل مي شوند، اين فاصله ممكن است اطاق ديگر يا حتي يك كشور ديگر باشد. و يا ممكن است در رنج بسيار متفاوتي نسبت به اپراتور باشد. روباتهاي مورد استفاده در ارتش مثال خوبي از تله روباتها هستند ،اين روباتها مي توانند از هر جاي دنيا جهت تحقيق و جستجو در مناطقي خاص كنترل شوند و يا حتي به هدفي شليك كنند بدون آنكه براي كنترل كننده خود ايجاد خطر نمايند. بسياري از اين روباتها به اصطلاح تله اپراتور هستند يعني بايستي حتماً توسط يك انسان از راه دور كنترل شوند اما برخي نيز داراي قدرت تصميم گيري هستند. آنها قادر به تصميم گيري در خصوص اينكه در كدام منطقه پرواز كنند و يا اينكه كدام هدف دشمن را انتخاب و منهدم نمايند مي باشند. ( بسياري از اين روباتها توسط ارتش آمريكا در جنگ عليه عراق و افغانستان استفاده شد. )

افزايش افراد مسن كه نياز به مراقبت دارند و كاهش افراد داوطلب جوان كه حاضر به پرستاري از اين افراد باشند باعث بوجود آمدن روباتهاي پرستار شده است.

  روباتهاي غير متعارف

برخلاف تصور بسياري ، اكثر تحقيقات در زمينه روباتيك بر روي كارهاي معمول صنعتي متمركز نبوده ، بلكه سعي در طراحي و ساخت نسل جديد روباتها مي باشد. محققين انتظار دارند كه بسياري از مشكلات بشر را توسط روباتها حل نمايند.

نانو روباتها Nanorobots

نانو روباتيك يكي از گسترده ترين علوم در زمينه ساخت ماشينها يا روباتهايي با اندازه نزديك به نانومتر (10-9 meters) مي باشد. اين روباتها از ماشينهاي مولكولي تشكيل شده اند. محققين تاكنون موفق به ساخت اجزايي از اين سيستم پيچيده همچون : بيرينگها ، سنسورها و موتورهاي مولكولي شده اند. آنها اميدوارند بتوانند روباتهايي در حد و اندازه ويروسها و باكتريها بسازند.

روباتهاي نرم Softrobots

اكثر ماشينهاي ساخته دست بشر از مواد سخت و محكم مخصوصاً فلزات و پلاستيك ساخته شده اند كه اين با اكثر ساختارهاي طبيعي كه داراي بافت نرم و قابل انعطاف هستند، مغايرت دارد. محققين اخيراً روباتهايي با بدنه سيليكون و محركهاي قابل انعطاف ( ماهيچه هاي هوايي ، پليمرهاي الكترواكتيو ، سيالات فلزي ) ساخته اند. نرم افزارهاي كنترلي جهت ايجاد حركات نرم،  از سيستم فازي لاجيك و شبكه هاي عصبي استفاده مي کنند روباتهایي با بدن نرم که داراي توانايي ديدن ، احساس و رفتارهايي متفاوت با روباتهاي قديمي هستند.

روباتهاي شكل پذير Reconfiguration Robots

اين روباتها قادر به تغيير شكل ظاهري خود جهت انجام كارهاي خاص مي باشند.

روباتهاي دسته اي Swarm Robots

محققين اميدوارند كه بتوانند مجموعه اي بزرگ از روباتهاي كوچك كه همه با هم يك كار خاص را انجام مي دهند ، مانند پيدا كردن اجناس مخفي شده ، تميز كردن يا جاسوسي، بوجود آورند. هر روبات كاملاً ساده بوده اما كار كل مجموعه بسيار پيچيده خواهد بود. آنها مانند يك كلني عمل خواهند كرد.

روباتهاي خود ساز Self-Replicating Robots

يك دامنه بسيار گسترده و مشهور از روباتها شامل اين نوع روباتها مي باشد.

اساس روبا تها

تمام روباتها داراي يك قسمت متحرك هستند. برخي فقط از چرخهاي موتوري  و برخي ديگر از دهها قسمت متحرك تشكيل شده اند ، كه عمدتاً از فلز يا پلاستيك ساخته شده اند. مانند اسكلت انسانها ، قسمتهاي مجزا بوسيله مفاصل بهم متصل شده و بوسيله محركها ( اكتيواتورها ) حركت مي كنند. برخي از روباتها از موتورهاي الكتريكي استفاده نموده و از سولنوئيدها به عنوان اكتيواتور استفاده مي كنند. برخي از سيستم هيدروليكي و برخي از سيستمهاي بادي ( پنوماتيك ) استفاده مي كنند. در برخي از روباتها از كليه اين اكتيواتورها استفاده شده است.

