تطبيقات المشغلات في الأتمتة والروبوتات

لنبدأ هذا المقال بعرض سريع لمصطلح المشغلات (Actuator)، فما هي المشغلات بالضبط؟

عند إجراء بحثٍ على غوغل سنجد الكثير من الإجابات المختلفة لكن جميعها تؤدي إلى فكرة أساسية، وهي أن المشغل جهاز يجعل شيئاً ما يتحرك أو يعمل. أو بمعنى آخر، يتلقّى الطاقة من مصدرٍ معين ويستعملها لتحريك شيء ما، أي أنَّه يحول هذه الطاقة إلى حركة ميكانيكية.

تعتمد المشغلات على ثلاثة أنواع من الطاقة لتوليد الحركة الميكانيكية، وهي:

• المشغلات الهوائية (Pneumatic actuators) التي تستخدم الهواء المضغوط.
• المشغلات الهيدروليكية (Hydraulic actuators) التي تعتمد على السوائل المختلفة مصدراً للطاقة.
• المشغلات الكهربائية ( Electric actuators) التي تستعمل أحد أشكال الطاقة الكهربائية لتعمل.

أمثلة عن المشغلات المختلفة:

لنلقي نظرة على بعض الأمثلة والاستخدامات الشائعة:

يتلقّى المشغل الهوائي طاقةً هوائية من خلال منفذ علوي وتضغط هذه الطاقة على غشاء مطاطي داخل المشغل يؤدي إلى دفع جذع الصمام باتجاه الأسفل لتتغير وضعية صمام التحكم.

وهنا مثال عن محرك مشغل يتحكم بصمام الفراشة (Butterfly valve)، إذ يتسبب تشغيل الشمغل في فتح أو إغلاق الصمام.

ويوضّح الشكل التالي مثالاً عن المشغل الهيدروليكي في شاحنة نقل، إذ يرفع المحرك الهيدروليكي الصندوق عن طريق تمدّده.

أهمية المشغلات  في التصنيع:

يعود الطلب المتزايد على المشغلات  إلى اعتماد الصناعة الكبير على الأنظمة المؤتمَتة والآلات، إذ تُستخدم المشغلات بكثرة في العديد من عمليات التصنيع مثل خطوط التجميع ومعالجة المواد. ويتوفر عدد كبير من المشغلات بأشكال وأحجام وسعات وسرعات مختلفة لتلبية كافة متطلبات العمليات، وذلك بفضل التطور في تكنولوجيا المشغلات، فبدونها كانت العديد من العمليات ستتطلب التدخل البشري لتحريك الآلات والمعدات.

مقدمة عن الروبوتات:

الروبوت هو آلة مؤتمتة يمكنها تنفيذ مهام محددة بسرعة ودقة، وذلك بمشاركة بشرية محدودة أو معدومة. قد تكون هذه المهام بسيطة، مثل نقل المنتج النهائي من خط النقل إلى لوح التحميل. وتتجلّى فائدة الروبوت في مهام عدة مثل مهام الالتقاط والوضع pick-and-place واللحام والطلاء.

وتبرع الروبوتات في القيام بالأعمال الممّلة المتكررة التي اعتاد الإنسان القيام بها في الماضي. وبالطبع، تُستعمل الروبوتات لأداء مهمات أكثر تعقيداً مثل تصنيع السيارات على خط التجميع أو تنفيذ مهام دقيقة للغاية في غرف العمليات الجراحية.

تُصنع الروبوتات بكافة الأشكال والأحجام ويُحدّد نوع الروبوت طبقاً لعدد المحاور التي يستعملها، إذ يمتلك كل محور محرك سيرفو (servo motor) واحد على الأقل وهو المكون الأساسي لأي روبوت إذ يتحرك المحرك ليتحكم بحركة جزء من الروبوت. على سبيل المثال، يمتلك الروبوت ذو الستة محاور ستة محركات سيرفو، ويتلقى كل محرك أمراً بالتحرك إلى موضع معين ثم يعمل حسب ذلك الأمر.

الاتجاهات الجديدة في تكنولوجيا المشغلات:

بدأ جهاز جديد بالظهور مؤخراً يدعى بالمشغل الذكي، يحتوي هذا المشغل على مستشعر مدمج، وهو قادر على الحركة استجابةً للخصائص الفيزيائية المحسوسة مثل الضوء والحرارة والرطوبة. يُستخدم هذا المحرك في تطبيقات شديدة التعقيد كأنظمة التحكم بعمليات المفاعلات النووية أو حتى في تطبيقات شديدة البساطة مثل الأتمتة المنزلية وأنظمة الأمن.

ونظراً للتطور التكنولوجي، سنرى في المستقبل القريب جهازاً يسمى الروبوت المرن (Soft Robot)، والذي يمتلك مشغلات مرنة مدمجة وموزعة في جميع أنحاءه، على عكس الروبوت التقليدي الذي يحتوي على مشغل لكل مفصل.

يحصل الروبوت من خلال دمج الذكاء الاصطناعي على ذكاء المحاكاة الحيوية (Biomimetic intelligence) الذي يمكّنه من  تعلّم البيئات الجديدة واتخاذ القرارات للتفاعل مع التغيرات الخارجية.

---