ربات‌های دانشگاهی

بسم الله الرحمن الرحیم

در این گزارش سعی شده تا برخی از ربات‌های طراحی و ساخته شده در دانشگاه‌های ایران مورد بررسی اجمالی قرارگیرند.

دانشگاه شریف

1- ربات اجتماعی آرش به منظور بکارگیری در محیط‌های درمانی کودکان

ربات‌های اجتماعی دسته‌ای از ربات‌ها هستند که برای تعامل با انسان‌ها و با یکدیگر طراحی می‌شوند و در تعاملات انسانی تقریباً مشابه انسان‌ها عمل می‌کنند.

هدف اصلی این طرح، طراحی و ساخت یک ربات اجتماعی سیار جهت کمک‌رسانی به بهبود فرایند درمان کودکان سرطانی در محیط‌های بیمارستانی است. این طرح به دنبال ساخت ربات متحرکی است که با هزینه کمتر و درجات آزادی مناسب بتواند امکان بهره‌گیری گسترده از این فناوری را در کشور هموارتر کند. این ربات باید بتواند در محیط‌های بیمارستانی حرکت کند و با قرار گرفتن در کنار کودک با وی ارتباط و تعامل برقرار کند.

هدف از ساخت ربات‌های اجتماعی، ایجاد هم‌افزایی در سیستم‌های ترکیبی انسان-ربات است. جذاب‌ترین گونه‌ی ربات‌های اجتماعی، ربات‌های انسان‌نما هستند که با توجه به تنوع بالای آن‌ها در اندازه، قابلیت حرکتی، گفتاری و شنیداری، می‌توانند دوست، همراه و معلم خوبی برای کودکان باشند.

امروزه تعداد زیادی از کودکان به علت بیماری‌های مختلف در بیمارستان‌ها بستری هستند. با توجه به این نکته که در کشور بخش قابل‌توجهی از بیماران بستری در بیمارستان‌ها را کودکان تشکیل می‌دهند. علاقه کودکان به فناوری به‌ویژه ربات‌ها می‌تواند موجب کاهش اضطراب و سایر تنش‌های عصبی در طول مدت درمان شود و میزان همکاری کودکان با پزشکان را در طی معالجات افزایش دهد. ازاین‌رو استفاده از ربات در محیط بیمارستان به‌منظور ارتباط با کودکان می‌تواند به بهبود آن‌ها کمک کند.

این ربات‌ها در حین تعامل با کودکان ممکن است تعادل خود را از دست بدهند و دچار آسیب بشوند. از این‌رو استفاده از ربات‌های دوپای تجاری رایج به‌صورت طولانی‌مدت احتمال آسیب به ربات را افزایش می‌دهد. از طرفی دیگر، این ربات‌ها به دلیل تعامل با کودکان باید در بخش‌های مختلف بیمارستان حرکت کنند. از این‌رو طراحی و ساخت یک ربات سیار، با مکانیزم حرکتی مناسب، برای تعامل با کوکان در محیط بیمارستان ضروری به نظرمی‌رسد. این ربات باید بتواند در محیط بیمارستان (شامل سالن و اتاق کودکان) حرکت کند و با قرار گرفتن در کنار تخت بیمار با وی ارتباط و تعامل برقرار کند.

· ویژگی‌ها:

- 130 سانتی‌متر ارتفاع ربات

- 24 کیلوگرم جرم

- 14 درجه آزادی

- دارای سنسورهای تشخیص چهره و فاصله

2- ربات اجتماعی رسا به منظور آموزش زبان اشاره به کودکان ناشنوا

استفاده از ربات‌های اجتماعی انسان‌نما در آموزش زبان اشاره به کودکان ناشنوا از جمله پژوهش‌های نوین در عرصه رباتیک اجتماعی محسوب می‌گردد. زبان اشاره برای کودکان ناشنوا، همچون زبان گفتار برای کودکان شنوا، ضمن اینکه ابزار اصلی ارتباطی آنان با افراد پیرامون خود محسوب می‌شود، نقش بسیار به سزایی در شکل‌گیری فکری و شناختی آن‌ها ایفا می‌کند. از این رو آموزش زبان اشاره به این کودکان از سنین ابتدایی کودکی، امری لازم و ضروری می‌نماید. تحقیقات نشان داده‌اند که به کارگیری ربات اجتماعی در فرآیند آموزش به کودکان می‌تواند بازده آموزشی آنان را تا حد زیادی بالا برده و همچنین با توجه به تحقیقات روانشناختی کودک، به عنوان یک بازی در رشد فکری آن‌ها مؤثر واقع گردد.

ربات رسا یک ربات بالاتنه انسان‌نمای اجتماعی آموزشی است که قادر خواهد بود به عنوان دستیار معلم زبان اشاره در کلاس چندین جلسه‌ای آموزش زبان اشاره به کودکان ناشنوا و کم‌شنوا مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به اهداف کاربردی و پژوهشی در طراحی و ساخت این ربات‌ اجتماعی انسان‌نما، رسا دارای مشخصات زیر خواهد بود:

- قابلیت اجرای علامت‌های زبان اشاره فارسی با توجه به ساختار سینماتیکی موجود در سر، بازوها و دست‌های ربات. این قابلیت مهمترین ویژگی ربات برای تعامل با کودکان ناشنوا و کم‌شنوا و استفاده به عنوان دستیار آموزشی زبان اشاره می‌باشد.

