التصميم والبناء — من الفكرة إلى الواقع

الأساس الميكانيكي

الهيكل هو الإطار الذي يدعم جميع أجزاء الروبوت. يهدف إلى أن يكون قويًا، خفيفًا، وسهل الصيانة.

يُفضل استخدام أنظمة بناء معتمدة مثل:

• REV Robotics — نظام مرن وسهل التعديل
• goBILDA — دقة عالية وتوافق ممتاز
• Tetrix — قوي ومناسب للهياكل الكبيرة
• Studica Robotics — خيارات متنوعة للمبتدئين والمحترفين

الهيكل الأساسي (Chassis)

Chassis هو جسم الروبوت الرئيسي — الإطار الذي يحمل جميع المكونات الأخرى.

• الحجم والوزن — يجب أن تكون ضمن الحد الأقصى المسموح (حوالي 32 باوند/14.5 كجم)
• التصميم — اختر بين:
  • H-Drive — حركة جانبية بسهولة
  • Mecanum Wheels — حركة في كل الاتجاهات
  • Tank Drive — بسيط وقوي وموثوق
• الثبات — مركز الثقل يجب أن يكون منخفضاً
• إمكانية التعديل — اترك مساحة للإصلاحات السريعة

الآليات المتخصصة (Mechanisms)

بناءً على متطلبات اللعبة، تحتاج إلى آليات مختلفة لجمع ونقل وإطلاق العناصر المختلفة.

الأذرع (Arms)

الذراع هي المسؤولة عن الوصول والتقاط الأشياء من أماكن مختلفة على الملعب.

• Single-Joint Arm (ذراع مفصل واحد):
  • تصميم بسيط: محرك واحد يحرك الذراع
  • مزايا: موثوقة جداً، سهلة الصيانة، قوية
  • عيوب: حركة محدودة، لا تستطيع الوصول إلى زوايا معينة
  • الاستخدام: مثالية للعبات البسيطة والموثوقية أهم من المرونة
• Multi-Joint Arm (ذراع متعددة المفاصل):
  • تصميم معقد: محركات متعددة لمفاصل مختلفة
  • مزايا: مرونة عالية، تستطيع الوصول إلى أماكن مختلفة
  • عيوب: معقدة جداً في البرمجة والبناء، أقل موثوقية
  • الاستخدام: للألعاب المعقدة التي تحتاج مرونة عالية
• Claw/Gripper (القبضة):
  • جزء من الذراع: سيرفو موتور يتحكم في فتح/إغلاق القبضة
  • مزايا: التقاط آمن للأشياء، تحكم دقيق
  • عيوب: قد لا تناسب جميع الأشكال والأحجام
  • النصيحة: اختبر القبضة مع جميع الأشياء التي ستلتقطها

آلية الالتقاط (Intake)

آلية الالتقاط هي الجزء المسؤول عن جمع الكرات أو المكعبات أو العناصر الخاصة باللعبة من أرض الملعب وإدخالها إلى داخل الروبوت.

• Roller Intake (سحب بالأسطوانات):
  • التصميم: أسطوانات دوارة توجه الكرات نحو الروبوت
  • كيفية العمل: تدور الأسطوانات بسرعة لسحب العناصر
  • مزايا: بسيط جداً، فعّال، موثوق
  • عيوب: قد لا تعمل مع جميع أشكال العناصر
  • النصيحة: استخدم موادًا ذات احتكاك عالي (مثل rubber)
• Conveyor Belt (حزام ناقل):
  • التصميم: حزام متحرك ينقل العناصر من مكان لآخر
  • كيفية العمل: الحزام يدور ويجر العناصر معه
  • مزايا: يمكنه نقل عناصر متعددة في نفس الوقت
  • عيوب: معقد أكثر من Roller Intake
  • الاستخدام: عندما تحتاج لنقل عناصر على ارتفاعات مختلفة

نظام الإطلاق (Launcher)

نظام الإطلاق هو الآلية المسؤولة عن إخراج أو إطلاق العناصر التي جمعها الروبوت — مثلاً وضعها في الهدف (goal) أو إسقاطها في منطقة معينة من الملعب.

