طقم روبوت ذكي رباعي الدفع متوافق مع أردوينو | مستشعرات بالموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الحمراء | منصة تعليمية للبرمجة الذاتية لمختبرات الروبوتات والهندسة في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات

مجموعة سيارة الروبوت الذكية رباعية الدفع هذه هي منصة تعليمية لعلم الروبوتات تُعرّف المتعلمين على التصميم الميكانيكي والإلكترونيات والبرمجة من خلال روبوت متحرك متكامل الوظائف. تدمج المجموعة مستشعرًا فوق صوتيًا لتجنب العوائق، ووحدات تتبع خطوط بالأشعة تحت الحمراء، ونظام متحكم دقيق متوافق مع Arduino UNO R3. تُركز المجموعة على الوحدات والتجربة العملية، مُقدمةً حلاً متكاملاً للمبتدئين والمعلمين في مجال الروبوتات، ومجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)، وتدريب إنترنت الأشياء.

يعتمد هذا الروبوت على متحكم دقيق ATmega328P مُثبّت على لوحة متوافقة مع UNO، يُعالج مُدخلات مستشعرات الموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الحمراء. تقيس وحدة الموجات فوق الصوتية المسافة باستخدام موجات صوتية عالية التردد؛ وتُساعد ردود أفعالها الفورية الروبوت على التنقل بأمان حول الأجسام. تكتشف مستشعرات الأشعة تحت الحمراء التباين بين الأسطح الداكنة والفاتحة، مما يُمكّن الروبوت من اتباع مسار مُحدد تلقائيًا. يُعلّم هذا التكوين ثنائي المستشعرات الطلاب كيفية تعاون أنظمة الاستشعار المتعددة لاتخاذ القرارات والتحكم في الحركة.

يتميز نظام القيادة بأربعة محركات تروس تيار مستمر متصلة عبر مشغل L298N ثنائي الجسر H. يمكن لكل محرك الدوران للأمام أو للخلف بشكل مستقل، مما يوفر عزم دوران قويًا لحركة دقيقة وانعطافات حادة. يتضمن الهيكل الأكريليكي مواضع تثبيت لولبية لوحدات إضافية مثل مستشعرات البلوتوث أو اللهب أو الضوء. تتيح المواد الشفافة للمتعلمين مراقبة الأسلاك ومحاذاة المكونات بوضوح، مما يعزز فهمهم للهيكل الميكانيكي والتخطيط الكهربائي.

باستخدام بيئة التطوير المتكاملة Arduino IDE، يمكن للطلاب تحميل نماذج أكواد مفتوحة المصدر لاستكشاف تسلسلات الحركة، وتفسير بيانات المستشعرات، والتحكم الشرطي. ومن خلال البرمجة التدريجية، يمكنهم تطبيق ميزات مثل تتبع الخط تلقائيًا، واكتشاف العوائق، والتحكم عن بُعد عبر البلوتوث. يدعم النظام المراقبة التسلسلية، مما يتيح تصور قراءات المستشعرات وردود فعل المحرك لتصحيح الأخطاء وتحسين الأداء.

من الناحية التعليمية، تغطي هذه المجموعة مبادئ الهندسة الأساسية - منطق الدوائر، والتحكم في سرعة تعديل عرض النبضة (PWM)، وتدفق التيار، وتنظيم الجهد، وأنظمة التغذية الراجعة. كما تُعزز مهارات حل المشكلات من خلال التصميم والاختبار التكراري. يمكن للمدرسين دمجها في دورات الأنظمة المدمجة، والروبوتات، والبرمجة التمهيدية. تُتيح هذه المجموعة، دون الحاجة إلى اللحام، مدخلاً سهلاً إلى عالم الميكاترونيات للطلاب من سن العاشرة فما فوق.

تتراوح تطبيقاتها بين المشاريع الصفية والمعارض العلمية ونماذج البحث الأولية لأنظمة أتمتة المستودعات أو أنظمة التوصيل. يضمن تصميمها منخفض الجهد (5 فولت - 9 فولت) السلامة التشغيلية، كما أن حجمها الصغير يجعلها مثالية للتجارب العملية. يمكن للمستخدمين تحسين وظائفها بمكونات إضافية مثل وحدات المؤازرة للتوجيه، ومصابيح LED RGB لمؤشرات الحالة، ولوحات Wi-Fi للتحكم عن بُعد في إنترنت الأشياء.

