صفحة 33 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 7: قارن بين أنواع المشغلات الأكثر شيوعاً في التطبيقات الروبوتية.

الإجابة: س7: - محرك تيار مستمر :(DC) دوران مستمر، تحكم بسيط ورخيص. - محرك خطوي (Stepper ): يتحرك بخطوات زاوية، دقيق للتموضع. - محرك مؤازر :(Servo) عالي الدقة، يحوي تغذية راجعة، للمفاصل.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، فهو يطلب منا المقارنة بين أنواع المشغلات (Actuators) الأكثر شيوعاً في الروبوتات. المشغلات هي المكونات التي تحول الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. الفكرة هنا هي استعراض الأنواع الرئيسية وذكر خصائص كل نوع: 1. **محرك التيار المستمر (DC Motor):** هذا النوع شائع جداً. يعمل على توليد حركة دورانية مستمرة وسلسة. من مزاياه أن نظام التحكم فيه بسيط نسبياً وتكلفته منخفضة مقارنة ببعض الأنواع الأخرى. 2. **المحرك الخطوي (Stepper Motor):** هذا المحرك لا يدور بشكل مستمر، بل يتحرك بخطوات زاوية محددة ومضبوطة. هذه الخاصية تجعله دقيقاً للغاية في التحكم في الموضع والزاوية، حيث يمكننا التحكم بعدد الخطوات بدقة. 3. **المحرك المؤازر (Servo Motor):** هذا النوع معروف بدقته العالية. ما يميزه هو احتوائه على دائرة تحكم مغلقة (تغذية راجعة)، حيث يقوم باستمرار بمقارنة موضعه الحقيقي بالموضع المطلوب وتصحيح أي خطأ. لذلك، هو الخيار المثالي للمفاصل في الروبوتات التي تحتاج إلى دقة وثبات في الحركة. إذن، الإجابة هي مقارنة هذه الأنواع الثلاثة بناءً على مبدأ عملها ودقتها وتكلفتها واستخداماتها الشائعة.

سؤال 8: عدد المشغلات التي تتطلب بيانات أكثر تعقيداً لإنجاز المهام المطلوبة. وضح سبب ذلك.

الإجابة: س8: المشغلات المعقدة: - المؤازر (Servo) - خطوي (Steppe r) السبب: تحتاج أوامر تفصيلية (زاوية، سرعة) وتغذية راجعة لإنجاز المهام.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن المشغلات (Actuators) تختلف في درجة تعقيد التحكم بها. بعضها بسيط ويتحرك بمجرد توصيله بالطاقة، وبعضها يحتاج إلى أوامر وتحكم أكثر تفصيلاً لإنجاز المهام بدقة. **الخطوة 2 (التطبيق):** وبتطبيق هذا على السؤال، فإن المشغلات التي تتطلب بيانات أكثر تعقيداً هي تلك المصممة لأداء مهام دقيقة ومحددة. من الأمثلة عليها: - **المحرك المؤازر (Servo Motor):** لأنه يحتاج إلى أمر يحدد له الزاوية المطلوبة بدقة (مثلاً: التحرك إلى 45 درجة). كما أنه يحتوي على نظام تغذية راجعة (Feedback) يرسل بيانات عن موضعه الفعلي، مما يتطلب معالجة هذه البيانات لضمان الوصول للهدف. - **المحرك الخطوي (Stepper Motor):** لأنه يتحرك بناءً على أوامر تحدد عدد الخطوات واتجاهها وسرعتها. لإنجاز مهمة، نحتاج إلى حساب وتسلسل هذه الأوامر بدقة. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك السبب هو أن هذه المشغلات المعقدة تحتاج إلى أوامر تفصيلية (مثل زاوية محددة، سرعة، عدد خطوات) ونظام تحكم يتلقى تغذية راجعة لمراقبة وتصحيح الأداء، وذلك لضمان إنجاز المهام المطلوبة بدقة عالية.

أي من أنواع المشغلات الآتية يتميز بحركة دورانية مستمرة وسلسة، وتكلفته منخفضة نسبياً، ويستخدم في التطبيقات الروبوتية؟

• أ) المحرك الخطوي (Stepper Motor)
• ب) محرك التيار المستمر (DC Motor)
• ج) المحرك المؤازر (Servo Motor)
• د) محرك التيار المتردد (AC Motor)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: محرك التيار المستمر (DC Motor)

الشرح: 1. المشغلات (Actuators) تحول الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. 2. محرك التيار المستمر (DC Motor) يعمل على توليد حركة دورانية مستمرة وسلسة. 3. يتميز ببساطة نظام التحكم فيه وتكلفته المنخفضة مقارنة ببعض الأنواع الأخرى. 4. لذلك، هو الخيار المناسب للتطبيقات التي تتطلب حركة مستمرة غير دقيقة للغاية.

