أصبحت برمجة الروبوتات من الأمور الهامة في وقتنا الحالي, حيث أصبحت العديد من الشركات تستثمر في مجال الروبوتات, لكن كيف تتم برمجة الروبوتات؟ وما هي لغات البرمجة المستخدمة في برمجة الروبوتات؟
المحتويات:
1. ما هو علم الروبوتكس؟
يشير مصطلح الروبوتكس Robotics إلى مجال بحث متعدد التخصصات في مجالات العلوم والهندسة والتكنولوجيا. يتمثل هدف هذه الأبحاث في تطوير آلات تقوم بتكرار الأعمال البشرية لتحل محل البشر في العديد من الأعمال.
ونتيجة لذلك, يتضمن علم الروبوتكس تصميم وبناء وتشغيل آلات ذكية تسمى الروبوتات Robots.وتعتبر هذه الآلات مفيدة في العديد من الصناعات مثل الفضاء والرعاية الصحية والتجارة الإلكترونية واستكشاف الفضاء والنقل.
2. مجالات استخدام الروبوتات.
يوجد هنالك خمسة مجالات رئيسية لاستخدام الروبوتات, وهي:
واجهة المشغّل.
تشير واجهة المشغل إلى التفاعل بين الروبوت ووحدة التحكم البشرية الخاصة به, وهي آلية الإتصال بين الفرد والآلة الخاصة به. فعلى سبيل المثال, تعمل وحدة التحكم في عصا التحكم بالألعاب كواجهة مشغّل بين اللاعب ووحدة التحكم.
التنقل والحركة.
يصف التنقل والحركة كيف ينتقل الروبوت من مكان إلى آخر داخل مساحة معينة, وهي تختلف حسب نوع الآلة. على سبيل المثال, تستخدم الروبوتات والطائرات بدون طيار مراوح الحركة أو زعانف السباحة أو العجلات.
المُستجيبات.
يشير هذا الأمر إلى المكون المحدد للجهاز الذي يجعله مثالياً لأداء مهام معينة. يمكن أن تشمل هذه الأجزاء دافعات ومخالب ومقابض وأذرع ميكانيكية وأصابع. على سبيل المثال, عادة ما تكون الروبوتات الصناعية مجهزة بمقبضين لتحريك الأشياء.
الإستشعار والإدراك.
يركز الإستشعار والإدراك على كيفية تحديد الآلة للأشياء في بيئتها والتفاعل مع هذه العوامل, وبفضل هذا المجال, يمكن للروبوت الوصول إلى معلومات مثل مكان ذهابه وأماكن الأشياء من حوله وكيف يتجنبها أثناء حركته.
البرمجة.
تشير البرمجة إلى الأوامر التي تمكّن الروبوتات من العمل في مواقف معينة. يتضمن تصميم وبناء برنامج حاسوبي قابل للتنفيذ لإنجاز مهام معينة. ويوجد هنالك آلاف لغات البرمجة للروبوتات.
إقرأ أيضاً… ما هو إنترنت الأشياء Internet of Things (IoT)؟ كيف يعمل وما هي فوائده ؟
3. ما هي برمجة الروبوتات؟
تشير برمجة الروبوتات إلى عملية تطوير مخطط تحكم لكيفية تفاعل الآلة مع بيئتها وتحقيق أهدافها. عادة ما يتطلب هذا الأمر معرفة أساسية بالرياضيات ولغة البرمجة. على سبيل المثال, تعد لغة البرمجة بايثون Python من أشهر لغات برمجة الروبوتات اليوم.
وإلى جانب تطوير التعلم, يمكن أيضاً استخدام لغة البرمجة بايثون لإنشاء حزم نظام تشغيل الروبوت.وقبل البدء بالحديث عن لغات البرمجة الأخرى, سنتحدث في البداية عن برمجيات تشغيل الروبوتات.
نظام تشغيل الروبوتات.
