المشاريع السابقة - النموذج الأولي للروبوت المتحرك

في هذا المقال، أريد أن أتحدث عن مشروعي الثمين، وهو نموذج أولي لروبوت متحرك صممته أنا وفريق من طلاب الهندسة الآخرين في صف التعليم الهندسي (ENED). كانت تفاصيل المشروع تستدعي تصميم نموذج أولي لروبوت متحرك (PMR) يمكنه التقاط حمولة من مادة معينة، وتحديد تلك المادة بناءً على وزنها، ثم توصيل تلك المادة إلى محطة التخلص منها داخل منشأة معينة. وقد طُلب منا تقديم نموذج أولي ورقي فقط للفصل الدراسي، لأن بناء نموذج أولي كان مستحيلاً من الناحية اللوجستية بسبب جائحة COVID-19. ومع ذلك، حتى مع وجود النموذج الأولي الورقي فقط، كان لا يزال يتعين على فريقنا التفكير في المواد التي كنا نستخدمها وتأثيرات تلك المواد على البناء النهائي.

في فصل الهندسة لدينا، طُلب منا استخدام برنامج عرض محدد يسمى BrickLinks لإنشاء صور لكيفية ظهور النموذج الأولي المادي للروبوت. برنامج BrickLinks هو برنامج يسمح للمستخدمين بإنشاء أشياء باستخدام مكعبات LEGO، وعلى هذا النحو، فإن النموذج الأولي الذي أنشأناه، إذا تم بناؤه، سيتم بناؤه باستخدام مكعبات LEGO. جميع مكعبات وقطع LEGO مصنوعة من نوع متين جدًا من البلاستيك يسمى أكريلونيتريل بوتادين ستايرين أو (ABS).1 كان من المهم^{أن يكون} الروبوت مصنوعًا من بلاستيك متين، حيث كان يجب أن يكون خفيف الوزن بما يكفي ليتمكن المحرك الموجود على ظهره من تشغيله بكفاءة، ولكن كان يجب أيضًا أن يكون متينًا بما يكفي لحمل حاويات المواد حتى يتمكن من تحديدها حسب الوزن. بالإضافة إلى ذلك، كان يجب تصميم أرجل المركبة مع وضع العوائق في الاعتبار، ولم يكن مسموحاً باستخدام الإطارات. لهذا السبب، قرر فريقنا استخدام قطعة LEGO مطاطية مصنوعة من نفس مادة إطارات LEGO، ولكن بدون المحور في المنتصف. تستخدم LEGO منتجًا مطاطيًا مشابهًا جدًا للمطاط المستخدم في الإطارات الفعلية،2^وهو مزيج من مطاط البوتادين ومطاط الستايرين والمطاط الطبيعي.3^{صنعنا أقدام} عربة PMR تحديدًا من مادة مطاطية، بحيث تساعد النموذج الأولي على أن يكون أكثر ثباتًا تحت الأرض غير المستوية والتضاريس الصعبة أو الوعرة. كانت الأقدام أيضاً على محاور تسمح لها بالتأرجح ذهاباً وإياباً، مما يسمح للروبوت بالحفاظ على ثباته في ظل الظروف غير المستوية.

لتوضيح التصميم بشكل أفضل: كان الروبوت PMR يتبع خطاً مرسوماً في أرض المستودع، ويعرف متى ينعطف يميناً أو يساراً باستخدام مستشعرات الضوء على كلا الجانبين (لم يكن قرار جعل حركة الروبوت PMR معتمدة على خط مرسوم على الأرض قرارنا، بل كان شرطاً أُعطي لنا). يوجد دماغ الروبوت داخل وحدة تحكم LEGO المثبتة على ظهره، والتي تعمل أيضًا كمحرك للأرجل الستة. أما الجزء الأمامي فيحمل نظام بكرة يساعد الروبوت على التقاط صناديق المواد. استلهمنا الشكل الفعلي للروبوت PMR من العناكب وطريقة عمل أرجلها، حيث كان علينا أن نبني تصميمنا على طريقة مشي الحيوانات، وفقًا لإرشادات الفصل.

مرفق أعلاه هو العرض النهائي للروبوت داخل برنامج BrickLinks. كما توضح الصورة، كان يجب أن يكون الروبوت مصنوعًا من مادة قوية بما يكفي ليس فقط لدعم المؤازرة والمحرك في الجزء العلوي من الروبوت، ولكن أيضًا حساسات الضوء في الجزء السفلي الأمامي. كان يجب أن تكون مادة PMR أيضًا مرنة بما يكفي لحمل نظام البكرة في المقدمة، والتي كان يجب أن تكون لديها القدرة على أن تصبح رأسية وأفقية بالكامل لالتقاط صناديق المواد وقياس وزنها وحملها إلى وجهتها. لحسن الحظ، يغطي بلاستيك LEGO العادي جميع الجوانب التي احتجنا إليها، لذا لم يكن من الضروري بناء الروبوت بأي قطع متخصصة أو أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد، باستثناء القدمين. البلاستيك رائع لهيكل وبكرة الروبوت PMR، ولكنه صلب جدًا وليس مرنًا أو مرنًا على الإطلاق. هذا يعني أن الأقدام المصنوعة من بلاستيك LEGO لن تكون جيدة في أي نوع من التضاريس غير المستوية أو الصعبة، وهو ما كان ضروريًا لتصميمنا. لهذا السبب، قرر الفريق اللجوء إلى مادة متطورة ذات مرونة أكبر. في النهاية، قررنا استخدام أبعاد نسخة صغيرة من القطعة المستخدمة لأرجل الروبوت ولكن مصنوعة من مطاط إطارات LEGO. يجب أن تكون هذه القطعة مصنوعة حسب الطلب، لكنها صغيرة نسبيًا، ولا يلزم سوى 6 قطع فقط. ستوضع قطع القدمين بعد ذلك على محور دوار بزاوية 90 درجة تقريباً، حتى يتمكن الروبوت من ضبط تماسكه عند المرور على أرضيات غير مستوية أو عوائق.

في النهاية، كانت المواد المتقدمة المستخدمة في هذا المشروع مزيجاً من المطاط الصناعي والطبيعي وبلاستيك ABS. ساهم البلاستيك في صلابة جسم الروبوت، مع السماح له بالحفاظ على مستوى من المرونة في نظام حمله. استُخدم المطاط لزيادة قدرة الروبوت على الجر، ولإعطائه القدرة على السير فوق التضاريس الصعبة بفعالية.

المراجع:

1. بيكرينغ، ديفيد (1999). كتاب The Ultimate LEGO Book. نيويورك: Dorling Kindersley. isbn 0-7894-4691-x.
2. ثريويت، سي (2020، 11 سبتمبر/أيلول). لن تخمن أبدًا ما هي الشركة التي تصنع أكثر الإطارات في العالم. https://entertainment .howstuffworks.com/lego-tires.htm.
3. S. جمعية مصنعي الإطارات. (2020). ماذا يوجد في الإطار. ماذا يوجد في الإطار | USTMA. https ://www.ustires.org/whats-tire-0#:~:text=The%20two%20main%20synthetic%20rubber,in%20combination%20with%20natural%20rubber.