- قابلیت تعامل و ارتباط با محیط پیرامون توسط سامانه تشخیص گفتار ربات. بدین ترتیب ربات قادر خواهد بود با دریافت و پردازش یک کلمه، عملیات برنامه ریزی شده را به اجرا درآورد. واضح است که این عملیات توسط بازی‌های طراحی شده در کلاس زبان اشاره مشخص میگردد.

- قابلیت تعامل و ارتباط با محیط پیرامون توسط سامانه پردازش تصویر ربات، به این نحو که ربات قادر خواهد بود با دریافت تصویر علامتهای زبان اشاره توسط کاربر (کودک ناشنوا) و پردازش آن و ایجاد فرمان دلخواه (که توسط بازی‌های طراحی شده در کلاس زبان اشاره مشخص می‌گردد)، نقش خود را به عنوان دستیار آموزشی زبان اشاره ایفا کند.

- با بهره‌گیری از طراحی بهینه بر اساس قیمت، فرآیندهای ساخت مناسب همچون فناوری چاپ سه‌بعدی، و انتخاب بهینه بر اساس قیمت عملگرها و حسگرهای ربات رسا، هزینه ساخت و تهیه در عین حفظ کیفیت و کارآیی آن، کاهش یافته است.

- با بهره‌گیری از فرایندهای ساخت سریع و کم‌هزینه (چاپگر سه‌بعدی)، سرعت تعمیر و نگهداری ربات افزایش و قیمت آن کاهش‌یافته است. این ویژگی مخصوصاً برای ربات‌های اجتماعی که به مدت طولانی در پروژه‌های رباتیک اجتماعی همانند پروژه‌های آموزشی توسط ربات، مورد استفاده قرار می‌گیرند بسیار پراهمیت است.

3- ربات RoMa

ربات RoMaربات مانکنی است که براساس نوع لباسی که بر تن دارد، حرکات برنامه‌ریزی شده‌ای را اجرا می‌کند. روما فقط یک مانکن زنانه نیست و مدل مردانه آن نیز با همین نام و مطابق با ارزش‌ها و معیارهای ایرانی-اسلامی طراحی شده است. قابلیت‌ها و ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که نگاه‌های مشتریان را تسخیر خواهد کرد. این مانکن براساس معیارهای فرهنگی ایرانی-اسلامی به شکلی جذاب و البته متفاوت از مانکن‌های متداول طراحی شده است که هم سبک و هم قابل حمل است.

دانشگاه اصفهان

1- ربات توانبخشی زانو

این ربات می‌تواند مشکلات ناشی از عدم دقت در انجام فیزيوتراپي، عدم تکرار مناسب تمرينات، مشکل بودن مراجعه مستمر به مراکز توانبخشي خدمات انساني در هنگام انجام فيزيوتراپي را حل نمايد.

ربات طراحی شده دارای حداقل وزن و پیچيدگي است به گونه‌اي که ساخت آن براي هر فرد به طور مجزا امکان‌پذير است. نمونه اصلي دستگاه براي افراد با قد و وزن‌هاي مختلف قابل تنظيم است و از يک ربات چندين نفر مي‌توانند استفاده کنند. علاوه بر اينكه براي استفاده در مراكز توانبخشي هيچگونه محدوديتي ندارد.

ساختار مکانیکي اين ربات مشابه بريس پايين تنه است و براي تامين نيروي مورد نياز از موتورهاي الكتريكي در مفاصل ران و زانو استفاده مي‌كند. کنترل موتورها از طریق جعبه فرمان و بر اساس خواست کاربر و یا پزشک انجام می‌شود. انواع ربات‌ها توسط موبايل با استفاده از اپليکيشن‌ها و سخت افزار الكترونيكي كنترل مي‌شوند.

2- ربات کروی

ربات کروی هوشمند متشکل از یک پوسته كروی و یك مكانيزم داخلي است كه حركت پوسته را تامين مي‌كند. اين ربات قابليت حركت و چرخش در تمامي جهات را داراست و با توجه به شكل ظاهري، هيچگاه واژگون نمي شود. از برجسته ترين مزاياي اين ربات مي‌توان به ميزان مصرف انرژي بسيار پايين اشاره كرد.

این ربات همواره سطح تماس بسیار کمی با زمین داشته و مکانيزم حرکتي آن به گونه اي طراحي شده است که از نيروي گرانش زمين براي حركت كمك مي‌گيرد و به اين دليل ميزان توان مصرفي اين ربات بسيار پايين است.

آنچه در این ربات بسیار قابل ملاحظه است وجود صفحه ای ثابت و افقی با وجود دوران کره است. همين امر موجب مي شود که بتوان روي اين صفحه افقي، دوربين نصب کرد. گفتنی است در این ربات، ۴ حسگر به کار رفته است که عبارتند از انکودر، ژیروسکوپ، تشخیص گاز و دماسنج. حسگر ژيروسكوپ به عنوان زاويه سنج، شتاب سنج و سرعت سنج به طور همزمان عمل ميكند؛ انكودر براي گزارش موقعيت ربات درباره حركت سيستم به صورت سانتي‌متري؛ حسگر گاز براي شناسايي گازهاي خطرناك CO؛ LPG و CH۴ به کار رفته اند». حسگر لیزر به منظور جلوگیری از برخورد با مانع و دماسنج نیز براي گزارش دماي محيط و اعلام آن به اپراتور، در اين ربات مورد استفاده قرار گرفته است. ربات کروي، از کنترل بي سيم استفاده مي‌كند كه مستقيما به ابزارها مثل لپ تاپ و موبايل وصل مي‌شود و در نتيجه با گوشي و لپ تاپ يا تبلت مي‌توان اين ربات را هدايت كرد.

از پردازنده ARM در این ربات استفاده شده که امکان نقشه برداری یا slam و تصویربرداری و نقشه برداری از محیط و ارسال اطلاعات به صورت آنلاين را براي مان ميسر مي کند، چون نيمکره بالايي اين ربات تقريبا خالي است؛ مي توان هر گونه ادوات ديگر را به قسمت بالاي آن اضافه کرد و همين امر موجب شده اين ربات کروي براي امور نظامي كاربرد داشته باشد.

از کاربردهای این ربات می توان به استفاده از آنها در مناطق خطرناک، همانند مکان هایي که نشت گاز دارند و يا ميزان خوردگي در آنها بالاست اشاره كرد. زیرا این ربات به لحاظ دارا بودن پوسته محافظ کروی، کمترین تاثير را از محيط مي پذيرد. در اين زمينه، ربات کروي براي صنايع پتروشيمي، نفت و گاز يا مناطق اسيدي کاربرد دارد. اين ربات با اسكن دقيق از كل محيط به شكل سانت به سانت مي تواند ميزان آلاينده ها را در هر موقعيت مكاني تخمين بزند و در نتيجه به راحتي مي تواند منبع نشت گاز را تشخيص دهد.

شایان ذکر است از هوش مصنوعی و الگوریتم پیشرفته‌اي مثل شبکه عصبي در اين ربات استفاده شده که قدرت يادگيري را به ربات مي دهد. در واقع، ربات نوع حرکت را ياد مي‌گيرد و مي تواند آن را در دفعات بعد به صورت هوشمند تقليد كند. همانطور كه گفته شد، با توجه به اينكه صفحه افقي در اين ربات وجود دارد كه همواره افقي و ثابت باقي مي ماند، توانسته ايم با نصب دوربين بر روي آن و ارسال آنلاين تصاوير به كاميوتر سرور براي اين ربات كاربرد نظارتي تعريف كنيم. اين دوربين با قابليت پردازش تصوير قادر خواهد بود موارد غير معمول را به اپراتور اطلاع دهد. این ربات مجهز به ماژول سیم کارت است و در فواصل دور اپراتور از طریق اینترنت قادر به هدايت ربات خوهد بود.

دانشگاه بوعلی سینا

1- ربات تصويربردار كارت هاي زرد در گلخانه

كارت‌هاي زرد چسبان در گلخانه به عنوان تله‌هايي براي مبارزه غير شيميايي با آفات استفاده مي‌شوند. اين كارت‌ها با خاصيت چسبندگي و رنگ زرد خود، باعث جذب و به دام افتادن حشرات مي‌شوند.ربات تصويربردار حاضر به منظور حركت خطي در گلخانه و تصوير برداري از كارت هاي زرد چسبان طراحي و ساخته شده است. منطق كاركرد اين ربات بر اساس آموزش ماشيني Machine Learning مي باشد، به اينصورت كه پس از نصب كارت ها ابتدا يكبار موقعيت آنها بر اساس الگوريتم هاي دقيق به ربات آموزش داده مي شود و در دفعات بعد ربات بصورت اتوماتيك و به دفعات نامحدود از كارت ها تصوير تهيه مي كند.

دانشگاه تبریز

1- ربات عمود پرواز آتش نشان

در اختراع حاضر طرح جدیدی از یک ربات عمود پرواز شش موتوره مجهز به کپسول اطفاء حریق ارائه شده است که از ویژگی بارز این ربات توانایی عملکرد مستقل آن برای مهار آتش است که در طرح های مشابه وجود ندارد. همچنین بکارگیری دوربین و سنسورهای تشخیص گاز امکان بررسی بدون مخاطره محل حادثه را به ماموران آتش نشانی می دهد.

2-ربات پرنده خورشیدی

این ربات با شارژ کردن دائمی منبع تغذیه خود توسط پنل های خورشیدی و آیرودینامیک، پهباد بسیار مناسب برای فرود و برخواست عمودی در مکان های نامناسب و ناهموار بدون باند فرود، و توانایی پرواز افقی سریع است.

این پهپاد از جنس مواد کامپوزیتی ساخته‌شده و تمامی سیستم‌های کنترلی آن از نوع الکتریکی و مکانیزم های مکانیکی است، که ابعاد و وزن تمام‌شده آن مناسب برای حمل در مناطق ناهموار توسط یک فرد است و وزن تمام‌شده آن با دوربین در حدود 4 کیلوگرم است. قابلیت حمل توسط یک نفر و نیز زمان پرواز بیشتر از 3 ساعت برای مقاصد در شعاع 30 کیلومتری و ... از جمله قابلیت های این ربات پرنده است.

3- دو بازوی رباتیک جراح

این بازوهای رباتیک هم می‌تواند به صورت جراح اصلی برای انجام عمل جراحی و هم به صورت کمک جراح برای نگهداری دوربین های اندوسکوپ مورد استفاده قرار گیرد.

این بازوهای رباتیکی با بهره گیری از یک سیستم مختصات کروی قابلیت پوشش فضای کاری مورد نظر جراحان در جراحی از راه دور را که بر پایه جراحی لاپاراسکوپی انجام می پذیرد، دارد. عملگر نهایی این ربات به راحتی در همه نقاط مورد نیاز در اختیار جراحان قرار می‌گیرد.

استفاده از این بازو به یک ابزار جراحی محدود نمی شود و طیف گسترده‌ای از ابزارهای جراحی را پوشش می دهد، این بازو همچنین امکان استفاده از اکثر ابزارهای جراحی که دارای قطرهای بین پنج تا 15 میلیمتر هستند را فراهم می‌کند که از جمله مزیتهای مهم این بازو به شمار می‌رود.

دانشگاه تهران

ربات جراح سینا

سامانه جراحی رباتیک سینا مدل فِلِکس می‌تواند در انواع عمل‌های آموزشی جراحی (مدل‌های حیوانی) در حفره شکمی و قفسه سینه حتی از راه دور مورد استفاده قرار گیرد. این سامانه از دو بخش اصلی: ۱- کنسول جراحی از راه دور و ۲- ربات‌های جراح مستقر بر بالین بیمار (شامل اسلیوها و روبولنز) تشکیل شده است. دسته‌های موجود در کنسول جراحی حرکات دستان جراح را ثبت و همزمان ربات‌های جراح بر بالین بیمار، همان حرکات را در بدن بیمار اجرا می‌کنند. ارتباط بین ربات‌های راهبر در کنسول جراحی با ربات‌های پیرو بر بالین بیمار از طریق اینترنت میسر شده است و لذا عمل جراحی می‌تواند در دورترین نقاط کشور یا حتی بر روی یک ناو اقیانوس‌پیما از راه دور کنترل و انجام شود. سامانه جراحی رباتیک سینا با موفقیت در آزمون‌های فنی و حیوانی اولیه تست شده و قرار است نمونه‌های جدید آن در مراکز آموزشی بیمارستان‌های سینا و شریعتی دانشگاه علوم پزشکی تهران به منظور آموزش روش‌های جراحی رباتیک روی مدل‌های حیوانی مورد بهره‌برداری قرار گیرند.

قابلیت‌های منحصر به فرد و مزیت‌های رقابتی این ربات در مقابل نمونه خارجی عبارتند از:

· قابلیت بازخورد و انتقال حس لامسه از محل عمل به دستان جراح

· قابلیت اتصال به یک سمت یا هر دو سمت تخت جراحی (بسته به نوع عمل) و حرکت همراه با تخت جراحی و بیمار حین عمل

· قابلیت استفاده از ابزارهای متداول جراحی و عدم نیاز به ابزارهای مصرفی خاص و گران‌قیمت

· قابلیت تغییر حالت استفاده توسط جراح از نشسته به ایستاده و بالعکس حین عمل جراحی

· عدم نیاز به هزینه‌های گزاف تعمیر و نگهداری سالیانه در مقایسه با نمونه خارجی

· قیمت رقابتی کمتر از نصف تنها رقیب آمریکایی

سورنا 4

ربات انسان نمای سورنا ۴ می‌تواند متن را به گفتار تبدیل کند. این ربات انسان‌نما یک محصول کاملاً ایرانی است و به شکل بومی توسط نخبگان ایرانی در دانشگاه تهران طراحی شده است. این ربات ۱۷۰ سانتی‌متری و ۷۰ کیلوگرمی توانایی راه رفتن با سرعت ۷/. کیلومتر را دارد و می‌تواند درجا دور بزند. این ربات، توانایی حرکت آنلاین به جوانب را دارد و می‌تواند به سمت عقب نیز حرکت کند. ربات انسان‌نمای سورنا ۴ می‌تواند روی سطوح ناهموار حرکت کند و تعادل خود را در صورت بروز اغتشاش بازیابی کند. هم‌چنین توانایی شوت زدن، انجام حرکات متنوع چون دست دادن، ادای احترام، جابجایی و بلند کردن اشیا نیز از دیگر توانمندی‌های این ربات است.

دانشگاه سمنان

1- ربات کابلی معلق

رباتهای کابلی نسل جدیدی از ربات های موازی میباشند که در آنها از کابل برای ایجاد حرکت مورد نظر استفاده شده است. سینماتیک و دینامیک نسبتاً پیچیده رباتهای موازی از مهمترین دلایل استفاده از کابل در این گونه رباتها بوده است. ساختمان یک ربات کابلی متشکل از یک مجری نهایی میباشد که توسط کابلهای محرک به پایه متصل گردیده اند. این رباتها در حالیکه مزایای رباتهای موازی نظیر سرعت و شتاب بالا و قابلیت حمل بار بالا را دارا می‌باشند فاقد برخی محدودیتهای رباتهای موازی نظیر فضای کاری کوچک می‌باشند. این رباتها شامل دو دسته اصلی معلق و مقید افزونه هستند. در ربات کابلی معلق از جاذبه برای ایجاد نیروی کشش در کابلها و کنترل مجری نهایی استفاده میگردد، در حالیکه در نوع مقید افزونه تنها از نیروی کابلها برای کنترل حرکت مجری نهایی استفاده میگردد. افزونگی یکی از ملزومات رباتهای کابلی افزونه میباشد که منشا آن ناشی از این مساله است که کابلها فقط در حالت کشش میتوانند باعث ایجاد حرکت در مجری نهایی شوند. بنابراین، در یک موقعیت غیر تکین، به منظور ایجاد حرکت n درجه آزادی برای مجری نهایی حداقل n+1 کابل مورد نیاز است. ربات کابلی موجود دارای سه سروو موتور میباشد که میتوان آزمایشهای مربوط به سینماتیک، دینامیک، کنترل و طراحی مسیر ربات های کابلی معلق را با آن انجام داد و برای کاربردهای آموزشی و تحقیقاتی از آن بهره برد.

2- بازوی رباتیک آموزشی دو درجه آزادی

رباتهای بازویی از کاربردیترین انواع ربات در صنعت هستند. شکل زیر یک ربات دو درجه آزادی با کاریرد آموزشی مجهز به گریپر پنوماتیک و تجهیزات الکترونیک آن را نشان میدهد. اعتبارسنجی الگوریتمهای کنترل خطی و غیرخطی پیاده شده در نرم افزار متلب و کنترل موتور جریان مستقیم از آزمایشهای طراحی شده برای این این سامانه شامل یک کارت تبدیل آنالوگ به دیجیتال ادونتک، پل اچ و مدار ترانزیستوری ربات هستند. نحوهی عملکرد به این صورت است که موقعیت مفصلهای بازوی توسط انکودرهای مطلق اندازه گیری شده و به وسیله کارت مبدل آنالوگ به دیجیتال به محیط سیمولینک متلب منتقل میشود. پس از پردازش اطالعات، فرمان کنترلی از ترمینال کارت به مدار ترانزیستوری و پل اچ و پس از آن به موتورها انتقال داده میشود این ربات بیشتر کاربرد آموزشی دارد و جهت آموزش سینماتیک، کنترل، طراحی مسیر رباتها و همچنین آموزش نحوه کار با کارتهای مبدل و فرمان دادن از طریق نرم افزار متلب به ربات مورد استفاده قرار میگیرد.

3- ربات سه درجه آزادی خودبالانس

این ربات دارای سه مفصل یک درجه آزادی بوده که امکان حرکت فضایی را به آن میدهد. به منظور بهینه‌سازی گشتاور مصرفی ربات، مکان جرمهای بالانس به صورت خودکار توسط مکانیزم طراحی شده به این منظور تنظیم میشوند. بهینه‌سازی برای حرکت میان دو یا چند نقطه با استفاده از اصل پونتراگین انجام میپذیرد. شکل زیر مدل سه بعدی ربات را در کنار ربات ساخته شده به همراه جرمهای بالانس و گریپر پنوماتیک به عنوان عملگر نهایی نشان میدهد.

4- ربات دو لینکی قابل بالانس

طراحی و ساخت این ربات جهت اجرا و پیاده‌سازی روش بالانس توان-صفر برای حرکتهای نقطه به نقطه انجام گرفته است. در روش بالانس توان-صفر، پارامترهای وزنه‌های تعادل و مسیر ربات بصورت همزمان جهت دستیابی به شاخص عملکرد صفر برای وظیفه نقطه به نقطه در نظر گرفته شده، تعیین میگردند.

5- ربات موازی دو درجه آزای (مکانیزم پنج لینکی) قابل بالانس

ربات موازی دو درجه آزادی صفحه‌ای به طور گسترده در تولید اتوماسیون صنعتی وارد شده و بخاطر سرعت و دقت مناسب، مورد توجه محققان قرار گرفته است. طراحی و ساخت این ربات جهت اجرا و پیاده‌سازی روش بالانس توان-صفر با استفاده از وزنه‌های تعادل قابل تنظیم، برای حرکتهای نقطه به نقطه انجام گرفته است. در روش بالانس توان-صفر، بسته به حرکت مورد نیاز ربات -اینکه ربات بین چه نقاطی حرکت کند و این حرکت را در چه مدت زمانی انجام دهد- پارامترهای وزنه‌های بالانس محاسبه و تنظیم میشوند و ربات میتواند در حالت ایده‌آل بدون تلاش کنترلی بین دو نقطه مورد نظر یک حرکت تکراری داشته باشد.

6- پاندول معکوس

پاندولهای معکوس بخاطر داشتن ویژگیهایی همچون: کم محرک بودن، دینامیک غیرخطی و بعنوان سیستمی ناپایدار و غیر مینیموم-فاز به ابزاری کارآمد برای آموزش مفاهیم کنترل و همچنین تست الگوریتمهای کنترلی تبدیل شدهاند. پاندول معکوس خطی شامل یک میله لولا شده به یک گاری است. گاری توسط یک موتور کنترل میشود در حالیکه میله به طور آزادانه حول محور خود دوران میکند. معمولاً در انواع آونگ معکوس اهداف زیر مدنظر است:

- به نوسان درآوردن آونگ به طور کنترل‌شده به نحوی که میله با یک سرعت زاویه‌ای معین به حالت وضعیت معکوس بیاید.

- حفظ تعادل آونگ در وضعیت معکوس.

دستگاه شامل دو قسمت نرم افزار و سخت افزار است. نرم‌افزار دستگاه مبتنی بر نرم افزار متلب بوده و امکان استفاده از تمامی بلوکهای موجود در سیمولینک فراهم میباشد.
بلوک‌های لازم برای ارتباط با کارت واسط به همراه دستگاه ارائه میشود که البته با توضیحاتی که در بسته نرم افزاری دستگاه وجود دارد، امکان ساخت بلوکهای ورودی-خروجی توسط کاربر نهایی نیز فراهم خواهد آمد. محرک دستگاه یک سروو موتور سه فاز جریان متناوب با توان 0/95کیلو وات به همراه یک درایو صنعتی است که امکان کنترل موتور در سه حالت سرعت، گشتاور و موقعیت را فراهم میکند. فرمان دادن به درایو موتور از طریق کارت واسط صورت میگیرد. سیگنال کنترلی ارسالی از نرم افزار متلب توسط این کارت به ولتاژی بین - 10ولت تا +10ولت تبدیل شده و به درایو موتور فرستاده میشود. دستگاه دارای دو انکودر با تفکیکپذیری 4076 پالس بر دور است. فیدبک گرفتن از وضعیت گاری و لینگ از طریق این دو انکودر صورت میپذیرد. اطلاعات انکودرهای مذکور توسط بخش شمارنده کارت بصورت دو عدد شانزده بیتی به متلب ارسال میشود. همچنین امکان فیدبک گرفتن از سرعت و جریان موتور نیز وجود دارد. بازه حرکتی گاری توسط دو میکروسوییچ تعبیه شده در دو انتهای ریل دستگاه محدود شده است. در صورت تحریک شدن این میکروسوییچها مدار حفاظتی فعال شده و موتور دستگاه از کار خواهد افتاد. در ضمن ابعاد دستگاه 100*120*135سانتیمتر میباشد. آزمایشهای قابل انجام شامل جرثقیل سقفی، بالا آوردن میله و پایدارسازی در وضعیت معکوس میباشد.

7- ربات پرتابگر

جابجایی اجسام به روش پرتاب توسط ربات از حدود دو دهه پیش مورد توجه واقع شده‌اند. این روش که زیرمجموعه‌ای از جابجایی دینامیکی است ضمن برخورداری از سرعت بالای جابجایی، بدون ایجاد تغییر در اندازه محرکه‌ها و ساختار ربات، دستیابی به فضای کاری بیشتری از ربات را امکانپذیر می‌سازد. از این مزایا میتوان برای سرعت بخشیدن به جابجایی قطعات در نقاط مختلف خطوط تولید با توان مصرفی کمتر استفاده نمود. از آنجاییکه زوایا و سرعتهای متعددی برای پرتاب جسم توسط ربات به محدوده مورد نظر وجود دارد، لذا به‌منظور صرفه‌جویی در زمان، انرژی و رسیدن به بیشترین برد پرتاب، مساله بهینه‌سازی پرتاب رباتیکی در عملیات تکراری انتقال اجسام امری ضروری میباشد. از جمله تحقیقات قابل انجام در زمینه پرتاب رباتیکی میتوان به محاسبه زاویه بهینه پرتاب، زمان بهینه پرتاب و بزرگترین محدوده قابل پرتاب اشاره نمود. یکی از پیچیدگی‌های مساله پرتاب بهینه، وجود چندین پاسخ برای آن میباشد. پرتاب از بالا، پرتاب از پایین، پرتاب با یک دور، پرتاب با دو دور و غیره، که البته یکی از این پاسخها، پاسخ بهینه کلی است و مابقی پاسخ بهینه موضعی میباشد. با تعریف مساله پرتاب به صورت یک مساله کنترل بهینه، به‌گونه‌ای که معادلات دینامیکی ربات، معادلات حاکم بر سیستم باشد، تعریف یک تابعی به عنوان تابع هدف، و اعمال شرایط مرزی، مساله پرتاب بهینه به صورت یک مساله مقدار مرزی دو نقطهای درخواهد آمد که حل آن پرتاب بهینه را نتیجه میدهد. با در نظر گرفتن گشتاور مصرفی به عنوان تابع هزینه، مسائل فوق برای پرتاب صفحهای و فضایی توسط ربات یک، دو و سه درجه آزادی قابل انجام میباشد.