المواصفات الفنية:

وحدة التحكم: متوافقة مع UNO R3 (ATmega328P)

محرك المحرك: L298N جسر H مزدوج

المحركات: 4 محركات تروس تيار مستمر (دفع رباعي)

أجهزة الاستشعار: الموجات فوق الصوتية + تتبع الخطوط بالأشعة تحت الحمراء

الطاقة: 5 فولت – 9 فولت (بطارية AA أو بطارية ليثيوم)

الهيكل: قاعدة أكريليك شفافة مع فتحات التثبيت

البرمجة: Arduino IDE / لغة C++

الوظائف: تجنب العوائق، وتتبع الخط، والتحكم في السرعة، وتوسيع التحكم عن بعد

تُشكّل هذه المنصة جسرًا بين النظرية والتطبيق، مُحفّزةً المتعلمين على تصميم مشاريع إبداعية مثل روبوتات الدوريات الآلية، والمركبات الكاشفة للضوء، والمستكشفات متعددة المستشعرات. من خلال التجميع والبرمجة خطوةً بخطوة، يكتسب المستخدمون خبرةً عمليةً في هندسة الروبوتات وتطويرها، مما يُرسي أساسًا متينًا للابتكارات المستقبلية في مجال الذكاء الاصطناعي والأتمتة.

① نظام ذكي لتجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية

سيارة الروبوت رباعية الدفع مزودة بوحدة قياس مدى بالموجات فوق الصوتية قادرة على اكتشاف العوائق حتى 400 سم، مما يسمح بالملاحة الذاتية والكبح الذكي. بفضل التحكم في إشارة PWM وحساب المسافة الدقيق القائم على الصدى، يمكن للسيارة التوقف أو تغيير مسارها تلقائيًا عند اكتشاف عوائق. يمكن للطلاب تصور رسم خرائط المسافة، وعتبات المستشعرات، وردود الفعل على الحركة في الوقت الفعلي. هذا يُعلّم مفاهيم الروبوتات الأساسية مثل الوعي البيئي، والمنطق الشرطي، واتخاذ القرارات المستندة إلى البيانات. يعمل النظام بسلاسة باستخدام لوحة متوافقة مع UNO R3 ومحرك L298N ثنائي القناة، مما يضمن أداءً مستقرًا حتى عند السرعات المتغيرة. مثالي لتعلم الأنظمة المدمجة، وتكامل المستشعرات، وخوارزميات تجنب العوائق المستخدمة في المركبات الصناعية والمركبات ذاتية القيادة.

② تتبع الخطوط بالأشعة تحت الحمراء وتخطيط المسار

مزودة بمستشعرين بالأشعة تحت الحمراء، تستطيع السيارة اتباع مسارات محددة مسبقًا ذاتيًا أو التنقل عبر المتاهات. تُميز المستشعرات بين الأسطح المضيئة والداكنة، وتُرسل إشارات رقمية إلى وحدة التحكم لتصحيح المسار. يمكن للطلاب تجربة معلمات ضبط PID مختلفة لتحسين زوايا الانعطاف ودقة الحفاظ على المسار. تُقدم هذه الميزة تطبيقات عملية مثل روبوتات لوجستيات المستودعات أو مركبات التوصيل الذكية. من خلال برمجة مخططات انسيابية منطقية، يُعزز المتعلمون مهارات التفكير الخوارزمي لديهم ويفهمون كيفية تفسير الروبوتات للأنماط البيئية. يُنشئ الجمع بين تتبع الأشعة تحت الحمراء والاستشعار بالموجات فوق الصوتية نظام تحكم هجينًا يُوازن بين الدقة والسلامة.

③ تصميم ميكانيكي معياري للدفع الرباعي مع سائق ثنائي المحرك

يستخدم الروبوت نظام دفع رباعي يعمل بمحركات تروس تيار مستمر، ويتم التحكم فيه عبر مشغل محرك L298N. تعمل كل عجلة بشكل مستقل، مما يوفر توزيعًا متوازنًا لعزم الدوران وثباتًا مُحسَّنًا على مختلف الأسطح، مثل الخشب والبلاط والسجاد. تتميز قاعدة الأكريليك بفتحات مُثقبة مسبقًا لأجهزة الاستشعار ووحدات التوسيع، مما يُسهّل عملية التخصيص. يُساعد هذا التصميم الميكانيكي الطلاب على فهم مبادئ عزم الدوران والاحتكاك وتحويل الطاقة الحركية. تصميم التوصيل والتشغيل المباشر يُقلل من الأخطاء ويضمن سرعة تجهيز الفصل الدراسي. بفضل البرمجة مفتوحة المصدر، يُشكل تصميم الدفع الرباعي أساسًا متينًا للتجارب في الفيزياء والهندسة والأتمتة.

④ البرمجة مفتوحة المصدر مع التوافق مع UNO R3

هذه المجموعة مبنية على بنية UNO R3 (متحكم ATmega328P)، وهي متوافقة تمامًا مع بيئة التطوير المتكاملة Arduino IDE والعديد من المكتبات المفتوحة. يمكن للطلاب تحميل رسومات للتحكم في الحركة، أو دمج المستشعرات، أو تجنب العوائق في دقائق. تتيح بيئة المصدر المفتوح التكامل مع بلوتوث، أو التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء، أو وحدات واي فاي، مما يوسع نطاقها ليشمل إنترنت الأشياء أو الروبوتات التي يتم التحكم فيها عن بُعد. تُدرّس نماذج الأكواد البرمجية المُقدمة البنية، والمتغيرات، والحلقات، والعبارات الشرطية - وهي مثالية للمبتدئين والمتوسطين في البرمجة. من خلال دمج الأكواد البرمجية مع الحركة الميكانيكية في العالم الواقعي، ينتقل المتعلمون من البرمجة المجردة إلى الحوسبة المادية، مما يعزز مفاهيم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) في المنطق والرياضيات والهندسة.

⑤ منصة تعليمية STEM قابلة للتوسيع

يوفر هيكل السيارة منافذ توسعة متعددة (GPIO، تناظري، PWM)، تدعم مستشعرات مثل كاشفات درجة الحرارة، والغاز، واللهب، وشدة الضوء. هذه المرونة تُحوّل الطقم إلى منصة بحثية مصغّرة للأتمتة أو مراقبة البيئة. يمكن للمعلمين استخدامه لتصميم تجارب متعددة التخصصات تجمع بين أساسيات الفيزياء والبرمجة والذكاء الاصطناعي. مع تعليمات التجميع المفصلة والمكونات المُسمّاة، يتعلم الطلاب الأسلاك، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، والمعايرة عمليًا. يضمن نظام الجهد المنخفض 5-9 فولت السلامة أثناء التشغيل في الفصول الدراسية. تُجسّد السيارة الذكية رباعية الدفع القيم الأساسية لتعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات - الإبداع، والتجريب، وحل المشكلات من خلال الهندسة العملية.

سيارة روبوت 4WD، تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية، تتبع الخطوط بالأشعة تحت الحمراء، مجموعة روبوت Arduino، لوحة متوافقة مع UNO R3، روبوت تعليم STEM، مجموعة برمجة DIY، مركبة روبوت قابلة للبرمجة، محرك مزدوج L298N، وحدة استشعار بالموجات فوق الصوتية، مجموعة مستشعرات الأشعة تحت الحمراء، الروبوتات للطلاب، مجموعة الروبوتات التعليمية، مشروع سيارة ذكية، تعلم Arduino STEM، البرمجة للأطفال، هيكل روبوت ميكانيكي، سيارة ملاحة ذاتية القيادة، مجموعة تجميع سيارة روبوت، مجموعة مركبة قابلة للبرمجة، مشاريع روبوت DIY، تجربة إلكترونيات Arduino، منصة تعليم الروبوتات، مجموعة روبوتات المدرسة، مجموعة تعليم صانع، مجموعة تدريب هندسي، سيارة روبوت للمبتدئين، روبوت اكتشاف العوائق، روبوت متابعة الخط، مجموعة التعليم الذكي.