مهندسان رباتیک چه کاری انجام می دهند؟

از ماشین چمن زنی اتوماتیک که برای خانه های ما رانندگی می کند تا سازندگان کوکتل هوشمند در بارها، روبات ها و اتوماسیون زندگی ما را به طرق مختلفی تغییر می دهد. در خط مقدم این انقلاب مهندسان رباتیک را می بینیم که در هر صنعتی که قابل تصور است نوآوری می کنند.
اگر شما علاقه مند به تغییر جهان هستید یا فقط عاشق کار با فناوری آینده نگر هستید، ممکن است حرفه ای در مهندسی رباتیک برای شما مناسب باشد. در ادامه با بررسی آنچه مهندسان رباتیک انجام می دهند، می پردازیم.

مهندسی رباتیک چیست؟

مهندسی رباتیک از جنبه های مهندسی مکانیک، برق و نرم افزار برای طراحی و ساخت ربات برای موارد خاص استفاده می کند. غالباً، این کاربردها شامل تقلید از نقش انسانها در فعالیتهایی مانند جاروبرقی خانگی، جمع آوری و بسته بندی در پردازش سفارش انبار و حتی وسایل نقلیه خودمختار است که می تواند به رانندگان انسان کمک کند یا جایگزین شود. دامنه مهندس رباتیک می تواند کل طیف فعالیتهای انسانی و شاید فراتر از آن را در مواردی که رباتها از تواناییهای انسانی فراتر می برند، شامل شود.
شرکت هایی مانند Myomo و Boston Dynamics مرزهای رباتیک را زیر پا می گذارند. BD ساخته های خود را در نمایش های تلویزیونی مهمی مانند Silicon Valley HBO نشان می داد، در حالی که Myomo با ترجمه سیگنال های عصبی در اندام بیماران به حرکت طبیعی در پروتز رباتیک انقلابی ایجاد می کند.


در همین حال، Boston Dynamics به جای تقویت جنبش انسانی، در ایجاد ربات های انسان نما و شبیه حیوانات با توانایی های فیزیکی است که با همتایان بیولوژیکی خود رقابت می کند. این شرکتها زمینه ساز نوآوری اساسی در صنعت رباتیک در حال حاضر و آینده هستند.

یک روز در زندگی مهندس رباتیک

روز یک مهندس رباتیک بسته به شرکتی که در آن کار می کنند، پروژه ای که در آن کار می کنند و نقش آنها در یک تیم مشخص می تواند بسیار متفاوت باشد. با این وجود، مهندسان رباتیک بسیاری از فعالیتهای روزانه مشترک را دارند.
مهندسان رباتیک قبل از اینکه بتوانند ربات هایی را که محصولات نهایی آنها هستند، مستقر کنند، باید نرم افزار ربات ها را با توجه به مشخصات، به موقع و در حد بودجه طراحی و بنویسند. در مرحله بعدی آزمایش دقیق در محیط های شبیه سازی انجام می شود: آنها داده های آزمایش را جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کنند تا عملکرد ربات و مناسب بودن آن را برای موارد استفاده شده تعیین کنند و هر گونه خطا را در روند ریشه کن کنند. اگر تست ها بدون مشکل باشد، می توانند پروژه را تحویل دهند.
ما می توانیم گردش کار یک مهندس رباتیک را به سه مرحله تقسیم کنیم: ساخت، آزمایش و استقرار، که همه اینها به صورت تکراری اتفاق می افتد. این مهندس همزمان بر روی قطعات کوچکی از عملکرد ربات کار می کند، تا زمانی که محصولشان برای آماده سازی ارسال شود، آنها را آزمایش می کند و پیاده سازی می کند.
پس از تحویل یک پروژه، مهندسان رباتیک نقش خود را تغییر می دهند، از طراحان و سازندگان گرفته تا کارمندان پشتیبانی. مسئولیت اصلی آنها اشکال زدایی نرم افزار، رفع مشکلات از طریق تعامل با تیم های نگهداری و ارائه پشتیبانی فنی از نرم افزار رباتیک است. مراقبت از یک پروژه به اندازه ایجاد آن مهم است.

مهارت های یک مهندس رباتیک

مهندسی رباتیک رشته های مهندسی برق، مکانیک و نرم افزار را با هم ترکیب می کند. در نتیجه، مهارت های آنها گسترده و چند وجهی است. در زیر، برخی از مهارت های اساسی مورد نیاز یک مهندس رباتیک را بررسی می کنیم.

مهندسی برق

ربات ها از اجزای الکتریکی بی شماری تشکیل شده اند: مدارها، موتورها، ریز پردازنده ها و موارد دیگر. ربات ها برای انجام حرکات پیچیده مانند چرخش، رانندگی یا گرفتن نیاز دارند که مهندسان آنها در طراحی و کار با سیستم ها و اجزای الکتریکی تبحر داشته باشند.

ابزار دقیق

ابزارهای فیزیکی مانند سنسورها، شیرهای کنترل و آشکارسازهای فشار به عنوان سیستم عصبی عمل می کنند که به مدارهای رباتیک اجازه می دهد با دنیا تعامل داشته باشند. یک مهندس برای انجام یک کار معین باید مجموعه مناسبی از ابزار را برای ربات خود انتخاب کند. چگونه این ماشین می تواند حرکت عابر پیاده را تشخیص دهد؟ آیا سیستم LIDAR از یک مدل دوربین بهتر است؟

شبیه سازی ربات

ساخت و آزمایش ربات ها در دنیای واقعی گران و وقت گیر هستند. قبل از استقرار نمونه اولیه ربات زنده، ساخت مدل شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزاری مانند Gazebo کارآمدتر است. بخش قابل توجهی از گردش کار مهندس رباتیک شامل طراحی مدل ها، آزمایش الگوریتم ها و آموزش هوش مصنوعی در محیط های شبیه سازی است که می تواند متناسب با هر مورد استفاده شود.

مهندسی نرم افزار

برخلاف مهندسان نرم افزار محض، مهندسان رباتیک نرم افزاری می نویسند که با سخت افزار الکتریکی ارتباط برقرار می کنند تا با دنیای فیزیکی تعامل داشته باشند. آنها در حال توسعه نرم افزاری نیستند که روی رایانه اجرا شود. آنها در حال ساخت ربات هایی هستند که حرکت می کنند و یاد می گیرند. مهندسان رباتیک با استفاده از زبانهایی مانند C ،C ++ و Python یا انواع خاص ربات مانند Kuka، دستورالعملهایی را برای سخت افزار می نویسند، به عنوان مثال، به جاروبرقی ربات می گویند هنگام نزدیک شدن به دیواره، بایستد و بچرخد.

سیستم های کنترل توزیع شده

سیستم های کنترل توزیع شده به گروه های ربات امکان کنترل جداگانه را می دهند. در بالای سلسله مراتب رایانه ها، یک رایانه مرکزی قرار دارد که بر تمام فرایندهای اتوماسیون در سطح بالا نظارت می کند، در حالی که در سطوح پایین تر، رایانه های دیگر گروه های ربات را، نظارت و حتی مستقیم کنترل می کنند.
مشاغلی که این سیستم های کنترل را با استفاده از فناوری هایی مانند PCS7 زیمنس طراحی می کنند، تقاضای بیشتری پیدا می کنند زیرا ربات ها به طور فزاینده ای در روندهای تجاری نقش دارند.

سیستم های عامل

ربات ها کامپیوتر نیستند، اما کامپیوترها آنها را کنترل می کنند. این رایانه ها سیستم عامل هایی مانند Linux یا frameworks تخصصی ربات مانند ROS را اجرا می کنند که رابط های نرم افزاری و سخت افزاری ربات ها را برای مهندسان فراهم می کند.

وسایل نقلیه اتوماتیک

در نقشی با محوریت وسایل نقلیه اتوماتیک، مهندسان باید یاد بگیرند که چگونه اطلاعات بصری (مانند تفاوت بین عابر پیاده و چراغ راهنما) را تفسیر کنند و پاسخ مناسب را از سخت افزار بگیرند.
برای تحقق این هدف، مهندسان رباتیک از دید رایانه ای با کمک هوش مصنوعی برای شناسایی و طبقه بندی اشیا و استفاده از سنسورها یا دوربین های خودرو، استفاده می کنند. سپس آنها از شبکه های عصبی برای شبیه سازی عملکرد محرکهای واقعی استفاده می کنند و هوشمندانه به تغییر محیط پاسخ می دهند.

ساخت

ایمنی، مقیاس پذیری و به حداکثر رساندن بهره وری تولید در هنگام طراحی ربات هایی که برای کار در یک زمینه تولیدی طراحی می شوند، از اهمیت بیشتری برخورداراست. نرم افزاری مانند Delmia و Tecnomatix به مهندسان کمک می کند تا ربات ها را طراحی کرده و عملکرد آنها را در یک کارخانه شبیه سازی شده مشاهده کنند. درست به اندازه طراحی خوب، رعایت سیاست های ایمنی، الزامات خاص صنعت و ارزیابی ریسک قبل از استقرار مهم است.

مدیریت قابلیت اطمینان

هزینه های بالای نگهداری و خرابی فقط برخی از عواقب یک طراحی غیر قابل اعتماد است. برای مدیریت قابلیت اطمینان در رباتیک، از تکنیک هایی مانند تحلیل علل ریشه به طور مداوم در طول فرایند طراحی استفاده می شود تا احتمال یا شدت خرابی را به حداقل برسانید. تحلیل علل ریشه شامل پرسیدن یک سری سوالات “چرا” است تا زمانی که منبع یک مسئله پیدا شود. به عنوان مثال، اگر یک ربات از حرکت باز بماند، در نتیجه تحقیق ممکن است نشان دهد که این مشکل از یک مشکل اتصال با سرور اصلی بوجود آمده است. شما نمی توانید منتظر بمانید تا مشکلی در استقرار نشان داده شود. آن وقت خیلی دیر است.