هر روبات به منبع انرژي جهت راه اندازي اين اكتيواتورها نيازمند است. برخي از انواع روباتها داراي باتري بوده يا مستقيماً از برق شهر تغذيه مي كنند. روباتهاي هيدروليكي به پمپهايي جهت فشرده كردن سيال هيدروليك و روباتهاي پنوماتيك به يك فشرده كننده هوا يا مخازن هواي فشرده ( كمپرسور ) نيازمندند. اكتيواتورها همگي به يك مدار الكتريكي متصل هستند. مدار ، موتورهاي الكتريكي و سولنوئيدها را مستقيماً تغذيه نموده و سيستمهاي هيدروليكي را بوسيله شيرهاي الكتريكي فعال مي نمايد. شيرها فشار سيال را در نقاط مختلف ماشين تنظيم مي نمايند. به عنوان مثال جهت حركت يك پاي هيدروليكي ، سيستم كنترل روبات بايستي شيرهاي مسير عبور سيال از پمپ به پيستون متصل به پا را باز نمايد. سيال فشرده شده پيستون را حركت داده و پا را به جلو مي برد. بديهي است براي بوجود آوردن حركت در هر دو جهت به پيستون دوسويه نياز است. كامپيوتر هر چيزي را كه به اين مدار متصل گرديده كنترل مي نمايد. جهت حركت روبات ، كامپيوتر كليه موتورها و شيرهاي مورد نياز را روشن مي نمايد. بسياري از روباتها داراي قابليت برنامه ريزي مجدد هستند. به اين ترتيب شما به راحتي مي توانيد با تغيير برنامه ،كاربري آنها را تغيير دهيد.

برخي از روباتها داراي سيستم سنسوري بوده و برخي توانايي ديدن ، شنيدن يا چشيدن مزه ها را دارا هستند. رايج ترين حس روباتها حس حركتي است. برخي از روباتها به شكل انسان بوده و برخي داراي اشكال غير متعارف مي باشند.

روباتهاي بازويي The Robotic Arm

مشهورترين نوع روباتها ، روباتهاي بازويي هستند. يك روبات بازويي معمولي از هفت قسمت فلزي كه بوسيله شش مفصل بهم متصل شده اند تشكيل می شود. كامپيوتر روبات را بوسيله حركت استپ موتورهاي مجزا كه به هر مفصل وصل شده اند كنترل مي نمايد. در برخي از بازوهاي بزرگ از هيدروليك يا پنوماتيك استفاده مي شود.

برخلاف موتورهاي معمول كه داراي حركت پيوسته اي هستند ، استپ موتورها به صورت ضربه اي و در فواصل كاملاً يكسان حركت مي كنند اين امر اين امكان را به كامپيوتر مي دهد تا بتواند بازو را با دقت بسيار بالا حركت داده و حركتهاي يكسان را بارها و بارها بدون هيچ خطايي تكرار نمايد. روباتها از سنسورهاي حركتي جهت تشخيص صحت ميزان حركت استفاده مي نمايند.

همانگونه كه بازوي شما دست شما را از يك نقطه به نقطه ديگر مي برد ، يك بازوي روباتي نيز يك مجموعه مشخص را از يك نقطه به نقطه ديگر مي برد. شما مي توانيد بازوي روباتي خود را به هر مجموعه اي با كارآيي خاص وصل نماييد. يك نمونه از اين مجموعه ها شبيه ساز يك دست با توانايي گرفتن و حمل اشياء مي باشد. دست روباتيك اغلب داراي سنسورهاي فشار مي باشد ، بدين ترتيب كامپيوتر از ميزان فشار وارده به جسم مطلع مي گردد. كه اين خود مانع رها شدن جسم يا شكستن آن بر اثر فشار بيش از حد مي گردد. از ديگر مجموعه ها مي توان دستگاه چمن زني ، دريل يا اسپري رنگ پاش نام برد.

نحوه انجام كار هر روبات ، توسط برنامه نويس و در سيستم كنترلي آن نوشته شده است.

بيشتر روباتهاي صنعتي در خطوط مونتاژ استفاده مي شوند. روباتها به دليل دقت بسيار بالا توانايي انجام اين قبيل كارها را بهتر از انسانها دارند. مهم نيست كه چند ساعت كار كرده باشند ،آنها قادرند بدون خستگي در جاي مشخص سوراخكاري را انجام داده ويا پيچها را با نيروي يكسان ببندند. ساخت روباتها در صنعت كامپيوتر بسيار مهم است . آنها دقت بسيار بالايي در ساخت ميكروچيپها دارند.

روباتهاي سيارMobile Robots  

ساخت و برنامه نويسي بازوي روباتيك بسيار آسان است زيرا همواره در يك محدوده مشخص يك كار مشخص را انجام مي دهد . اما زماني كه قرار است روبات خود را به دنياي بيرون بفرستيم، قضيه كمي مشكل تر مي گردد.

