سورنا (ربات)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

ربات سورنا ربات انسان‌نمایی است که توسط مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته در دانشگاه تهران ساخته شده‌است. نام‌گذاری این ربات بر اساس نام سردار اشکانی؛ سورنا انجام گرفته‌است.

مقدمه[ویرایش]

رونمایی از سورنا۲

طراحی و ساخت ربات انسان‌نما، یکی از فناوری‌های در حال رشد در سطح جهانی می‌باشد، که تاکنون دانشگاه‌ها و صنایع مطرح دنیا پیشرفت‌های زیادی در این حوزه داشته‌اند. هدف از طراحی، ساخت و هوشمند سازی این نوع ربات‌ها، استفاده از آن‌ها در موقعیت‌های کاری حساس و دشوار به جای انسان و یا به عنوان همکار در کنار انسان می‌باشد. کاربرد بخش‌های مختلف بدن ربات انسان‌نما، در قسمت‌های مختلف صنعت، آنرا به موضوعی کاربردی و جذاب برای صنعت و دانشگاه تبدیل نموده است. این امر، سبب مطرح شدن این فناوری روز دنیا، در ابعاد پروژه‌های ملی گشته است.

فناوری ربات انسان‌نما، سابقه‌ای چندین ساله در کشورهای پیشرفته دنیا دارد و در ایران نیز تاکنون تیم‌های تحقیقاتی متعددی در حوزه طراحی و ساخت ربات‌های انسان نما فعالیت کرده‌اند. این ربات‌ها که گهگاه در مسابقات رباتیک و جشنواره‌های علمی پژوهشی نمایش داده می‌شوند، عمدتاً در ابعاد کوچک بوده و پیچیدگی‌های دینامیکی ربات‌های انسان نما با ابعاد بزرگ را ندارند. طراحی، ساخت و هوشمند سازی ربات انسان نما با ابعاد و وزن نزدیک به انسان، که قابلیت انجام رفتارهای دقیق و نرم مشابه رفتارهای انسانی را داشته باشد، هدف اصلی پروژه سورنا بوده است. پروژه سورنا که هم‌اکنون نسل سوم آن در حال تکمیل است و تا کنون نسل‌های اول و دوم این ربات به بهره‌برداری رسیده است، توسط مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشگاه تهران(CAST) طراحی، ساخت و پیاده‌سازی شده است.

سورنا ۱[ویرایش]

تیم مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشکده مهندسی مکانیک پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران، با همکاری انجمن تخصصی مراکز تحقیق و توسعه صنایع و معادن و با دستیابی به دانش و فناوری طراحی، ساخت و برنامه ریزی ربات‌های انسان‌نما، اقدام به طراحی و ساخت ربات انسان‌نمای سورنا ۱ نمود. سورنا ۱ تنها به عنوان نمادی برای اعلام آغاز پروژه طراحی، ساخت و هوشمندسازی ربات انسان‌نما، در سال ۱۳۸۷ ارائه شد. این ربات ۱۶۵ سانتی‌متر قد و ۶۰ کیلوگرم وزن دارد و از قابلیت حرکت بر روی مسیر از قبل تعیین شده توسط موتورهای DC و سیستم مسیریاب و همچنین، حرکت و فعالیت به صورت دستی از طریق اپراتور برخوردار بوده است. علاوه بر این، سورنا۱ قابلیت تکلم متن‌های از پیش تعیین شده (در تمامی مراحل فعالیت) را نیز دارا بوده است. سورنا ۱ در روز ۲۴ آذر ماه ۱۳۸۷ در همایش انتخاب نوآوران برتر کشور رونمایی شد. نام‌گذاری این ربات بر اساس نام سردار اشکانی، سورنا انجام گرفته‌است.