• Linear Slide (سلايد خطي):
  • التصميم: نظام ينزلق للأمام والخلف بحركة مستقيمة
  • كيفية العمل: محرك يحرك الذراع على سكة مستقيمة
  • مزايا: حركة دقيقة، ثابتة، موثوقة
  • عيوب: محدود بطول السكة
  • الاستخدام: للإطلاق البسيط والدقيق
• Catapult (منجنيق):
  • التصميم: ذراع تُشحن بالطاقة ثم تطلقها بقوة
  • كيفية العمل: تخزين طاقة (عادة بنابض) ثم إطلاقها بسرعة
  • مزايا: قوة إطلاق عالية جداً
  • عيوب: معقد، قد تحتاج لمعايرة دقيقة
  • النصيحة: اختبر المسافة والزاوية بعناية

المواد وأنظمة البناء

اختر النظام الذي تشعر معه بالراحة. كل نظام له مزايا وعيوب:

• REV Robotics
  • مزايا: مرن، سهل التعديل، متوافق
  • عيوب: أثقل قليلاً من goBILDA
• goBILDA
  • مزايا: خفيف، دقيق جداً، معايير موحدة
  • عيوب: أغلى، أقل مرونة من REV
• Tetrix
  • مزايا: قوي جداً، متين
  • عيوب: ثقيل، صعب التعديل

تحريك الروبوت

الحركة هي القدرة على تغيير موقع الروبوت أو أجزائه باستخدام المحركات والعجلات والأنظمة الميكانيكية.

• Motors (المحركات) — للحركة القوية والمستمرة (Drivetrain)
• Servos (السيرفو) — للحركات الدقيقة والمحدودة (الأذرع والقبضات)
• Gears & Chains — لنقل القوة بكفاءة
• Wheels & Tracks — للتنقل على أرض الملعب

المحركات الكهربائية (DC Motors)

المحركات هي قلب نظام الحركة — تحول الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية.

• أنواع المحركات:
  • Core Hex Motor — خفيف وبسيط، مناسب للآليات الصغيرة
  • 312 RPM Motor — سرعة عالية، قوة منخفضة (الحركة السريعة)
  • 223 RPM Motor — سرعة متوسطة (التوازن بين السرعة والقوة)
  • 60 RPM Motor — قوة عالية جداً، سرعة منخفضة (الحمل الثقيل)
• الاختيار الصحيح:
  • للـ Drivetrain — غالباً 223 RPM أو أبطأ
  • للآليات — يعتمد على متطلبات المهمة

السيرفو موتور (Servo Motors)

السيرفو يختلف عن المحركات العادية — يوفر دقة عالية وتحكم موضعي.

• مميزات السيرفو:
  • دقة موضعية — تتذكر الموضع السابق
  • قوة عزم عالية نسبياً
  • حركة محدودة (عادة 180 درجة)
  • سهل التحكم — من البرمجة
• الاستخدامات:
  • فتح/إغلاق القبضات (Claw)
  • التحكم في زوايا الآليات
  • تنشيط الآليات المرحلية

نقل القوة (Gearing & Power Transmission)

نقل القوة بكفاءة أمر حاسم — خسارة الطاقة تعني أداء أسوأ والروبوت سيصبح بطيئاً وضعيفاً.

الترس (Gears)

الترس هو عجلة لها أسنان تتشابك مع أسنان ترس آخر لنقل القوة والحركة بين محورين.

• Spur Gears (التروس المستقيمة):
  • التصميم: تروس على شكل أسطوانة، أسنانها مستقيمة وموازية للمحور
  • الاستخدام: نقل الحركة بين محورين متوازيين
  • مزايا: بسيطة، كفاءة عالية جداً، رخيصة
  • عيوب: قد تُحدث ضوضاء عند السرعات العالية
  • الأكثر استخداماً في FTC
• Planetary Gears (التروس الكوكبية):
  • التصميم: نظام معقد يتكون من تروس صغيرة تدور حول ترس مركزي أكبر
  • الخاصية: تروس صغيرة الحجم لكن تعطي نسب تخفيض عالية جداً
  • مزايا: نسب عالية جداً (30:1 أو أعلى) في حجم صغير جداً
  • عيوب: معقدة في التصميم، أغلى من Spur Gears
  • الاستخدام: عندما تحتاج قوة عالية جداً في مساحة محدودة
• Bevel Gears (التروس المخروطية):
  • التصميم: تروس على شكل مخروطي، أسنانها على السطح المائل
  • الخاصية: تغيير اتجاه الحركة بزاوية (عادة 90 درجة)
  • الاستخدام: نقل الحركة بين محورين غير متوازيين
  • مثال: تحويل الحركة من أفقي إلى عمودي
  • الاستخدام في FTC: نادر لكن قد تحتاجه في تصاميم خاصة

السلاسل والأحزمة (Chains & Belts)

السلاسل والأحزمة هي بدائل للتروس لنقل الحركة والقوة عبر مسافات أطول.

• Timing Belt (حزام ناقل):
  • التصميم: سير مطاطي مرن به أسنان صغيرة
  • كيفية العمل: الأسنان تتشابك مع بكرات (Pulleys) لها نفس شكل الأسنان
  • مزايا: دقة عالية، هادئ جداً، لا ينزلق
  • عيوب: أضعف من السلسلة في نقل القوة
  • الاستخدام: عندما تحتاج دقة وسكوت (مثل نقل الحركة على مسافة)
• Chain (سلسلة):
  • التصميم: سلسلة معدنية متصلة بسلسلة من الروابط
  • كيفية العمل: السلسلة تلتف حول مسننات (Sprockets) مسننة
  • مزايا: قوية جداً، تستطيع نقل قوة عالية، متينة
  • عيوب: أثقل من الحزام، تحتاج صيانة (تزييت وتنظيف)
  • النصيحة: تأكد من شد السلسلة بشكل صحيح دائماً

نسب التخفيض (Reduction Ratios)

نسبة التخفيض تحدد العلاقة بين سرعة المحرك والقوة الناتجة.

• المعادلة الأساسية:
  • نسبة التخفيض = عدد أسنان الترس الكبير ÷ عدد أسنان الترس الصغير
  • مثال: ترس 40 سن ÷ ترس 20 سن = 2:1 (تخفيض مرتين)
• تخفيض أعلى (High Reduction):
  • النسبة: مثلاً 27:1 أو 30:1 أو أعلى
  • النتيجة: قوة أكثر، سرعة أقل
  • الاستخدام: الحركة القوية البطيئة (مثل رفع الأشياء الثقيلة)
• تخفيض منخفض (Low Reduction):
  • النسبة: مثلاً 5:1 أو 10:1
  • النتيجة: سرعة أكثر، قوة أقل
  • الاستخدام: الحركة السريعة (مثل Drivetrain)
• بدون تخفيض (Direct Drive):
  • النسبة: 1:1 (بلا تخفيض)
  • النتيجة: السرعة الكاملة للمحرك، القوة الكاملة
  • الاستخدام: نادراً في FTC

العجلات وأنواع الـ Drivetrain

نوع الـ Drivetrain يؤثر على الحركة والمناورة والموثوقية.

• Tank Drive (الأساسي):
  • عجلات عادية على الجانبين الأيسر والأيمن
  • مزايا: بسيط، قوي، موثوق
  • عيوب: حركة جانبية محدودة
• Mecanum Wheels (الحركة الشاملة):
  • عجلات خاصة تسمح بحركة في كل الاتجاهات
  • مزايا: مرونة عالية جداً
  • عيوب: معقدة، أقل قوة، تحتاج برمجة دقيقة
• H-Drive (الحركة الجانبية):
  • محرك إضافي في المنتصف للحركة الجانبية
  • مزايا: حركة جانبية سهلة مع قوة جيدة
  • عيوب: أكثر تعقيداً من Tank Drive

عقل الروبوت وحواسه

الإلكترونيات هي ما يجعل الروبوت يفكر، يستشعر، ويتفاعل مع بيئته.

• Control Hub / Expansion Hub — وحدة التحكم الرئيسية
• Battery — مصدر الطاقة (12V REV Battery)
• Sensors — حساسات المسافة، اللون، الدوران، إلخ
• Cameras — للرؤية والتعرف على الأشياء
• Wiring — توصيل كل شيء بشكل منظم وآمن

وحدة التحكم (Control Hub)

Control Hub هو دماغ الروبوت — يعالج البرنامج ويتحكم في جميع الأجهزة الأخرى.

• المدخلات (Inputs):
  • موصلات المحركات (Motor Ports) — عادة 4 منافذ
  • موصلات الحساسات (I2C, Analog, Digital)
  • منفذ الكاميرا
• التوصيل:
  • WiFi للتواصل مع الكمبيوتر
  • إمكانية إضافة Expansion Hub للمزيد من المنافذ
• التركيب:
  • ضعها في مكان آمن ومحمي
  • تجنب الحرارة والرطوبة
  • وثّق الأسلاك بوضوح (أي محرك متصل بأي منفذ)

إدارة الطاقة (Power Management)

البطارية هي شريان الروبوت — إدارتها بشكل صحيح ضرورية للأداء الأمثل.

• بطارية REV 12V:
  • السعة: 2500 mAh تقريباً
  • الجهد: 11.1 إلى 12.6 فولت
  • الوقت: تستمر 8-10 دقائق تقريباً (اعتماداً على الاستخدام)
• المراقبة:
  • راقب جهد البطارية أثناء المباريات
  • اشحن البطارية بين المباريات
  • استخدم بطاريات احتياطية
• نصائح للأداء:
  • بطارية مشحونة بالكامل = أداء أفضل
  • تجنب استهلاك الطاقة العبث
  • اختبر البرنامج مع بطاريات مختلفة

الحساسات (Sensors)

الحساسات هي حواس الروبوت — تساعده على فهم البيئة واتخاذ قرارات ذكية.

• IMU (Inertial Measurement Unit):
  • تقيس التسارع والدوران والاتجاه
  • حاسمة للـ Autonomous
• Distance Sensors:
  • قياس المسافة إلى الأشياء (2 سم إلى 30 سم)
  • تجنب العوائق، التوقف عند الموضع الصحيح
• Color Sensor:
  • التعرف على الألوان والكثافة
  • مفيد للتمييز بين الأشياء
• Touch Sensor:
  • كشف اللمس والضغط
  • إيقاف آلي عند الاصطدام
• Encoders:
  • قياس دوران المحركات
  • حساب المسافة المقطوعة

التصميم ثلاثي الأبعاد

الكاد (CAD) هو تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد للروبوت باستخدام برامج متخصصة. يساعد على تصور الهيكل قبل البناء الفعلي وتفادي الأخطاء المكلفة.

برامج مشهورة:

• Onshape — مجاني، سحابي، ممتاز للفرق
• SolidWorks — احترافي وقوي
• Fusion 360 — مجاني للطلاب

شبكة التواصل

الأسلاك هي ما يربط كل مكونات الروبوت ببعضها. تنظيمها بشكل جيد يمنع الأعطال ويسهل الصيانة.

• استخدم كابلات بأطوال مناسبة (لا طويلة جدًا ولا قصيرة)
• ثبّت الأسلاك بشكل آمن باستخدام cable ties
• رتّب الأسلاك بشكل واضح (ألوان أو علامات)
• تجنب الالتواء والضغط على الأسلاك

إدارة القطع والأدوات

فريق الجرد مسؤول عن تتبع كل الأدوات والقطع المستخدمة في الروبوت. التنظيم الجيد يوفر الوقت ويمنع ضياع المكونات.

• صنّف القطع حسب النوع (براغي، محركات، أسلاك، إلخ)
• استخدم صناديق تخزين منظمة وواضحة
• احتفظ بسجل لكل القطع (Spreadsheet أو App)
• راجع المخزون بانتظام لتجنب النقص