مستندات

هیچ مهندسی نمی تواند از وظیفه مستند سازی کار خود فرار کند و مهندسان رباتیک نیز از این قاعده مستثنی نیستند. ماهیت چند وجهی رباتیک مستلزم اسناد و مدارکی با کیفیت مناسب است تا به شرکت کنندگان مختلف در یک پروژه اجازه دهد کار خود را به طور موثرتری حفظ و ارتباط برقرار کنند.
تمام مستندات یک پروژه رباتیک می تواند در زمینه های مکانیکی، الکتریکی و نرم افزاری قرار گیرد. مهندسان رباتیک که در سمت مکانیکی کار می کنند، باید ورق های مشخصات، کتابچه های نمونه اولیه کیت و راهنماهای مونتاژ را تولید کنند در حالی که همتایان الکتریکی آنها درگیر ایجاد نمودارهای سیم کشی، خلاصه ابزار دقیق و راهنماهای کالیبراسیون، از جمله سایر اسناد خاص پروژه هستند. این موارد با اسناد مورد نیاز پروژه و برنامه های آزمایشی از طرف نرم افزار تکمیل می شوند.

۶ چالش پیش روی یک مهندس رباتیک

ترکیب سه حوزه مهندسی برق،کامپیوتر و مکانیک در شغل یک مهندس رباتیک، به خودی خود چالش برانگیز است. صرف نظر از اینکه علوم رباتیک به دلیل وابستگی بسیار زیاد به هوش مصنوعی، پیچیدگی‌‌‌های خاص خود را دارد. در ادامه به ۶ چالش متداول شغل مهندس رباتیک اشاره کرده‌ایم:

۱. اکثر ربات‌‌‌های حاضر در صنعت وارداتی هستند و در برخی از موارد نصب، کنترل و تعمیر آن‌‌‌ها نیز به عهده متخصصان خارجی است در واقع شرکت‌‌‌های فعال داخلی در حوزه رباتیک عموما به واردات ربات‌‌‌ها مشغول هستند.

۲. عدم توجه و اعتماد به نیرو‌‌‌ها و مهندسان رباتیک داخلی در کشور

۳. عدم شناخت و آگاهی لازم در جامعه به خصوص کارفرمایان و صاحبان صنایع از شغل مهندسی رباتیک

۴. تعداد محدود دانشگاه‌‌‌ها در ارائه رشته مهندسی رباتیک

۵. پیچیدگی برنامه ربات‌‌‌ها

۶. محدود بودن مواد اولیه و منابع لازم برای ساخت ربات‌‌‌ها

مهندسی رباتیک در ایران

مهندسی رباتیک، رشته‌ای جدید در ایران می‌باشد، فرصت‌های شغلی خوبی در بخش آموزش عالی وجود دارد. در حال حاضر بسیاری از صنایع کشور از جمله کارخانه‌های فولاد ، خودروسازی ، مواد غذایی و … تقریبا تمام اتوماتیک می‌باشند. اما متاسفانه تمام ربات‌ها وارداتی است و در بعضی از موارد نصب ، کنترل و تعمیر آن‌ها بر عهده‌ی متخصصان خارجی می‌باشد. شرکت‌های فعال داخلی در حوزه رباتیک به واردات و در بعضی از موارد تعمیرات ربات‌ها می‌پردازند.

خلاصه

به طور خلاصه یکی از وسیع ترین شاخه های علوم مهندسی همین رباتیک است که شما می توانید به واسطه آن تقریبا وارد هر حوزه و رشته ای شوید. جالب است بدانید به عنوان یک مهندس رباتیک، حتی می توانید در اتاق های عمل در کنار دست پزشکان باشید و به صورت مستقیم و یا غیر مستقیم ربات های اتاق عمل را کنترل کنید. پس می بینید که با رشته رباتیک محدودیت برای شما معنایی ندارد. تنها چیزی که مهم است، یادگیری، توسعه علم و دانش و به روز رسانی دانش رباتیک باید برای شما جذاب و مهم باشد.

حتی می توانید به عنوان یک مهندس رباتیک، رباتی را تولید کنید که مسئول امداد و نجات باشد. در سال های اخیر این ربات ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند و مانند ربات های پزشکی که با جان مردم سر و کار دارند، آن ها نیز می توانند نجات بخش زندگی هم نوعان تان باشند. با این توضیح بیشتر به کارایی و اهمیت رشته رباتیک پی می برید و اهمیت بیشتری برای تخصص خود قائل خواهید شد.

لازم به ذکر است به سختی می توان به عنوان شغل مهندس مدرن رباتیک چند وجهی و سودمند کار کرد. در صورت انتخاب این مسیر شغلی، مهارت های آموخته شده در مهندسی مکانیک، برق و نرم افزار را به کار خواهید گرفت و به انقلابی نوپا در اتوماسیون کمک خواهید کرد. در هر روز ممکن است شما در حال ساخت، آزمایش و استقرار ربات ها یا پشتیبانی از پروژه مستقر شده خود باشید. اما ارزش واقعی یک حرفه در مهندسی رباتیک در توانایی یادگیری طیف گسترده ای از مهارت های ارزشمند در زمینه هایی مانند مدیریت پروژه و مهندسی نرم افزار تعبیه شده، و موارد دیگر است.