سورنا ۲[ویرایش]

در راستای تکمیل و توسعه ربات انسان‌نمای سورنا ۱، مراحل طراحی وساخت نسل دوم ربات سورنا مجدداً در مرکز سیستم‌های پیشرفته دانشگاه تهران آغاز گردید. این ربات که در ابعاد و وزن مشابه انسان ساخته شده است قادر است همانند یک انسان ولی با سرعتی آهسته‌تر و با ترکیبی از حرکات دست، سر و پا گام بردارد. داشتن مجموعاً ۲۲ درجه آزادی در بالاتنه و پایین‌تنه و گام برداشتن با حفظ تعادل از ویژگی‌های بارز این نسل از ربات سورنا محسوب می‌شود. سورنا۲ محصول بیش از ۱۰۰۰۰ نفر ساعت کار فشرده می‌باشد. مشخصات فنی سورنا ۲ در جدول زیر آورده شده است.

سورنا ۲ در کنار سورنا ۱
مشخصات سورنا۲ توضیح
قد ۱۴۵ سانتیمتر
وزن ۴۵ کیلوگرم
درجات آزادی ۲۲ درجه (۱۲ درجه پائین تنه، ۸ درجه دست‌ها و ۲ درجه سر)
مکانیزم حرکت گام برداشتن با حفظ تعادل
سیستم کنترل MIMO Stable Control System
پردازنده‌های داخلی میکروکنترلرهای AVR, DSP
سیستم‌های محرک موتور DC، سروموتور، هارمونیک درایو و گیربکس سیاره‌ای
سنسورها Gyroscope, Accelerometer, Force Sensors, Pan and Tilt Sensors
تجهیزات جانبی دوربین، میکروفن و speaker

انجمن IEEE مهندسان برق و الکترونیک (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) در سایت خود خبر رونمایی از سورنای ۲ را نیز منتشر کرد. در این خبر آمده است: رسانه‌های ایران خبر از پرده برداری ربات انسان نمای سورنای ۲ دادند که توسط محققان دانشگاه تهران ساخته شده است. در بخش دیگری اضافه می‌کند، تصاویر پخش شده از این ربات نشان می‌دهد که سورنا قادر به راه رفتن و حتی ایستادن روی یک پا است. دکتر عقیل یوسفی کما درباره این ربات می‌گوید: تیم او در حال توسعه سیستم کنترل تعادل دینامیکی این ربات است. این سایت با تشریح ویژگی‌های سورنای ۲ ویدئوی راه رفتن سورنا و همچنین عکس‌های از مراحل ساخت آن را نیز به همراه خبر منتشر کرده است. همچنین لازم است ذکر شود که انجمن IEEE اپلیکیشنی با نام Robotsapp برای IPad طراحی کرده است که در آن به معرفی ربات‌های جذاب و پیشرفته جهان می‌پردازد. ربات سورنا ۲ نیز تنها ربات ساخت ایران است که که در این اپلیکیشن به معرفی آن پرداخته شده است. دینامیک غیرخطی، اینرسی بالا و حفظ تعادل و پایداری ضمن حرکت و تغییرات پیکربندی سورنا۲، مباحث سخت‌افزاری و نرم‌افزاری پیچیده‌ای را مطرح ساخته است. این چالش‌ها، در طراحی، ساخت و کنترل ربات انسان‌نما با ابعاد بزرگ و وزن زیاد (مشابه انسان)، منجر به استفاده از فناوری‌های نوین و منحصربه‌فرد در سورنا۲ گردیده است. طراحی مکانیکی بدنهٔ سورنا۲ به گونه‌ای صورت گرفته‌است که بیشترین درجات آزادی قسمت‌های مختلف بدن تأمین گردد. جهت تأمین حرکت روان، با دقت بالا و بدون لقی مفاصل، از هارمونیک درایو استفاده شده‌است. علاوه بر تأمین پایداری به صورت دینامیکی، از سنسورهای فشار در کف پا نیز بدین منظور استفاده گردیده‌است. سر انجام ربات سورنا ۲ در روز ۱۲ تیر ماه ۱۳۸۹ مصادف با روز ملی صنعت و معدن در سالن همایش‌های صدا و سیما با حضور جمعی از رؤسا و مقامات دانشگاه و صنایع و معادن رونمایی گردید.

