مشروع مُحاكاة حركة الذّراع البشريّة باستخدام ذراعٍ روبوتيّةٍ مثبّتةٍ على عربة

ماذا يفعل الإنسان حيال أماكن لا يستطيع أن يصل إليها كالخنادق والأنفاق صغيرة الحجم؟ أو حيال أماكن يستطيع أن يصل إليها ولكن بمواجهة خطرٍ حقيقيٍّ من الممكن أن يودي بحياته كأماكن الألغام؟ وماذا عن الأماكن التي يطمح أن يكون بها لينجز صنعته أو هوايته؟ فعند حاجة مشفىً ما في بلدٍ ما لمهارات طبيبٍ معيّنٍ يقطن في بلدٍ آخر ليقوم بعمليّةٍ جراحيّةٍ خطيرةٍ، كان لابدّ من وجود بديلٍ عن الإنسان، وهذا البديل هو إنسانٌ آليٌّ يستطيع القيام بكلّ ما يُطلَب منه سواءً بسلسلةٍ من الحركات المتتالية والثّابتة أو بتحكّمٍ كاملٍ أو جزئيٍّ من الإنسان بحركات هذا الآليّ.

وهنا أتت فكرة المشروع. فعندما نستطيع التحكّم بذراعٍ روبوتيّةٍ مثبّتةٍ على عربةٍ لكي تستجيب لأوامر الإنسان الموجود في مكانٍ آخر عن طريق محاكاة الذّراع البشريّة تماماً، نكون بذلك قد تقدّمنا خطواتٍ عديدةً لحلّ جميع المشكلات التي قد طرحناها سابقاً، فضلاً عن غيرها من المشكلات التي تواجه الإنسان في حياته العمليّة، فتتوفّر له المزيد من الرّاحة والأمان اللّذان يصبو إليهما.

• فكرةٌ عامّةٌ عن المشروع:

المشروع بمجمله هو محاكاةٌ للذراع البشريّة لإنسانٍ يقف أمام الكينكت (حسّاس تتبُّع)، حيث تقوم الذّراع الروبوتيّة بملاحقة هذه الحركة والقيام بنفس الحركات، حيث أنّها تأخذ نفس المواضع التي تأخذها الذّراع البشريّة بالزّمن الحقيقيّ وبشكلٍ سلسٍ. علماً بأنّ الذراع مثبّتةٌ على عربةٍ نقوم بالتّحكّم بها أيضاً عن بعد، وبواسطة هذه العربة نستطيع تحديد الموقع والمكان المناسب التي ستعمل عليه الذراع الروبوتيّة. وبما أنّ المشروع قد صُمِّم للعمل عن بعد فقد تمّ عمل شبكة اتّصالٍ لاسلكيّةٍ تقوم بنقل البيانات (أوامر التّحكّم) بين المرسل والمستقبل وبمعدّل نقلٍ مرتفعٍ.

• طريقة العمل باختصار:

• تقوم الكينكت بملاحقة حركة الذراع لشخصٍ يقف أمامها وتحوّلها إلى بياناتٍ يعمل الحاسب الموصول بها على معالجتها وتفسيرها لإنتاج الأوامر المطلوبة، ثمّ تنتقل رسالة الأوامر من الحاسب المُرسِل إلى الحاسب المُستقبِل الذي يمثّله في تطبيقنا الحاسب اللوحيّ Tablet PC والذي يقوم بدوره بعمليّة المعالجة والتّفسير لهذه الرّسالة ليقوم بما يتّفق مع هذه الرسالة بتوليد رسالة الأوامر الخاصّة بدارتي القيادة وبالتالي تستجيب الذراع والعربة لهذه الأوامر وتقوم بالحركة المناسبة، كما أنّ كاميرا الجوّال المركّبة على الذراع تقوم بإرسال المعطيات التي تصف حالة الذراع والعربة كل على حدىً، وبالتالي يستطيع الإنسان تعديل الأمر بحسب ما يراه على شاشة الحاسب إلى أن يصل إلى الحركة المطلوبة.