نظام تشغيل الروبوتات Robots Operating System (ROS) هو برنامج وسيط, وهو عبارة عن مجموعة من أطر البرامج لتطوير برنامج الروبوت. على الرغم من أنه ليس نظام تشغيل, إلا أنه يوفر خدمات مصممة لمجموعة أجهزة حواسيب غير متجانسة.
وتشمل على تجريد الأجهزة والتحكم في الأجهزة منخفضة المستوى وتنفيذ الوظائف شائعة الإستخدام وتمرير الرسائل بين العمليات المختلفة وإدارة حزم البيانات.
برنامج التحكم في الروبوت.
يقوم برنامج التحكم في الروبوت, كما يعبّر عنه اسمه, بالتحكم في الروبوت. وهو عبارة عن مجموعة من الأوامر المشفرة التي تخبر الآلة بالمهام التي يجب أن تؤديها بشكل مستقل. تتضمن بعض المهام اليومية التي يتحكم فيها برنامج الروبوت حلقات التغذية الراجعة وتصفية البيانات ومشاركة الموقع والمعلومات والبيانات.
إقرأ أيضاً… ما هو روبوت الدردشة التفاعلي؟ كيف يعمل, وما هي أهميته للأعمال التجارية؟
4. لغات برمجة الروبوتات.
من بين أكثر من 1500 لغة برمجة في العالم, يوجد هنالك عشر لغات مشهورة في مجال برمجة الروبوتات, وهي:
1. باسكال Pascal.
تعتبر لغة البرمجة باسكال Pascal من لغات البرمجة الأساسية، وتعتبر من لغات البرمجة الجيدة بسبب استخدامها البرمجة المنظمة وهيكلة البيانات.
كما تعد لغة باسكال أساساً للعديد من لغات الروبوت الصناعي. لذا فهي تعتبر نقطة انطلاق مميزة للأشخاص الذين يرغبون بتعلم برمجة الروبوتات الصناعية.
وعلى الرغم من أن لغة باسكال قد تكون قديمة جداً للاستخدام اليومي, إلا أنها قد تساعدك على التعرف على لغات الروبوت الصناعية الأخرى.
2. سكراتش Scratch.
تحظى لغة البرمجة سكراتش Scratch بشعبية كبيرة بين عالم الروبوتات, وتتضمن لغة البرمجة المرئية بشكل أساسي سحب البلوكات وربطها. كنتيجة لذلك, تعتبر لغة سكراتش مثالية للمبرمجين الجدد.
كما أن سكراتش هي لغة البرمجة المفضلة في العديد من نوادي برمجة الروبوتات ودورات التكنولوجيا المعلومات. من غير المرجح أن يقوم محترفوا البرمجة ببرمجة روبوتات بهذه اللغة, إلا أنها تعتبر طريقة مفيدة للمبتدئين.
3. لغات الروبوتات الصناعية Industrial Robot Languages.
في هذه الأيام, يحتوي كل روبوت تقريباً على لغة برمجية خاصة به. قد يكون هذا الأمر من المشاكل طويلة الأمد في مجال الروبوتات الصناعية. ويعني هذا الأمر أنه يجب على المستخدمين تعلم لغة برمجة جديدة في كل مرة يستخدمون روبوتاً من علامة تجارية مختلفة.
4. ليسب وبرولوج LISP and Prolog.
أصبح مجال الذكاء الإصطناعي من المجالات ذات الشعبية الكبيرة. نتيجة لذلك, تحظى لغات برمجة الذكاء الإصطناعي المختلفة على اهتمام أكثر من قبل. وتعتبر LISP و Prolog من أكثر هذه اللغات شعبية.
تعتبر LISP من أقدم لغات البرمجة, وكانت من اللغات الرائدة في العديد من الأمور في علوم الحاسوب مثل إدارة التخزين التلقائية والشرطية والتكرار والوظائف ذات الترتيب الأعلى.
بينما تعتبر Prolog من أولى لغات البرمجة المنطقية. ويتم استخدامها لإثبات النظريات وفي الأنظمة الخبيرة والتخطيط الآلي, وتعتبر هاتان اللغتان من الأجزاء الأساسية لبعض تطبيقات الذكاء الإصطناعي.
5. لغات وصف الأجهزة Hardware Description Language.
يستخدم المهندسون الذين يصممون إلكترونيات منخفضة المستوى للروبوتات لغات وصف الأجهزة لوصف نماذجهم الأولية. وعن طريق استخدام لغة وصف الأجهزة HDL, يمكن للمبرمجين وصف الدوائر الإلكترونية بسرعة باستخدام الكلمات والرموز.
يمكن لبرامج التطوير بعد ذلك تحويل هذا الوصف النصي إلى بيانات قابلة للتنفيذ. لغات وصف الأجهزة الأكثر شيوعًا هي Verilog و VHDL. ويتم استخدامها على نطاق واسع لبرمجة مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs).
6. ماتلاب MATLAB.
يعتمد مهندسوا الروبوتات على MATLAB لتحليل البيانات وتطوير أنظمة التحكم. وبغض النظر عن معالجة البيانات, تستخدم بعض الدورات الجامعية أيضًا لغة البرمجة هذه لأغراض البحث. لكن مع ذلك, يقوم مهندسوا الروبوتات باستخدام MATLAB و Simulink للتصميم لأغراض مختلفة. وتشمل ضبط الخوارزميات ونماذج أنظمة العالم الحقيقي وتوليد الرموز بشكل تلقائي.
7. سي هاش. نت C# /.NET.
C# هي لغة برمجة خاصة من شركة مايكروسوفت Microsoft. وهي اللغة الأساسية لـ Microsoft Robotics Developer Studio. والأخيرة هي عبارة عن بيئة قائمة على Windows للتحكم في الروبوتات والمحاكاة.
وبسبب هذا الأمر, يجب على الأشخاص الذين يرغبون في استخدام النظام تعلم C#. كما تعمل لغة البرمجة أيضًا كأساس لبعض محركات الواقع الافتراضي الشهيرة مثل Unity. مع ذلك, قد لا تكون C# لغة البرمجة التي يمكنك المباشرة بتعلمها بشكل فوري. ويفضل البدء بتعلم لغة C / C ++ أولاً.
8. جافا JAVA.
تعتبر لغة البرمجة جافا JAVA من لغات البرمجة للأغراض العامة. وهي مصممة للسماح لمطوري التطبيقات بالكتابة مرة واحدة وتشغيلها في أي مكان.
وبسبب هذه الميزة, يمكن تشغيل كود جافا على أي منصة تدعمها دون الحاجة إلى إعادة تجميع المكونات. كما يصبح من الممكن استخدام نفس الكود البرمجي على أجهزة مختلفة.
تعتبر جافا من لغات البرمجة المفيدة بشكل كبير في بعض جوانب الروبوتات. وعلى سبيل المثال, تعتبر من اللغات الأساسية في أنظمة الذكاء الإصطناعي في بعض التطبيقات العملية.
9. بايثون Python.
تعد لغة البرمجة بايثون Python من أكثر لغات البرمجة شيوعًا, وذلك بفضل مجال تعلم الآلة سريع النمو. وتتمثل الميزة المهمة لهذه اللغة البرمجية في سهولة استخدامها.
ومع استخدام بايثون, تصبح الأشياء التي تستغرق وقتاً في البرمجة مثل تحديد أنواع المتغيرات غير ضرورية. كما يوجد هنالك العديد من المكتبات المجانية لبايثون.
10. لغة سي و سي بلس بلس C / C++.
تعتبر لغتي C و C ++ هي لغات البرمجة الأولى في مجال الروبوتات, وهي تستخدم في العديد من التطبيقات, كما أنها تسمح بالتفاعل من الأجهزة منخفضة المستوى.
لكن من سلبياتها أنها تستغرق وقتاً أطول من لغات البرمجة الأخرى في تنفيد الوظائف, كما أنها تتطلب المزيد من السطور البرمجية. ومع ذلك, لا تزال تسخدم في برمجة الروبوتات لأنها تدعم الأداء في الوقت الفعلي Real-Time Performance, وهو من الأمور التي تعتمد عليها الروبوتات بشكل كبير.