سورنا ۳[ویرایش]

سورنا3، نسل سوم ربات انسان نما ملی ایران در مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته

طراحی و ساخت ربات سورنا۳ با حمایت مالی سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران در دانشگاه تهران صورت گرفته است. مانورپذیری، سرعت گام برداری، هوشمندی و درجات آزادی سورنا۳ نسبت به نسل گذشته آن پیشرفت چشمگیری داشته است. در طراحی و ساخت این ربات از همکاری طیف وسیعی از محققین کشور بهره گرفته شده است. پروژه ربات سورنا۳ در سه فاز انجام گرفته است که در فاز اول به طراحی، ساخت و راه اندازی حسگرها و موتورها پرداخته شده است. در فاز دوم به حل چالش های دینامیک و کنترل از قبیل پایداری ربات و افزایش سرعت گام برداری پرداخته شده است و در فاز آخر بستر نرم‌افزاری و هوشمندی منحصر به فرد ربات توسعه یافته است.

طراحی مکانیکی و کنترل[ویرایش]

سورنا۳ یک ربات ۳۱ درجه آزادی است که ۱۲ درجه آزادی در بخش پاها، ۸ درجه در هر دست و ۲ درجه در سر دارد. بازه حرکتی و نرمی حرکت دستها در سورنا۳ نسبت به سورنا۲ که تنها ۴ درجه در هر دست داشت، ارتقای چشمگیری داشته است. این تغییرات سبب شده است که سورنا۳ بتواند در بخش قابل توجهی از فضا دست خود را حرکت دهد و اجسام از پیش تعیین شده را بردارد. با توجه به افزایش قد قابل توجه ربات سورنا۳ قدرت مورد نیاز برای موتورها و گشتاور وارده بر مفاصل افزایش زیادی یافته است که در نتیجه طراحی مکانیکی ربات را به یکی از چالش بر انگیزترین بخشها تبدیل کرده است. تمام قطعات در نرم‌افزارهای مربوط طراحی شده اند و مقاومت و نوع جنس قطعات حساس محاسبه شده است. مفاصل و سیستم انتقال قدرت به عنوان مهمترین بخشهای طراحی مکانیکی با دقت مورد بررسی قرار گرفته اند و بر اساس سرعت و گشتاور مورد نیاز طراحی شده اند. همچنین طراحی و ساخت پوسته ربات با توجه به قیود زیاد مکانیکی و ظاهر محنصر به فرد آن خود دارای چالشهای وسیعی بوده است. سورنا۳ میتواند چندین برابر سریعتر از نسل پیشین خود حرکت کند و از پله و سطح شیبدار هم بالا و پایین برود. حرکت چرخش درجا و با شعاع و همچنین حرکت رو به عقب و کنار نیز بر قابلیتهای ربات اضافه شده است. همچنین سورنا۳ میتواند سطوح با ارتفاع متغیر را با سیستم حسگرهای خود تشخیص دهد و تعادل خود را بر روی این سطوح حفظ کند. سنسورهای IMU، میکروسوئیچ، انکودر مطلق و سنسور نیرو-گشتاور ۶ جهته بر روی ربات نصب شده اند و روشهای کنترلی پیشرفته و دقیقی برای حفظ تعادل ربات بر روی آن پیاده سازی شده است.

نرم‌افزار و الکترونیک[ویرایش]

سورنا۳ دارای یک ساختار الکترونیکی و نرم‌افزاری مختص خود است که نسبت به کنترل رفتار و حرکات ربات در تمامی سطوح کنترلی مسئول است. این ساختار پیچیده میتواند مقادیر سنسورها را بخواند، اجسام و علامت های از پیش تعیین شده را تشخیص دهد، صورت و حرکات افراد را شناسایی نماید، صوت فارسی را تشخیص دهد، حرکات درخواستی از ربات را انجام دهد و در مورد حرکات ربات تصمیم گیری نماید. سورنا۳ یک ربات هوشمند است که میتواند مسیر خود را بر اساس علامت های موجود در مسیر تشخیص دهد. میتوان اشیای جدید را به ربات شناساند و در صورتی که ربات دوباره آن شی را ببیند میتواند آن را تشخیص دهد. ربات میتواند وضعیت ایستادن و حرکات دست های انسان را تشخیص دهد و آن را تقلید نماید. سورنا۳ میتواند صورت انسان را در تصویر تشخیص دهد، تعداد چهره ها را بشمارد و موقعیت آنها را اعلام نماید. یکی از قابلیتهای ویژه این ربات آنست که میتواند تعداد نامحدودی از جملات فارسی را که پیشتر به آن آموزش داده شده است را تشخیص دهد و صحبت نماید. تشخیص جملات فارسی در این ربات مستقل از گوینده بوده و جملات جدید را به راحتی میتوان از طریق نرم‌افزار تهیه شده برای ربات به آن آموزش داد. سورنا۳ یک رابط کاربری گرافیکی مخصوص به خود دارد که از طریق آن میتواند به امتحان بخشهای مختلف پرداخت، سناریوهای مختلف را برای ربات ایجاد نمود و خطاهای بخشهای مختلف را ردیابی نمود. همچنین SDK طراحی شده برای ربات این امکان را برای کاربر فراهم می آورد که بتواند از طریق کتابخانه های مختلفی که برای هر بخش حرکتی یا هوشمندی ربات تهیه شده است به برنامه ریزی ربات بپردازد. چندین مدار مختلف الکتریکی برای سورنا۳ طراحی شده است. فرمان صحیح و به موقع به موتورها و یکپارچه سازی آنها، خواندن سنسورها و ارسال داده های آن به لایه نرم‌افزاری و همچنین فراهم کردن توان مورد نیاز برای تغذیه ایمن بخشهای مختلف از جمله وظایف مدارهای الکترونیکی ربات است. این مدارات به شکل کامل در مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته دانشگاه تهران طراحی شده است.[۱]

مشخصات فنی سورنا3
حرکت مستقیم سرعت 0/7km تا 10 گام
حرکت روی سطح شیب دار و پله بالا رفتن و پایین آمدن از پله (5 سانتی متر) و سطح شیبدار (10 درجه)
چرخیدن چرخیدن درجا و با هر شعاع دلخواه
حرکت رو به عقب دارد
راه رفتن روی سطوح ناهموار نسبت به اختلاف ارتفاع سطح پایدار است
بینایی تشخیص شی، صورت، موقعیت بالا تنه و پایین تنه و توانایی دنبال کردن صورت
شنوایی تشخیص کلمات و جملات از پیش تعیین شده به زبان فارسی
تکلم استفاده از تعداد نا محدود کلمه و جمله در قالب سناریو هوشمند
نرم‌افزار کاربر SDK، محیط گرافیکی برای کنترل سامانه، مشاهده خروجی سنسور ها و تست الگوریتم های هر بخش
برداشتن و تحویل اشیا قابلیت برداشتن اشیا با قطر حداکثر 6.5mm و وزن 200g
حرکات نمایشی شوت کردن توپ با قطر های متفاوت و انجام حرکات نمایشی

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. «ربات انسان نما ملی سورنا 3»(فارسی)‎. وب سایت رسمی ربات انسان نما ملی سورنا. 

پیوند به بیرون[ویرایش]

وبسایت رسمی ربات انسان نما ملی سورنا ( فارسی)

وبسایت رسمی ربات انسان نما ملی سورنا (انگلیسی)