الآلة عديمة الفائدة!

عدّل باستمارة وصفة

في هذه الوصفة، سوف نصنع آلة عديمة الفائدة، عند تشغيلها، تقوم تلقائياً بإطفاء نفسها!

إن فكرة هذه الآلة ليست بجديدة، فتاريخها يمتد من الخمسينيات حيث صنع مارفن منسكي - أستاذ الذكاء الاصطناعي في جامعة معهد ماساتشوستس للتقنية MIT- أول آلة من هذا النوع، فاتحًا الباب للعديد من التنويعات عليها أو على مبدأ عملها، هذا المبدأ الذي يشترط أن تقوم الآلة بتنفيذ مهمة في معظمها غير مجدية، أو تفتقر لأي وظيفة عملية، عادةً تصنع بهدف المتعة أو الشغف بالهندسة والاخترقات المسلية، أو حتى لتظهير نقاش فلسفي وجودي أو تهكمي.

في وصفتي، حرصت أن تكون الآلة سهلة البناء، ولكن في استعمالها شيء من التحدي، مما يعدنا بكثير من المتعة، تارةً في بنائها، وتارةً أخرى في اللعب بها. حاولت أيضًا أن أعطيها شخصية فريدة تتبدل مع استخدامها المتكرر، مما يعطي انطباع بان هناك شخص ما "يفكر" داخل الصندوق، وتلك هي إضافتي الأساسيه على هذه الآلة.

إني لسعيد بمشاركتكم تصميمي وفتح مصدره كاملاً، كي يتسنى لكم تعديله، وبالتالي إعطاء الآلة شخصية جديدة خاصة بكم. كما أود الإشارة إلى أنني استندت في تصميمي على لوحة أردوينو Arduino والتي ربما يعتقد البعض أن في استخدامها مبالغة تقنية أو هدر للموارد، ولكن نظرًا للمرونة التي أتاحتها لوحة أردوينو Arduino للوصول إلى أهدافي، فقد ارتأيت استخدامها إذ أنها ستجعل أيضًا برمجة شخصية الآلة أسهل وأمتع!

أدناه تجدون رابط لفيديو يعرض الآلة بعد أن انتهيت من بنائها، يليه الخطوات التفصلية وشفرة المصدر لبنائها

فلنبدأ البناء...

الفيديو: https://www.youtube.com/watch?v=7AZvjG5SpYc

الخطوة 1: التصميم العام ولائحة المواد

إذاً، سوف نصنع آلة، عند تشغيلها، تقوم تلقائياً بإطفاء نفسها!

هي عبارة عن صندوق، لا يظهر منه سوى مفتاح كهربائي، عند دفعه يخرج إصبع من الصندوق ويدفع المفتاح إلى الجهة المعاكسة وبالتالي يوقف عمل الآلة.

تقنيًا، داخل الصندوق هناك لوحة أردوينو Arduino التي تراقب بشكل مستمر قطبية المفتاح، وعند تغيرها من الفلطية 0 إلى 5 (عند دفع المفتاح)، تبعث لوحة أردوينو بإشارة إلى محركي سيرفو بحيث يقوم الأول بفتح باب في الصندوق، ويحرك الثاني إصبع خشبي بإتجاه المفتاح إلى أن يتسبب بدفع الأخير إلى الجهة المعاكسة، وبالتالي إطفاء الآلة. الجدير بالذكر، أن الآلة في الواقع لم تنطفئ، إذ أن لوحة أردوينو لاتزال تراقب قطبية المفتاح تحسبًا لأي تغير في قطبيته، ولكن الظاهر للمستخدم أن الآلة قد انطفأت.

تصميم الدائرة الالكترونية:

(هذه الخريطة الالكترونية رسمت بتطبيق فريتزينغ Fritzing المفتوح المصدر)

بعض الملاحظات على التصميم:

نلحظ أن مفتاح الزناد الكهربائي موصول بال-Arduino في مدخل/دبوس رقم 2, ولكن يمر قبل ذلك بعدد من العناصر الالكترونية (مكثف، مقاوم، ودائرة إلكترونية متكاملة)، هدف العناصر أن تعمل مع بعضها البعض لتنقية الاشارة القادمة من المفتاح، بشكل يمنع صدور أمر تشغيل بالخطأ لل-Arduino (نتيجة تشويش إلكتروني)فمن دون هذه العناصر ستعمل الآلة بمفردها بشكل عشوائي بغير أوامر المستخدم. الجدير بالذكر أنه من الممكن برمجة ال-Arduino بشكل ينقي الاشارة قبل التصرف على اساسها، مما يعفينا من إضافة هذه العناصر ولكنه من ناحية أخرى يعقد قليلاً كود البرنامج. (للمزيد عن هذا الموضوع إتبع هذا الرابط)

أيضاً نرى أن محرك السيرفو خاصة الباب وذلك خاصة الاصبع موصولان في مدخل/دبوس رقم 9 و10 على التوالي. عند تلقي ال-Arduino إشارة من مفتاح الزناد، تقوم ال-Arduino - وحسب برنامجنا المحمل عليها- بإرسال اشارات من نوع مغايرة مده النبض (PWM) وهو النوع المستعمل بشكل عام في التحكم بمحركات السيرفو.

من ناحية أخرى وحسب الشرح الآنف في تقديم هذه الوصفة، نلاحظ أن الآلة تعمل بشكل مستمر (حتى عندما تكون في حالة إنتظار تغير حالة المفتاح)، مما يعني أن هناك إستهلاك دائم للطاقة، لذلك لقد أضفت مفتاح كهربائي آخر ولكن مخفي في أسفل الصندوق، يستخدم لإيقاف الآلة تماماً لتوفير الطاقه اثناء التخزين. الآلة تعمل ببطارية 9 فولت متوافرة بسهولة، ولكن يفضل إستعمال بطاريات ذات سعة أعلى (1 أمبير مثلاً) ولكن بجهد يتراوح بين 6 و 12 فولت كحد أقصى. الجدير بالذكر، أن ال-Arduino تدعم خاصية وضع السكون وكان بإمكاني إستخدام هذا الوضع الموفر للطاقة أثناء عدم عمل الآلة، ولكني فضلت عدم إستخدامه متفادياً تعقيد كود البرنامج.

أيضاً ترون أني وضعت مفتاح يعمل بالضغط عليه ، وهو مستخدم فقط لإعادة تشغيل ال-Arduino إذا لزم الأمر من دون الحاجة لفصل الطاقة عنها، وهو موصول في مدخل/دبوس ال-RESET.

برنامج ال-Arduino

تصميمي يضيف حركات خاصة ومتغيرة بشكل عشوائي في كل مرة يتحرك فيها المفتاح، فقد قمت بذلك من خلال برمجتي لوظائف متعددة في برنامج ال-Arduino معطياً لكلٍ منها أسماً مختلفاً وإنتقالاتٍ حركية مختلفة لكل من الباب والإصبع على حدة. بذلك اعطيت نفسي القدرة على التأليف وبسهوله عدد غير منتهي من الحركات، والتي تعطي بشكل أساسي شخصية للآلة، وتسمح للآخرين بإضافة حركات جديدة.

في كل مرة يتحرك فيها مفتاح الزناد، تختار ال-Arduino بشكل عشوائي أو متسلسل (حسب اختيارنا في كود البرنامج) واحدة من الوظائف المذكورة أعلاه، وتقوم بتحريك الباب والإصبع حسب برمجة وتوقيت الاوامر في هذه الوظيفة، والتي سينتج عنها انتقالات حركية متنوعة تنتهي دائماً بأن يقوم الاصبع بدفع المفتاح إلى الجهة المعاكسة، فإيقاف عمل الآلة.

إذاً كل وظيفة تعادل حركه مكتمله للباب والاصبع حتى عكس اتجاه مفتاح الزناد، ممكن برمجة عدد كبير من الوظائف على أن لايتعدى الحجم الاجمالي للبرنامج سعة ذاكرة ال-Arduino (سعة الذاكرة تختلف حسب نوع دائرة ال-Arduino المستعملة).

لائحة المواد

• صندوق من الخشب أو البلاستيك
• لوحة Arduino (لقد استخدمت لوحة Arduino Diecimila لهذه الوصفة ولكن ممكن إستخدام أي لوحة أخرى)
• عدد 2 x محرك سيرفو. لقد استخدمت Futaba - S3003 المستعملة عادةً في بناء نماذج طيارات متحكمة عن بعد. المهم أن تكون المحركات قادرة على رفع اقله 3 كيلوجرام على بعد 1سم (عزم) لكي تستطيع رفع الباب وتحريك المفتاح ومقاومة المستخدم الى حد معقول إذا حاول وقف حركتهما يدويا.
• بطارية بجهد 6 أو 12 فولت كحد أقصى (لقد استخدمت بطارية 11.1 فولت، 1000 أمبير)
• مفتاح كهربائي كذلك الظاهر في الصور والفيديو
• مفتاح كهربائي آخر لفصل البطارية أثناء التخزين أو الشحن الكهربائي
• مفتاح كهربائي من نوع "ضغط"، سنستخدمه لإعادة تشغيل ال-Arduino من دون الحاجة لفصل الطاقة عنها
• مكثف 10MuF 20V، مقاوم 10KOhm، ودائرة إلكترونية متكاملة 74HC04
• مجموعة من الأسلاك ، ادآة لحام للالكترونيات ، وعدد من أدوات العمل الأخرى حسب الحاجة

الخطوة 2: بناء الصندوق

ممكن إعادة إستخدام أي صندوق موجود لديكم، على أن يستطيع احتواء كل العناصر الالكترونية من ال-Arduino، محركات السيرفو، البطارية والأسلاك، ولكني فضلت بناء الصندوق من الصفر ، ما يعطيني حرية في تحديد حجمه، ومتعة أكبر، كما يترك ذلك بصمة شخصية على الآلة :)

• لقد استخدمت لوحين من الخشب البلسا بسماكة 5mm، هذا الخشاب يستخدم عادةً لبناء نماذج للمباني، أو للطائرات المتحكمة عن بعد، فهو سهل التطويع ، خفيف الوزن، متمسك الحد بعيد، وممكن تقطيعه بسهولة مستخدمين الموس.
• استهلكت 5 أنابيب من غراء Cyanoacrylat (الملقب باللصق سريع المفعول، والمتوفر بسهولة)

هذا هو الصندوق الذي صنعت، وقياساته هي: طول 22 ارتفاع 14 عمق 14 سم:

لاحظ أن قد جعلت الجانب الأعلى مقسوم على شكل باب متحرك يفتح من ناحيتين. ناحية المفتاح ، يفتح لصيانة الالكترونيات داخل العلبة، أما الناحية الأخرى ، فهو الباب الذي ستفتحه الآلة عند دفع المفتاح. لقد استعملت برغي (عدد 4) كمفصلات للأبواب.

الخطوة 3: تثبيت محركات السيرفو والأذرع

نريد أولاً تثبيت محركي السيرفو في مكانهما الصحيحين، وذلك يتطلب شيئاً من التجريب والخطأ، إلى ان نصل الى الأماكن المناسبة.

قبل التثبيت، يجب صنع

1. الإصبع الخشبي الذي سيدفع المفتاح
2. الذراع الخشبي الذي سيرفع باب الصندوق

لقد صنعت كلاهما من خشب البلسا، وجعلتهم أكثر سماكةً لتحمل قدر أكبر من الجهد، بمضاعفة الخشب المستعمل.

إصبع المفتاح إنظر الشكل أدناه(إلى اليسار) ، السيرفو مثبت مباشرةً تحت حافة الغطاء خاصة المفتاح، بشكل أن مركز دوران السيرفو يتعامد مع حرف الغطاء. لهذا التثبيت أهمية كبيرة في السماح للإصبع بالحركة من داخل الصندوق إلى خارجه وبل عكس، من دون أن يلمس أو يتوقف عن الحركة، كما يساعد هذا التثبيت على إستخدام إصبع أقل طولا وتعقيداً نسبه لو أننا ثبتنا السيرفو بعيداً عن حافة الغطاء.

ذراع الباب لاحظ في الشكل أدناه (إلى اليمين)، سيرفو ذراع الباب مثبت إلى جانب الصندوق، بشكل أن مركز دوران السيرفو يبتعد قليلاً (2 سم) عن الباب العلوي، أما الذراع فهو مثبت على السيرفو ويتحرك بمعدل أقصاه 90 درجة من داخل الصندوق إلى خارجه ، مؤدياً إلى فتح باب الصندوق ، كي يستطيع الاصبع بالخروج بحرية من مخبئه!

ملاحظة مهمة عند صناعة الذراع والإصبع ثم تثبيتهما

بما أن لكل صندوق تصنعون قياساته الخاصة، واماكن تثبيت السيرفو، فبالتالي إن أطوال الذراع والإصبع يجب أن تحدد بالنظر والتجريب حسب مقاسات الصندوق الذي صنعتم ، ومن المهم جداً تجريب حركة السيرفو للإثنين خلال مرحلة البناء وقبل التثبيت النهائي.

هنا ادعوكم لتوصيل السيرفو بل-Arduino بشكل مؤقت وإستخدام مثال كود السيرفو خاصة برنامج Arduino IDE، هذا الكود موجود مع أي تنزيله لهذا البرنامج. لمزيد من المعلومات عن إستخدام هذا الكود، إتبع هذا الرابط

إختبرو بهذا الكود ،أدنى واقصى درجة دوران مطلوبة لكلا المحركين، ويجب التجريب مع تركيب الذراع والإصبع. دونو في مكان ما القيمتان المطلوبتان لفتح الباب وأخرى لغلقه، ودونو أيضاً القيمتان المطلوبتان لتحيرك الإصبع كي يدفع المفتاح، وأخرى لإخفاء الاصبع داخل الصندوق.

القيم المدونة هي عبارة عن زاوية دوران السيرفو وهي لا تتعدى 0 إلى 180 درجة.

ستستخدمون هذه القيم الأربعة لاحقاً في تعديل الكود الأساسي لآلتنا الذي سوف نحمله على ال-Arduino في خطوة لاحقة.

عند الوصول إلى القيام النهائية، ثبتو محركات السيرفو والأذرع تثبيتاً نهائياً.

الخطوة 4: التوصيلات الالكترونية

بعد تثبيت محركات السيرفو، والذراع والإصبع في أماكنهم الصحيحة، نستطيع الآن القيام بالتوصيلات الالكترونية متبعين التخطيط المرفق في الخطوة رقم 1, محاولين وضع جميع الأسلاك والعناصر داخل الصندوق من دون التأثير على سهولة حركه الأذرع.

اليكم بعد الصور للتوصيلات النهائية:

ملاحظة :الوصفة في طور الكتابة...