دانشگاه شهید باهنر کرمان

1- ربات رف‌خوان

رف‌خوانی در کتابخانه‌های بزرگ فرآیند بسیار دشوار و پیچیده‌ای است ضمن آنکه به شدت به زمان آخرین رف‌خوانی نیز وابسته است. در این روش ما یک ربات هوشمند موسوم به «ربات رف‌خوان پارس» را به شما پیشنهاد می‌کنیم که وظیفه او رف‌خوانی است. این ربات می تواند سالانه، ماهانه، هفته‌ای، روزانه، شبانه و حتی بطور لحظه ای در کتابخانه شما قدم زده و فرآیند رف‌خوانی را انجام دهد. دقت ربات رف‌خوان پارس به کتاب‌ها وابسته است و توانایی 100% تشخیص صحیح را دارد. ربات پارس از بروزترین و کارآمدترین تکنیک‌های روز دنیا برخوردار است و تمام فرآیند رف‌خوانی و تشخیص و شناسایی کتابهای مفقودی یا کتاب های جابجا شده را بطور اتوماتیک شناسایی و گزارش می دهد.

دانشگاه صنعتی اصفهان

1- طراحي و ساخت ربات هاي هوشمند زيرآبي

ربات های هوشمند زیرآبی (Autonomous Underwater Vehicle-AUV) از جمله شناورهای بدون سرنشین زیرآبی می باشند که مهمترین ویژگی آنها مستقل و هوشمند بودن ربات است. با توجه به نکات فوق و درک اهمیت موضوع همچنین نقش استراتژیک AUV ها درپیشبرد اهداف انقلاب اسلامی ازسال 1376 درپژوهشکده علوم وفناوری زیردریا، دانشگاه صنعتی اصفهان، فعالیت های پژوهشی گسترده ای به منظور کسب دانش فنی تجهیزات فوق و توانمندی کشوردرطراحی و تولید این تکنولوژی صورت گرفته است که تاکنون منجر به طراحی وساخت یک نمونه AUV آزمایشگاهی و همچنین یک نمونه نرم افزار شبیه ساز عملکرد AUV شده است. ربات های زیرآبی فادر یه پیمودن یک مسیر از پیش تعیین شده بوده و درصورت مواجهه با شرایط مختلف از جمله موانع، قدرت تصمیم گیری دارند. مهمترین کاربردهای این وسایل درصنایع فراساحلی، نظامی و تحقیقاتی می باشد. این ربات ها از فناوری پیچیده ای درحوزه های مختلف ازجمله هیدرودینامیک، کنترل، هدایت ، ناوبری، انرژی و ... برخوردار است.

بطورکلی کاربرد AUV هار می توان در سه بخش فراساحلی، نظامی و تحقیقاتی /آکادمیک دسته بندی نمود. امروزه ربات‌های زیرآبی بخش جدا ناشدنی صنایع و علوم دریایی هستند. درحال حاضراین ربات‌ها بخش بسیار مهم و قابل اعتمادی از صنایع فراساحلی می باشند که توسط نهادهای تجاری، دولتی، نظامی و دانشگاهی مورد استفاده قرارمی گیرند. ربات های زیرآبی مدرن، امروزه طیف متنوعی از وظایف محوله را از بازرسی های محیط های خطرناک درون راکتورهای هسته ای گرفته تا تعمیرتاسیسات پیچیده زیردریایی صنایع نفت و گاز به انجام می‌رسانند. کاربردهای عمومی ربات های زیرآبی بشرح زیر می باشد :

- شناسایی مین های دریایی

- بازرسی و نقشه برداری از بستر دریا

- بازرسی سازه ها و سکوهای دریایی و ساحلی

- بازدید از خطوط لوله های نفت و گاز در بستر دریا

- گشت زنی به منظور شناسایی زیردریایی، غواص و ربات های دشمن

- عملیات مین‌ریزی و حمل محموله مشخص به منطقه مورد نظر

- تسهیلات مخابراتی و اطلاعات ناوبری برای زیردریایی ها

- پاک سازی بستر دریا در اطراف اسکله ها و تاسیسات ساحلی و فراساحلی از قطعات مخروبه

- کشف اجساد و اجسام زیردریا

2- ربات بازرسی زیرآب کاوش 3

ربات زیرآبی مدل کاوش 3 ، یک نوع ROV سبک عملیاتی می باشد که جهت بازرسی های زیرآب طراحی و ساخته شده است. به آب‌اندازی این ROV توسط جرثقیل شناور امکان پذیراست. درعین حال با توجه به وزن کم آن امکان به آب اندازی توسط نفرات نیز وجود دارد. این ROV دارای امکانات معمول ROV های سبک عملیاتی درجهان می‌باشد. این سیستم با توجه به نوع قرارگیری تراسترها دارای مانورپذیری خوب و دوربین با کیفیت مناسب جهت فیلمبرداری و بازرسی در زیر آب می باشد. جهت سهولت عملیات در زیر آب ، کنترل اتوماتیک سمت و کنترل اتوماتیک عمق و همینطور Lateral Trim و Forward Trim جهت این وسیله پیش بینی شده است. کابل سیستم از نوع دریایی و دارای وزن حداقل می باشد و تداخل کابل و ROV درحین عملیات بسیارکم است. درطراحی و ساخت دیگر سیستم ها نیز با توجه به تجارب قبلی، به عملیاتی بودن، سهولت اپراتوری و ارائه اطلاعات مناسب به اپراتورها توجه شده است.

