رباتیک
رباتیک شاخه ای میان رشته ای از مهندسی و علم است که شامل مهندسی مکانیک ، مهندسی برق و علوم رایانه و چند رشته دیگر می‌شود . رباتیک شامل طراحی ، ساخت ، راه اندازی و استفاده از رباتها می شود، همچنین مانند سیستم های رایانه ای ، کنترل ، بازخورد حسگرها و پردازش اطلاعات نیز در این گروه قرار می گیرند.
برای آشنایی بیشتر با ربات میتوانید به نوشته ربات چیست مراجعه نمایید.
این فناوریها استفاده می شوند تا ماشینها را به گونه ای ارتقا دهند که جایگزین انسان گردند. رباتها می توانند در هر موقعیت و برای هر منظوری به کار بروند ولی امروزه بسیاری از آنها در محیط های خطرناک ( مانند تشخیص و غیر فعال سازی بمبها ) ، فرآیندهای تولید یا مکانهایی که انسان قادر به حیات نیست ، استفاده می شوند. رباتها می توانند به هر شکل و قیافه ای باشند ولی بعضی از آنها طراحی می شوند تا شبیه انسان به نظر برسند. گفته می‌شود که این کار به این دلیل صورت می گیرد تا رفتارهای این رباتها که از مردم عادی تقلید می‌شود ، بیشتر مورد قبول قرار گیرد. تلاش می‌شود که رباتهای انسان نما بتوانند راه رفتن ، حرف زدن ، شناختن و مخصوصا هر چیزی را که انسان می‌تواند انجام دهد ، تقلید کنند . خیلی از رباتهای امروزی که از طبیعت الهام گرفته شده اند ، در پهنه رباتهای مقلد موجودات زنده قرار می گیرند.
سیستم دست رباتی سایه
ایده ایجاد ماشینهایی که بتوانند به شکل خودکار کار کنند ، به دوران قدیم بازمی گردد ولی تحقیق اساسی در مورد به کاربرد رساندن و استفاده های بالقوه از رباتها تا قرن بیستم انجام نشده بود. در طول تاریخ بارها خاطر نشان شده است که یک روز رباتها خواهند توانست رفتار انسانها را تقلید کنند و کارها را به شیوه مشابه انسان انجام دهند . امروزه رباتیک یک حوزه از علم با رشد سریع است. ، همزمان با ادامه پیشربتهای تکنولوژی ؛ تحقیق ، طراحی و ساخت رباتهای جدید در خدمت اهداف عملی متعددی در حوزه های خانگی ، صنعتی و نظامی انجام می گیرد. بسیاری از رباتها برای انجام شغلهای خطرناک برای مردم انجام وظیفه می کنند ، مانند کار کردن در خنثی سازی بمب ، یافتن بازمانده های زیر آوارهای غیر پایدار ، مین یابی یا جستجوی کشتی های غرق شده .
رباتیک همچنین به عنوان یک هدف آموزشی در مجموعه چند گانه علم ، تکنولوژی ، مهندسی و ریاضی نیز به کار می رود.
ریشه شناسی
رباتیک از کلمه ربات مشتق شده است . خود کلمه ربات برای اولین بار توسط نویسنده ای از اهالی چکسلواکی به نام کارل چاپک و در نمایشنامه ای به اسم کارخانه ربات سازی روسوم در سال 1920 معرفی شد. کلمه روبات از واژه اسلاوی ” روبوتا ” به دست آمده است که در اصل به معنی کارگر به کار می رود. نمایشنامه در مورد یک کارخانه است که آدم های مصنوعی به نام ربات ها تولید می کند ؛ موجوداتی که می توانند با انسانها اشتباه گرفته شوند و این بسیار مشابه ایده های مدرن امروزی در مورد انسان نماها است. کارل چاپک این کلمه را متعلق به خودش نمی داند ، وی یک نامه کوتاه به قسمت ریشه شناسی لغات در فرهنگ انگلیسی آکسفورد نوشته است که در آن برادرش جوزف چاپک را به عنوان ابداع کننده اصلی این کلمه نام برده است.
مطابق فرهنگ انگلیسی آکسفورد کلمه رباتیک اولین بار در نوشته ای توسط آیزاک آسیموف ، در قسمتی از یک داستان کوتاه علمی تخیلی به نام “دروغگو” به کار برده شد. این داستان اولین بار در مجله علمی تخیلی استوندینگ چاپ شد. در آن هنگام آسیموف خودش نمی دانست که این کلمه به نام او ثبت خواهد شد ؛ وی فکر می کرد همان گونه که علم و تکنولوژی مربوط به وسایل الکترونیکی را الکترونیک می نامند ، پس رباتیک به علم و تکنولوژی مربوط به رباتها اشاره خواهد داشت . آسیموف در بعضی از آثارش خاطر نشان می کند که اولین کاربرد کلمه رباتیک در داستان کوتاه او به نام “سرگردانی” ( مجله علمی تخیلی استوندینگ ، مارس 1942 ) بوده است ولی باید توجه کرد که چاپ اصلی داستان “دروغگو” ده ماه پیش از “سرگردانی” بوده است ، بنابراین عموما داستان قدیمی تر به عنوان منشا کلمه شناخته می شود.
رباتیک، علمی با هدف راحتی انسان
امروزه همان طور که شاهد آن هستیم، خانواده‌ها چه در ایران و چه در خارج کشور فرزند خود را تشویق به حضور در کلاس‌های رباتیک و ساخت رباتها می‌کنند و همچنین مسابقات رباتها که در زمینه‌های مختلفی به انجام می‌رسد، با استقبال خوب و رو به رشدی از سوی اکثر کشورها مواجه می‌شود.همچنین رشته‌ی دانشگاهی مهندسی رباتیک و هوش مصنوعی در خارج از کشور با استقبال خوبی از سوی علاقه مندان به این حوزه رو به رو است و زمینه‌های تحقیقاتی و کاری فراوانی برای مهندسین و فارغ التحصیلان این رشته تدارک دیده اند، زیرا این موضوع برای آنها روشن است، که زندگی امروز و فردا‌ی ما، جدا از رباتها امکان پذیر نیست.
برای آشنایی بیشتر با هوش مصنوعی میتوانید به نوشته هوش مصنوعی چیست مراجعه نمایید.
دکتر کارو لوکاس قوکاسیان ، دانشمند برجسته ایرانی و از پژوهشگران به نام سیستم‌های هوشمند در ایران بود. زمینه‌ی پژوهش‌های او پیش‌بینی سری‌های زمانی، مدل‌های عاطفی و منطق فازی است. وی همچنین به عنوان «پدر علم رباتیک ایران» شناخته می‌شود.صحبت‌های ایشان در زمینه رباتیک این جمله را تصدیق می‌کند که :
یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی بشر، علم رباتیک است که با رشد روز افزون دانش بشری، بیشتر وارد زندگی انسانها شده و آن را دست‌خوش تغییر می‌کند.
رباتیک دقیقا یعنی چه؟
رباتیک علم مطالعه فن آوری مرتبط با طراحی ساخت و اصول کلی و کاربرد رباتها است، که با هدف راحتی انسان و افزایش وقت مفید او به وجود آمده است، به عبارت دیگر رباتیک علم و فن آوری ماشینهای قابل برنامه ریزی، با کاربردهای عمومی می‌باشد.
کلمه ربات اولین بار توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R روباتهای جهانی روسیه در سال ۱۹۲۱ ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی (robotnic) به معنی کارگر می‌باشد. تفاوت ربات با انسان از بسیاری جهات قابل چشم پوشی نیست. مثلا خستگی ناپذیری و انجام یک کار تکراری با دقت فراوان و یا کارهایی که توان زیادی نیاز دارند و بازوهای انسان توان لازم برای انجام آن را ندارند به راحتی از عهده رباتها بر می‌آید.