• تبعث الكينكت نوعين من الإشارات: إشارة معطياتٍ خاصّةٌ بالتقاط الصورة Image Frame

وإشارة معطياتٍ خاصةٌ بالبعد عن الحسّاس Depth Frame، ممّا يؤمّن للكينكت العمل بفراغٍ ثلاثيّ الأبعاد، وبالتالي ستعمل الكينكت على أخذ القيم المختلفة للموقع ثم يتمّ إرسالها للحاسب بشكلٍ آنيٍّ لتتمّ معالجتها.

• يقوم الحاسب بمعالجة المعطيات وذلك بتطبيقها على برنامج ملاحقة هيكل جسم الإنسان Skeletal Tracking الذي يتزامن تنفيذه مع حركة الذراع وبالزمن الحقيقي، ثمّ يقوم بأخذ إحداثيّات المفاصل Joints coordinates من هذا البرنامج، ومن ثمّ عمليّة معالجةٍ لتصبح هذه المعطيات جاهزةً للإرسال إلى الطرف الثاني.

• يوجد الكثير من الخيارات لنقل المعطيات، فعلى سبيل المثال استخدام USB وكابلات التّوصيل، لكن في هذه الحالة نكون قد خسرنا فكرة وجود الذراع في مكانٍ بعيدٍ عن الإنسان، لذلك سيتمّ النّقل بواسطة شبكة اتصالٍ لاسلكيّةٍ Wi-Fi واستخدام البروتوكولات المُناسبة لهذا الاتّصال.

• وأخيراً ستصل هذه الرّسالة إلى الحاسب اللّوحيّ الذي يقوم بتفسيرها وإرسال المعلومات النّاتجة إلى دارة القيادة بواسطة اتّصالٍ تسلسليّ، والتي بدورها تعطي العربة والذراع الروبوتيّة القيم النهائيّة للقيام بالحركة المطلوبة.

الطرف الأول (حاسبٌ متّصلٌ مع الكينكت).

الطرف الثاني (الذراع الروبوتيّة المثبّتة على عربةٍ، ويظهر الحاسب اللوحيّ الذي يستقبل الإشارات من الطرف الأوّل وبجانبه دارتي القيادة الخاصّة بالذراع والعربة والبطّارية المسؤولة عن تشغيل الروبوت، وتظهر أيضاً قاعدةٌ مثبّتةٌ في الأعلى، تحمل هاتفاً محمولاً للاستفادة من الكاميرا الخاصّة به في توجيه حركة العربة والذراع، يرسل الهاتف المحمول دفق الصور عن طريق الشبكة اللاسلكيّة إلى الطرف الأوّل).

صورٌ لواجهة البرنامج في الطرف الأوّل:

ضبط إعدادات الشّبكة للاتّصال بين الطرفين:

القسم الأيسر: يُظهر ما تراه الكينكت أمامها.

القسم الأيمن: يُظهر قيم الزّوايا بين مفاصل الذراع، كما يُظهر في الأسفل قيم الحركة الخاصّة بالعربة.

القسم الأيمن لإظهار دفق الصّور الذي تمّ استقباله من الطرف الثاني.

القسم الأيسر يحوي أزراراً للتّحكّم باتّجاه حركة العربة، كما يحوي مؤشّراً للتّحكّم بسرعة العربة.

القسم الأيسر يحوي مؤشراتٍ للتحكّم بالذراع بالوضع اليدويّ، أي دون استخدام الكينكت، ويتمّ ذلك بإعطاء قيم الزوايا يدويّاً لكلّ محرّكٍ على حدىً.

صورةٌ لواجهة البرنامج في الطرف الثاني:

يحوي البرنامج عناصر تحكّمٍ بالشبكة بين الطرفين، عناصر تحكّم بالتّواصل مع دارة القيادة، عناصر لإظهار قيم الزوايا التي تصل إلى الطرف الثاني، وعناصر معلومات تخبر بحالة البرنامج في كلّ لحظة.

مقطعٌ مصوّرٌ يُظهر الإجراء العمليّ:

تم عرض هذا المشروع في معرض همك برو الذي هو من تنظيم فريق سند التطوعي