اگر روبات فقط در يك سطح صاف و هموار حركت كند ، چرخها بهترين انتخابند، اما طراحي پا براي روبات باعث مي شود كه روبات از تواناييهاي حركتي انسانها برخوردار گردد.

در مقايسه با پاي انسان ، روباتها نيز داراي استخوان ، ماهيچه ، زانو ، نيرو و مغز هستند.

پيستونهاي هيدروليكي يا پنوماتيكي ، همچون نيروي انسان، پاها را به جلو و عقب حركت مي دهند. پيستونها به اجزای مختلف پاها وصل شده دقيقاً مانند ماهيچه ها كه به استخوانها متصل هستند. اينكه اين پيستونها قادر ، به حركت درآوردن تمام اين اجزاء باشند به يك حقه شبيه است.

روباتهاي مستقل Autonomous Robots

اين روباتها داراي توانايي انجام كارها به تنهايي و بدون هيچگونه كنترلي ، و براساس پاسخ به محركهاي خارجي برنامه ريزي گرديده اند. ساده ترين نوع اين روباتها ، روباتهاي حركت و ضربه هستند. با روشن كردن اين روباتها ، در مسير مستقيم شروع به حركت كرده تا با مانعي برخورد نمايد ، با ارسال پالس ضربه توسط سنسور حساس به ضربه ، ربات مطابق برنامه موجود در حافظه به عقب رفته و به سمت راست چرخيده مجدد ادامه مي دهد. بنابراين روبات مسير خود را بينهايت بار و با هر برخورد به مانع تغيير مي دهد.

در روباتهاي پيشرفته تر ، از اشعه مادون قرمز يا التراسونيك جهت شناسايي مانع استفاده مي گردد. اين سيستم شبيه سيستم Echolocation در حيوانات عمل مي كند بدين ترتيب كه  روبات يك موج صوتي يا مادون قرمز را ارسال نموده ، با دريافت انعكاس آن و محاسبه زمان رفت و برگشت ، از فاصله مانع روبرو اطلاع حاصل مي نمايد.

استفاده از روبات در صنعت خودرو سازي

در سالهاي گذشته اكثر روباتها در كل جهان در صنعت خودرو سازي استفاده مي شد ، اما امروزه با توجه به پيشرفت علم روباتيك و گستردگي دامنه كاري انواع روباتها و استفاده از آنها در صنايع مختلف ، تنها نيمي از اين ماشينها در صنعت خودرو سازي استفاده مي شوند.

در سال 1956 ميلادي ژوزف انگلبرگرشركت Unimate برگرفته از Universal Automation را براي توليد روبات پايه گذاري كرد. نخستين روباتهاي اين شركت در كارخانه جنرال موتورز (General Motors) براي انجام كارهاي دشوار در خودروسازي به كار گرفته شد. انگلبرگر را “پدر روباتيك ” ناميده اند .

در  سال 1962 ميلادي شركت خودروسازي جنرال موتورز نخستين روبات Unimate را در خط مونتاژ خود به كار گرفت . از آنزمان تا كنون استفاده از روباتها در صنايع خودرو سازي روز به روز افزايش يافت تا جاييكه امروزه عمده كارهاي سخت ، تكراري و كسالت آور يا كارهايي كه نياز به دقت بالا دارنددر اين صنعت  توسط روباتها انجام مي شود.

از روباتها در بخشهاي مختلف صنعت خودرو سازي استفاده مي گردد . در بخش ريخته گري ، از روباتها جهت خارج كردن مواد مذاب از كوره، نقل و انتقال قالبها و قطعات داغ ، در خطوط ماشينكاري  جهت نقل و انتقال قطعات از يك دستگاه به دستگاه ديگر ، تراشكاري ، سوراخكاري و رزوه زني ، كپي تراشي ، نقل وانتقال قطعات در محيطهاي خطر ساز همچون انتقال قطعه از نقاله حمل به داخل دستگاه و برعكس ، حمل و جابجايي ابزار ، در خطوط مونتاژ جهت جابجايي قطعات و انجام كارهاي تكراري و يكسان همچون بستن پيچها با گشتاور مشخص ، در خطوط رنگ جهت رنگ كاري، از روبات جوشكاري جهت وصل قطعات بدنه و غيره استفاده مي گردد. به اين ترتيب روباتها كارها را با دقتي بالاتر از انسان بدون خستگي و وقفه انجام مي دهند .

از جمله کارخانه هايي كه در ایران دارای خطوط اتوماسیون و یا بازوهای رباتی و یا دیگر رباتهای صنعتی هستند: کارخانه ماشین سازی ایران خودرو،ماشین سازی سایپا،کاشی سمنان،کاشی یزد،تراکتور سازی تبریز،کیش خودرو،رب تبرک،کنستانتره شاهرود، مگاموتور و چندین کارخانه دیگر که اکثرا ماشین سازی هستند را میتوان نام برد.