رباتها می‌توانند بسیار ساده و یا با ساختاری پیچیده باشند ولی در همه حالت‌ها ربات، ترکیب علوممکانیک و الکترونیک است.
برخلاف تصور عمومی از رباتها که به عنوان رباتهای انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاههای رباتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه‌ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابل انعطاف، ولی محدودی را انجام میدهند.این دستگاه حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکرد اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر و همچنین ممکن است دارای حسگرها و تجهیزات جانبی باشد.
انواع رباتها
احتمالا این سوال برایتان به‌وجود آمده که ایده اصلی ساخت رباتها چگونه شکل می گیرد و هر ربات از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است.
رباتها همانند کامپیوترها قابلیت برنامه ریزی دارند.بسته به نوع برنامه‌ای که شما به آنها می‌دهید، کارها وحرکات مختلفی را انجام میدهند. رشته‌ی دانشگاهی نیز تحت عنوان رباتیک وجود دارد که به مسائلی از قبیل: “سنسورها، مدارات ، فیدبکها،پردازش اطلاعات و بست و توسعه رباتها” می‌پردازد.رباتها انواع مختلفی دارند از قبیل: “روباتهای شمشیر باز، ربات دنبال کننده خط یا مسیریاب، کشتی گیر، فوتبالیست، رباتهای پرنده و رباتهای خیلی ریز تحت عنوان «میکرو رباتها» و «نانو رباتها» نیز وجود دارند. رباتها برای انجام کارهای سخت و دشواری که بعضی مواقع انسانها از انجام آنها عاجز یا انجام آنها برای انسان خطرناک هستند; مثل: “ربات‌هایی که در نیروگاه‌های هسته‌ای وجود دارند” ،استفاده می‌شوند.کاری که رباتها انجام میدهند، توسط میکرپروسسورها (microprocessors) و میکرو کنترل‌ها(microcontroller) کنترل می‌شود.
شما با تسلط در برنامه نویسی میکرو پروسسورها و میکروکنترل‌ها، میتوانید دقیقا به ربات بگویید همان کاری را که انتظار دارید، انجام دهد.
بعضی از رباتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده‌ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام میدهند، که سایر سیستم‌های پیچیده تر که بطور همزمان چند کار انجام میدهند، از دستگاههای حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند.حسگرهای یک ربات ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوریکه بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربات دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد.، که عیوب کالاهای ساخته شده را تشخیص دهد. بعضی از رباتهای مورد استفاده در ساخت مدارهای الکترونیکی، پس از مکان یابی دیداری علامتهای تثبیت مکان بر روی برد، می‌توانند اجزا بسیار کوچک را در جای مناسب قرار دهند.
رباتها دارای سه قسمت اصلی هستند:
۱. مغز که معمولا یک کامپیوتر است.
۲. محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ‌دنده‌ها و …
۳. سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور و تماسی یا حرکتی باشد.
ربات‌هایی که امروزه بسیار در حال تکاملند، رباتهای انسان نما (human robotic) هستند، آنها قادرند اعمالی شبیه انسان را انجام دهند.حتی بعضی از آنها همانند انسان دارای احساسات نیز هستند.برخی دیگر اشکال خیلی ساده‌ای دارند.آنها دارای چرخ یا بازویی هستند که توسط میکروکنترلرها یا میکروپروسسورها کنترل می‌شوند.در واقع میکروکنترلر یا میکرو پروسسور به مانند مغز انسان در ربات کار می‌کند.برخی از رباتها مانند انسانها وجانوران خون گرم در برخورد و رویارویی با حوادث و مسائل مختلف به صورت هوشمند از خود واکنش نشان میدهند.یک نمونه از این رباتها، ربات مامور است.
برخی رباتها نیز یکسری کارها را به صورت تکراری با سرعت و دقت بالا انجام میدهند، مثل ربات‌هایی که در کارخانه‌های خودروسازی استفاده می‌شوند.این گونه رباتها، کارهایی از قبیل جوش دادن بدنه ماشین ، رنگ کردن ماشین را با دقتی بالاتر از انسان بدون خستگی و وقفه انجام میدهند.بیشتر رباتها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بازار کار مهندس رباتیک
همانطور که در قبل گفته شد، پیش بینی می‌شود که رباتیک یکی از ۱۰ صنعت برتر آینده باشد. کاربرد محصولات رباتیک از محدوده کارخانجات فراتر رفته و در حال ورود به کاربردهای روزمره است.
امروزه کمتر صنعتی را میتوان یافت که در آن از ربات استفاده نشود . بازوهای رباتیکی که بدون استراحت قطعات و محصولات را از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر جا‌به‌جا می‌کنند، رباتهای جوشکار ، رباتهای رنگرز ، رباتهای بسته بند ، رباتهای تراشکار ، رباتهای چاپگر ، رباتهای کنترل کیفیت ، رباتهای سوراخکار ، رباتهای کنترل دما ، رباتهای هشداردهنده‌ی نشت گاز ، رباتهای غربال ، سانتریفوژهای خودکار و … همگی نمونه‌هایی از رباتها در کارخانه‌ها هستند.کارخانجات برای افزایش سرعت و کیفیت و دقت و هزینه‌ی پایین تر به سمت رباتیکی کردن تمامی قسمت‌های کارخانه پیش میروند و در بعضی از قسمت‌ها که برای انسان خطرناک است مانند جوشکاری و رنگ پاشی و سموم شیمیایی ناچار به استفاده از ربات می‌شوند.
مهندسی رباتیک ارتباط زیادی با مهندسی مکانیک، مهندسی کامپیوتر و مهندسی الکترونیک و علوم کامپیوتر دارد. مهندس رباتیک باید برای ساخت روباتها در این علوم مهندسی مرتبط مسلط باشد به عنوان مثال باید در برنامه نویسی و تنظیم الگوریتم بهینه، طراحی مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، طراحی کامپیوتری مدارها، طراحی سیستم آیرودینامیکی و … تبحر و تسلط کافی داشته باشد. مهندس رباتیک به کسب و کارهای مختلف راه حل‌های خودکار و اتوماتیک ارائه می‌کند تا بتوانند کارآمدتر کار کنند. کار دیگر مهندس رباتیک رفع مشکلات موجود در برنامه‌های رباتها و ارائه خدمات فنی به مشتریان است.
رباتیک با مکاترونیک تفاوت های بسیاری دارد که در مقاله مهندسی مکاترونیک میتوانید جزییات آن را مطالعه نمایید.
مهندس رباتیک فردی است که پاسخگوی نیاز صنعت در تحقیق و توسعه، طراحی، تولید، نگهداری و تعمیرات رباتها می‌باشد.
یکی از شاخه‌های اصلی مهندسی رباتیک را میتوان بخش تحقیقات دانست. بنابراین در بخش رباتیک به متخصصانی نیاز است که تحقیقات کرده ، مفاهیم و کاربردهای جدید را یافته و راه‌های پیشرفت مفاهیم و کاربردهای موجود را بیابند. میتوان گفت مهندسی رباتیک زمینه‌ای جذاب برای آنانی است که در حوزه تکنولوژی علاقه و استعداد خوبی دارند.
کار مهندس رباتیک، تحقیق و توسعه طرح‌ها، ساخت نمونه روباتها و بررسی کاربردهای مختلف آنها از حوزه‌های نظامی و خودرو تا حوزه پزشکی و کمک به افراد ناتوان برای رفع مشکلاتشان می‌باشد. همچنین مهندس رباتیک، رباتهای موجود و توانمندی‌هایشان را ارتقا داده و اصلاحات لازم را روی آنها انجام می‌دهد.
آینده شغلی مهندس رباتیک
مهندس رباتیک می‌تواند در دو حوزه صنعت و آموزش و پژوهش مشغول به کار شود. صنایع خودرو، هوافضا، تولید تجهیزات الکترونیکی، هسته‌ای، معدن، نساجی، کامپیوتر، کشاورزی و … نمونه‌هایی از حوزه‌ی صنعت هستند. علاقه‌مندان به مشاغل آموزشی وپژوهشی می‌توانند با کسب مدارک عالی در این حوزه، در دانشگاه‌ها و مراکز آموزش عالی تدریس کنند. از آن‌جایی که مهندسی رباتیک رشته‌ای نوپا در کشورمان ایران می‌باشد، فرصت‌های شغلی خوبی در بخش آموزش عالی وجود دارد.
امروزه بسیاری از صنایع کشور از جمله کارخانه‌هایی مانند فولاد ، خودروسازی ، مواد غذایی و … تقریبا تمام اتوماتیک هستند. اما متاسفانه تمام رباتهای آن وارداتی است و حتی در برخی موارد نصب و کنترل و تعمیر آنها بر عهده‌ی متخصصان خارجی می‌باشد. شرکت‌های فعال داخلی در حوزه رباتیک صرفا به واردات و در برخی از موارد تعمیرات روباتها می‌پردازند.
علیرغم شرکت فعال گروه‌های دانش آموزی و دانشجویی در مسابقات مختلف رباتیک و کسب مقام‌های برتر، توجه کافی و هدفمند به استفاده ازاین نیروها در صنایع و بخش‌های مختلف کشور برای طراحی، تولید و تعمیر و نگهداری داخلی رباتهای مورد نیاز نمی‌شود. در سال‌های قبل این مسابقات فقط در حد کسب یک مقام بوده ، نه ارتباطی با صنایع کشور داشته و نه تاثیری در تبدیل کردن ایران به یکی از قطب‌های رباتیک ایران. کشوری مثل ژاپن که به صورت فعال در بحث تحقیقات رباتیک کار می‌کند و به دنبال ساخت روباتهای انسان نما است، از لحاظ صنعتی و تولید ربات نیز بسیار پیشرفت کرده است تا جایی که یکی از بزرگترین صادرکننده‌های ربات در جهان می‌باشد.
از دیگر مشکلاتی که در این حوزه وجود دارد، عدم شناخت و آگاهی لازم مردم به خصوص کارفرمایان و صاحبان صنایع از شغل مهندسی رباتیک است. به عنوان مثال برخی از کارفرمایان هنوز اطلاعات کاملی از رشته‌ی مهندسی رباتیک و توانمندی‌های مهندسان رباتیک ندارند و در استخدام‌های خود از مهندسان دیگر مانند برق و مکانیک استفاده می‌کنند.
در کنار این موارد حوزه رباتیک در جهان و ایران یک بخش جدید و رو به رشد است. در کشور ما نیز چند سالی است که رشته‌ی تخصصی مهندسی رباتیک ایجاد و فارغ التحصیلانی را به بازارکار ارائه کرده است. البته در بخش آموزش ضعف‌هایی وجود دارد که برای پیشرفت حوزه رباتیک باید رفع شود. یکی از مهم ترین آنها تعداد محدود دانشگاه‌های دارنده رشته‌ی مهندسی رباتیک می‌باشد.
اطلاعات و آمار دقیقی از میزان حقوق مهندسان رباتیک در بخش دولتی و خصوصی کشور در دسترس نمی‌باشد، ولی در بخش خصوصی میزان حقوق و درآمد مهندسان رباتیک متفاوت است. برای یک مهندس مکاترونیک در یک شرکت، بسته به مهارت و تخصص او در آشنایی با سیستم‌ها و نرم افزارهای کامیپوتری درآمد ماهانه ۲ الی ۳ میلیون تومان برای شروع کار به او پرداخت می‌شود.
مهارت در نرم‌افزارهای تخصصی مهندسی رباتیک
مهم‌ترین نرم‌افزارهای تخصصی و کاربردی مهندسی رباتیک
- Webots
- RobotWorks
- Microsoft Robotics
- Solidworks
- Catia
- ADAMS
- Ansys
- Cosmos
- Matlab
- Proteus
- Protel
- Orcad
- LabVIEW
- PicBasic
- bascom
- wincc
منبع