درطراحی این سیستم به بیشترین استفاده از فناوری های داخلی جهت کاهش وابستگی به خارج از کشور توجه گردیده است. با توجه به تجارب و امکانات موجود و همینطور پرسنل متخصص ، امکان پشتیبانی برای تعمیر و نگهداری در حداقل زمان ممکن وجود دارد.

3- طرح کاوش 8 یکی ازمهمترین طرح های انجام شده در پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیردریا می باشد. این طرح یک ربات زیرآبی پیشرفته از نوع Light Work Classs با برخورداری از امکانات انجام بازرسی و عملیات پیچیده در زیرآب ازجمله عملیات نصب سکوها برای مواردی از قبیل Subsea Survey, Underwater Levelling ، عملیات لوله گذاری و غیره می باشد.

این ROV برای کار درعمق 400 متر درزیردریا ساخته شده که دارای 4 مجموعه اصلی شامل بدنه ROV ، سیستم به آب اندازی، سیستم گاراژTMS و کابین کنترل می باشد. دراین دستگاه از جدیدترین فناوری های روز در طراحی و ساخت ربات زیرآبی استفاده شده است. با انجام این طرح، کشور ما به فناوری ربات های زیرآبی با ماموریت های ویژه برای آبهای عمیق (400 متر) دست پیدا کرده است.

دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی

تیم ربات‌های زمینی

- ربات Achilles

- Control Changed From Automatic to Manual and Propulsion System Changed to Continuous Track.

- Navigation and 3D Exploration With Kinect

- Digital Platforms Changed to ARM

- ربات Avril

- Software Development Environment Changed to ROS

- 2D Mapping and Automatic Navigation and Exploring based on the Map

- Upgraded Motor Drivers

- Added Thermal Sensor for Victim Location

- ربات Silver

- Changed Movement Motors for Speed Improvement

- New GUI to Ease Access and Control and a Mapping and Navigation System in ROS Environment

- Navigation and 3D Exploration With Kinect

- Upgraded/Changed Electronic Systems and Driver Circuits

- ربات XerXes

- Designed a New Better, Stable and Economically Efficient Chassis

- 2D Slam and Mapping

- Added a Suspension System with Spin to Control Chain Tension

- Renewed Electronic Systems by Using Newer Boards and ARM Microcontrollers

- Reworked and Improved the Mechanical Arm and Added a 3-DOF Gripper

- Changed Intercommunication Method of Electronic Boards to RS485 and Added a Wireless Connection Between Robot and Operator Station

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

1- ربات SWR

- جابجایی دقیق قطعات.

- مونتاژ قطعات دقیق و حساس.

- تعویض ابزار جهت برداشت قطعات مختلف.

- افزایش سرعت، دقت و کیفیت در خط تولید.

- پاشش رنگ و پودر بر روی قطعات.

- جوشکاری CO2 .

- تعویض قطعات در کنار دستگاه .CNC

- تعویض قطعات در کنار دستگاه پرس.

- 6 درجه آزادی

- میزان باز قابل برداشت 30 کیلوگرم

2- ربات اسکارا

- جابجایی دقیق قطعات.

- مونتاژ قطعات دقیق و حساس.

- تعویض ابزار جهت برداشت قطعات مختلف.

- افزایش سرعت، دقت و کیفیت در خط تولید.

- 4 درجه آزادی.

- میزان بار قابل برداشت 5 کیلوگرم

- سرعت حرکت مفاصل دورانی 180 درجه بر ثانیه و حرکت خطی 0.1 متر بر ثانیه.

- میزان دقت در حرکت 1 میلی‌متر.

3- ربات استم

این ربات در انجام عملیاتی مانند رنگ‌پاشی، جوشکاری و مونتاژ کارایی خوبی دارد و فضای کاری آن کره‌ای به شعاع تقریبی 120 سانتیمتر است و می‌تواند محموله‌هایی تا 5 کیلوگرم را با دقتی معادل 1 میلیمتر جابجا کند.

4- ربات مالک

این ربات اولین ربات 6 درجه آزادی چند منظوره طراحی و ساخته شده در دانشگاه صنعتی مالک اشتر است. فضای کاری این ربات در حدود 110 سانتیمتر است و قادر است محموله‌هایی تا 5 کیلوگرم را با دقتی معادل 2 میلیمتر جابجا کند. مچ این بازو از نوع 3 درجه آزادی متمرکز است که جعبه دنده آن منحصراً در مرکز اتوماسیون و تولید هوشمند دانشگاه مالک اشتر تولید شده است.