روباتيك در ايران

امروزه كمتر كارخانه اي در دنيا مي توان يافت كه در آن از روبات استفاده نشود. آنچه در اذهان عمومي از روبات ترسيم گرديده انسان نمايي با توانايي انجام هر كاري است ، در صورتيكه بيشتر روباتها ،بازوهايي هستند كه در مكانهاي ثابتي در كارخانه ها بسته شده اند و با كمك كامپيوتر ، اعمال قابل انعطاف و محدودي را انجام مي دهند . بازوهاي مكانيكي كه بدون استراحت قطعات و محصولات را از نقطه اي به نقطه ديگر جابجا مي کنند . روباتهاي جوشكاري ، روباتهاي تراشكاري، روباتهاي رنگ كاري و روبات فرش باف همه نمونه هايي از موارد كاربرد روباتها در صنعت هستند. مزاياي استفاده از روباتها در صنعت افزايش بهره ، افزایش تولید ، بهبود کیفیت کار ، افزایش دقت ، جلوگیری از اتلاف نیروی انسانی، افزایش سرعت ، کاهش هزینه ، کاهش ضایعات ، چند منظوره بودن، هوشمند بودن و عدم خستگی مي باشد.

با نگاهي به كشورهاي توسعه يافته متوجه مي شويم كه موارد استفاده از روباتها در اين كشورها روز به روز در حال افزايش است در حاليكه در كشور عزيزمان ايران ، وضعيت روباتيك فاجعه آميز مي باشد . كشور ما يكي از وارد كنندگان اصلي روباتهاي صنعتي در كل دنيا است. هر ساله ارز زيادي از كشور ، بابت خريد روبات خارج مي گردد اين در شرايطي است كه كشور ما يكي از قطبهاي مطرح در مسابقات روبوكاپ مي باشد . در سال 2008 تيم روبوكاپ ايران موفق به كسب سه مدال طلا در اين مسابقات گرديد . از سوي ديگر محققين جوان ما قادر به دستيابي به تكنولوژي ساخت روبات پرنده گرديده اند كه تا كنون فقط كشورهاي محدودي از جمله آمريكا و ژاپن قادر به انجام اين امر بودند.با اين وجود متاسفانه ، تقريباً تمامي روباتهاي مورد نياز در صنايع مختلف ، خصوصاً صنعت خودرو سازي وارداتي بوده و شركتهاي فعال در اين زمينه فقط وارد كننده و تعمير كننده هستندو گاه حتي تعميرات اين دستگاهها نيز بر عهده سازنده خارجي آن مي باشد.

کشور هاي صنعتی به این حقیقت رسیده اند ، که کشوری پیشرفت نمی کند مگر این که در تمام علوم پیشرفت کند . بنابراین ، با توجه به این که رباتیک یکی از علوم اصلی سرنوشت ساز قرن است و به آن احساس نیاز می کنند ، در این راستا فعالیت های بسیاری را انجام داده اند. هدفی که برخی ازین کشورها برای آینده ترسیم کرده اند این است: ” در سال 2050 ربات هایی خواهیم ساخت شبیه انسان، که بتوانند با قوی ترین تیم فوتبال انسان ها بازی کنند و بدون انجام خطا ، انسان ها را شکست دهند .”
و جهت رسيدن به اين هدف از يكسو رشته روباتيك را در دانشگاههاايجاد نمودند كه اين رشته در واقع تلفیقی از رشته ی مهندسی برق و مهندسی مکانیک است که هدف آن تربیت نیرویی است که بتواند به تنهایی ربات های صنعتی را طراحی کند و آن را بسازد. این رشته در اکثر دانشگاه های کشور های صنعتی تدریس می شود. از سوي ديگر هر ساله مسابقات رباتیک جهت کسب علم و استفاده نمودن از آن در صنعت برگزار می نمایند .

کارخانه های خصوصی آن ها علاوه بر رباتیکی کردن فرایند تولید ، مقداری از درآمد های ناخالص خود را جهت تحقیق و گسترش رباتیک صرف می نمایند .

ما نيز اگر مي خواهيم ايران به پيشرفت شايسته خود در اين صنعت برسد بايستي همه دست در دست هم دهيم و فاصله بين صنعت و دانشگاه را برداريم ،دانشگاههاي بيشتري در اين زمينه فعاليت نموده و نيروي متخصص بيشتري به جامعه تزريق شود ، اعتماد توليد كننده را به نيروهاي متخصص داخلي افزايش دهيم و شناخت كلي مردم را نسبت به روباتيك افزايش دهيم.