تم التحكم في الحفارة بناءً على مبدأ الهيكل الخارجي

ربما حاول الجميع مرة واحدة على الأقل الحصول على لعبة من آلة ذات قبضة – ولم يبق لهم شيء، وهم يشتمون مصمميها ويوبخون أنفسهم على حماقتهم. وليس هناك من يغضب منه: إن تنسيق حركات أذرع التحكم مع حركة الرافعة باستخدام “المخالب” أمر غير بديهي. إنها نفس القصة تقريبًا مع الحفارات – فقط المقياس أكبر، وبالتالي فإن العواقب السلبية المحتملة تكون أكثر خطورة. ليس من المستغرب أن يستغرق الأمر سنوات لإتقان المهارات اللازمة لتشغيل مثل هذه المعدات الثقيلة.

قرر المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تقليل مدة التدريب لمشغلي الحفارات. لقد طوروا واجهة تدريب جديدة ستحل محل الرافعات المعتادة في قمرة القيادة في المستقبل وستتلقى ردود فعل ملموسة. ويرد وصف للنظام في مجلة الحاسبات والهندسة المدنية.

يقول المهندس الميكانيكي إيرمانو كريبس، الذي قاد عملية التطوير: “إنها طريقة أكثر طبيعية لقيادة السيارة. ومن خلال هذه الواجهة، نلغي حاجة المشغل إلى بناء الكثير من الروابط الذهنية التي كانت مطلوبة في السابق لتشغيل الحفار”.

ووفقا له، في المستقبل، يمكن التحكم في الحفارات مثل الهيكل الخارجي.

يوضح الباحث: “بدلاً من أذرع التحكم، يمكن أن يكون لدى المشغل هذا المناول المصغر على الجانب الذي يضع ذراعه فيه، مثل الهيكل الخارجي تقريبًا. وهذا يسمح لك بالتحكم في الحفار مباشرة من الكابينة. وإذا تم تنفيذ العمل في ظروف صعبة أو خطيرة، يمكن للمشغل الجلوس في مقطورة خارج الموقع والتحكم في الحفار عن بعد باستخدام نفس المناول”.

نقص الموظفين والحلول الجديدة

تعمل مجموعة كريبس على التفاعل بين الإنسان والروبوت، مع التركيز منذ فترة طويلة على إعادة التأهيل البدني. لم يكن من الممكن أن تأتي الخبرة المتراكمة في وقت أفضل بالنسبة لشركة تصنيع معدات البناء اليابانية سوميتومو للصناعات الثقيلة. إن مشغلي الآلات الثقيلة المؤهلين في أرض الشمس المشرقة يتقدمون في السن، ويستغرق تدريب الموظفين الجدد وقتًا طويلاً.

وكانت نتيجة التعاون أولا مناور على شكل طفرة ودلو. ثم قاموا بتطوير ذراع ميكانيكية وبرمجيات تعمل على مزامنة حركاتها مع محاكاة افتراضية للحفارة. لقد أصبح الجمع بين الذراع الميكانيكية وجهاز المحاكاة الافتراضي بمثابة نظام “واجهة الفضاء العالمية” (WSI) لتدريب المشغلين والتحكم في الحفار، حيث يشير الفضاء العالمي إلى كل شيء خارج كابينة الحفار.

تم اختبار WSI على المتطوعين. وفي تجارب تدريبية في نماذج افتراضية لخمس عشرة بيئة عمل واقعية (مواقع البناء، والطرق السريعة، وطرق الغابات، وضفاف الأنهار، وأعمال المناجم، والمواقع الحضرية والريفية)، تعلموا النظام الجديد والنظام التقليدي. تضمنت كل بيئة أنواعًا مختلفة من العمل – جمع وتفريغ الرمال أو الحصى، وحفر الخنادق وتسويتها، وتنظيف الطرق من الحطام، وإزالة الفروع القريبة من المياه وسحق الصخور، وما إلى ذلك.

سرعة العمل أعلى والتدريب أقصر

تم تصميم التجربة لتكرار المهام التي يؤديها المشغل عادةً خلال دورة تدريبية لقيادة الحفارة تستمر لمدة أسبوع. لمدة سبعة أيام (ساعة يوميًا)، عمل المتطوعون – سواء كانوا ميكانيكيين ذوي خبرة أو مبتدئين – مع كلا النظامين، وأتقنوا المهام المتزايدة التعقيد بالتسلسل.

كان المبتدئون الذين تم تدريبهم بالطريقة القديمة أدنى بكثير من المحترفين، وفي WSI وصلوا تقريبًا إلى مستوى مهاراتهم. كما زادت سرعة العمل: دورة الحفر/التفريغ بنسبة 37%، وصب الرمل في الأنبوب بنسبة 47%.

ويعمل الفريق حاليًا على الإضافة ردود فعل لمسية إلى مناور WSI. والفكرة هي أنه عندما يقوم المشغل بحركة تحاكي، على سبيل المثال، التقاط الحجارة، يقوم المناول بإنشاء قوة استجابة بحيث يشعر الشخص جسديًا بوزن الحمولة – للتأكد من أنه تم الإمساك بها.

تم تطوير المفهوم باحتياطي للمستقبل – في المستقبل سيكون من الممكن تجهيز أنواع مختلفة من المعدات به. وبعد ذلك، يأمل المؤلفون أن يصبح التشغيل سهلاً للغاية بحيث يتمكن الشخص الذي يجلس أمام جهاز التحكم عن بعد لأول مرة من بدء العمل من اليوم الأول.