تلميح: فكر في نوع المحرك الذي يعمل بالبطارية ويوفر حركة مستمرة دون خطوات محددة.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

أي من أنواع المشغلات الآتية يتحرك بخطوات زاوية محددة، مما يجعله دقيقاً للغاية في التحكم في الموضع والزاوية؟

• أ) محرك التيار المستمر (DC Motor)
• ب) المحرك الخطوي (Stepper Motor)
• ج) المحرك المؤازر (Servo Motor)
• د) مشغل هيدروليكي

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: المحرك الخطوي (Stepper Motor)

الشرح: 1. المحرك الخطوي (Stepper Motor) لا يدور بشكل مستمر. 2. يتحرك بخطوات زاوية محددة ومضبوطة. 3. هذه الخاصية تتيح التحكم الدقيق في الموضع والزاوية عن طريق التحكم في عدد الخطوات. 4. يستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة تموضع عالية.

تلميح: يتحرك هذا المحرك بخطوات أو درجات محددة، وليس بحركة مستمرة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي من أنواع المشغلات الآتية يحتوي على نظام تغذية راجعة (Feedback) ويستخدم غالباً في مفاصل الروبوتات التي تحتاج إلى دقة وثبات في الحركة؟

• أ) محرك التيار المستمر (DC Motor)
• ب) المحرك الخطوي (Stepper Motor)
• ج) المحرك المؤازر (Servo Motor)
• د) مشغل هوائي

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: المحرك المؤازر (Servo Motor)

الشرح: 1. المحرك المؤازر (Servo Motor) معروف بدقته العالية. 2. يحتوي على دائرة تحكم مغلقة (تغذية راجعة). 3. يقارن باستمرار موضعه الحقيقي بالموضع المطلوب ويصحح أي خطأ. 4. لذلك، هو الخيار المثالي للمفاصل في الروبوتات التي تحتاج إلى دقة وثبات.

تلميح: يتميز هذا المحرك بقدرته على تصحيح موضعه باستمرار بناءً على إشارة مرتدة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي مما يلي يمثل السبب الرئيسي لاحتياج بعض المشغلات (مثل المؤازر والخطوي) إلى بيانات أكثر تعقيداً لإنجاز المهام؟

• أ) لأنها تعمل بجهد كهربائي أعلى، مما يتطلب دوائر حماية معقدة.
• ب) لأنها تحتاج إلى أوامر تفصيلية (مثل زاوية محددة، سرعة، عدد خطوات) ونظام تحكم يتلقى تغذية راجعة لضمان الدقة.
• ج) لأنها تستخدم فقط في الروبوتات الصناعية الكبيرة ذات التكلفة العالية.
• د) لأن سرعتها الدورانية ثابتة ولا يمكن تغييرها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأنها تحتاج إلى أوامر تفصيلية (مثل زاوية محددة، سرعة، عدد خطوات) ونظام تحكم يتلقى تغذية راجعة لضمان الدقة.

الشرح: 1. المشغلات البسيطة (مثل DC Motor) قد تعمل بمجرد توصيل الطاقة. 2. المشغلات المعقدة (مثل المؤازر والخطوي) مصممة لأداء مهام دقيقة. 3. تحتاج هذه المشغلات إلى أوامر تفصيلية تحدد الهدف (زاوية، سرعة، خطوات). 4. تحتاج أيضاً إلى نظام تحكم يتلقى تغذية راجعة لمراقبة الأداء وتصحيحه، مما يزيد من تعقيد البيانات المطلوبة.

تلميح: فكر في الفرق بين مجرد تشغيل/إيقاف المحرك وبين توجيهه لتحقيق موضع أو زاوية محددة بدقة.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

أي من أزواج المشغلات الآتية يتطلب بيانات أكثر تعقيداً للتحكم بهم مقارنة بالآخرين، وفقاً لخصائصهم؟

• أ) محرك التيار المستمر (DC) والمحرك الخطوي (Stepper)
• ب) المحرك المؤازر (Servo) والمحرك الخطوي (Stepper)
• ج) محرك التيار المستمر (DC) والمحرك المؤازر (Servo)
• د) المشغل الهوائي والمشغل الهيدروليكي

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: المحرك المؤازر (Servo) والمحرك الخطوي (Stepper)

الشرح: 1. المشغلات تختلف في درجة تعقيد التحكم. 2. المحرك المؤازر (Servo) يحتاج إلى أمر يحدد الزاوية المطلوبة بدقة، ويستخدم تغذية راجعة. 3. المحرك الخطوي (Stepper) يحتاج إلى أوامر تحدد عدد الخطوات واتجاهها وسرعتها. 4. في المقابل، محرك التيار المستمر (DC) أبسط في التحكم (تشغيل/إيقاف/عكس). 5. لذلك، المؤازر والخطوي هما الزوج الذي يتطلب بيانات أكثر تعقيداً.

تلميح: فكر في المشغلات التي تحتاج إلى تحديد زاوية أو عدد خطوات محددة بدقة، وليس مجرد تشغيل وإيقاف.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط