#میکرورباتیک
میکرو-ربات Robeetle
استفاده از سوخت شیمیایی در میکرو-ربات ها برای دست یابی به چگالی انرژی بالا و طول عمر عملیاتی بالاتر در طول انجام وظیفه ربات

در رباتیک استفاده از انرژی و عملگرهای الکتریکی بسیار رایج است. قابلیت بالای کنترل پذیری عملگرهای الکتریکی شاید یکی از دلایل اصلی این اتفاق باشد که کمتر شاهد ربات هایی با عملگرهای نامتعارف باشیم!
در ربات های پایه ثابت که در صنعت بسیار استفاده می شوند، استفاده از عملگرهای الکتریکی کاملا معقول است زیرا که نیازی به باتری برای تامین انرژی وجود ندارد. اما در ربات های پایه متحرک، باتری یکی از چالش های اصلی می باشد. دوام پایین باتری و چگالی انرژی بسیار پایین آن مشکل اساسی آن در حین انجام ماموریت ربات می باشد. اگر بخواهیم از اعداد برای توضیح این مشکل اساسی استفاده کنیم، بد نیست که بدانید انرژی مخصوص چربی حیوانی 38،‌متانول 20 و باتری تنها 1.8 مگاژول بر کیلوگرم است! باید اضافه کرد که با ابعاد فعلی عملگر و باتری های الکتریکی، حتی اگر از نظر چگالی انرژی هم کارا باشند (که نیستند)، توسعه میکرو-ربات ها با تجهزات الکتریکی به هیچ عنوان ساده نیست.
هدف از توسعه میکرو-ربات ها، دسترسی و انجام ماموریت در فضاهایی است که خارج از توانایی انسان و بسیاری از سیستم های موجود است. در یکی از کارهای بسیار محبوب انجام شده در فیلد،‌ محققان میکرو-ربات Robeetle را توسعه داده اند. این ربات سوسک-نما (اسم آن هم به این مورد اشاره می کند - beetle robot) تنها 88 میلی گرم وزن دارد (وزنی معادل سه دانه برنج) و ابعاد آن هم در حد همان سوسک هست. این ربات سبک ترین خزنده مصنوعی جهان است. در آزمایش های انجام شده، این ربات توانسته است که وزنی در حدود 2.6 برابر خود را حمل کند.
این ربات درون شکم خود حاوی متانول است. در فضای بالای محفظه سوخت، یک عضله مصنوعی وجود دارد که با انجام احتراق کاتالیز شده سوخت، وظیفه حرکت پای ربات را دارد. در این ربات، یک مکانیزم کنترل مکانیکی هم وجود دارد فرآیند تزریق سوخت را بصورت پریودیک کنترل می کند. کارکرد عضله مصنوعی بدین شکل است که در اثر حرارت آزاد شده از انجام واکنش، طول آن کم می شود (جنس میله عضله مصنوعی NiTi است و این تغییر طول بخاطر پدیده shape-memory رخ می هد) و وقتی که سیستم کنترل مکانیکی واکنش را قطع می کند، به حالت اصلی خود بر می گردد. این تغییر طول پریودیک، ربات را به جلو حرکت می دهد. سیستم کنترل مکانیکی واکنش بدین صورت کار می کند که با انجام واکنش، طول عضله مصنوعی کم می شود. یک فنر متصل به ماهیچه وجود دارد که درگاه رسیدن سوخت به میله کاتالیزور موجود در عضله مصنوعی را قطع می کند. پس واکنش قطع می شود تا زمانی که طول عضله مصنوعی در اثر خنک شدن به حالت اول خود برگردد و این سیکل حرکت ادامه پیدا کند.
این ربات در سادگی تمام، کارایی بسیار بالایی دارد. دو نوآوری این ربات شامل مکانیزم احتراق کاتالیزی که در عضله مصنوعی گنجانده شده است و سیستم کنترل مکانیکی واکنش بسیار ساده آن می شود.
—————
@roboticknowledge

اجزاء و ساختار Robeetle
—————
@roboticknowledge

تصویری از واکنش پریودیک (پریودیک به لطف سیستم کنترل مکانیکی واکنش) در عضله مصنوعی Robeetle که پایه و اساس حرکت پریودیک آن می باشد (اشاره به دو نوآوری مهم این ربات).
—————
@roboticknowledge

تصویری از عملکرد سامانه کنترل مکانیکی برای انجام واکنش بصورت پریودیک. این سامانه با کمک فنر و تغییر طول عضله مصنوعی، جریان سوخت را قطع و وصل می کند.
—————
@roboticknowledge

در این فیلم شاهد حرکت زیبای robeetle هستید! میکرو-رباتی توانا بدون هیچ عضو الکتریکی.
—————
@roboticknowledge

#پروژه_بررسی_14_ربات_انسان_نمای_معروف

مقدمه ای بر پروژه بررسی 14 ربات انسان نمای معروف


حرکت دوپا در بین انواع روش های راه رفتن از نظر صرف انرژی، به صرفه ترین روش راه رفتن به حساب می آید. موجودات دوپا به سبب امکان انجام کارها در کنار راه پیمایی مناسب از نظر توانایی های حرکتی بهینه به حساب می آیند. دوپاها با توجه به هندسه خود برای حرکت در مسیرهای باریک، عبور از موانع، دور زدن درجا، توانایی کار با اشیاء در بازه ارتفاعی بزرگ و دیدن ورای موانع، قابلیت های قابل قبولی دارند.
در شاخه ربات های انسان نما در علم رباتیک، هدف توسعه ربات هایی می باشد که بصورت مستقیم از توانایی های انسان الهام گرفته شده اند و یا بصورت انتخابی شکل و رفتار انسان را تقلید می کنند.
ربات های انسان نما می توانند در انجام کارها بصورت تعاملی با انسان ها در خانه، اداره، فضاهای عمومی، بیمارستان ها و بصورت مستقل در مناطق پرخطر مثل راکتورهای اتمی یا فضا استفاده شوند. بسیاری از پژوهشگران فعال در این عرصه، ربات های انسان نما را به عنوان ابزاری می بینند که با آن ها امکان درک بهتر انسان ممکن می شود.
احتمالا اخیرا فیلم های اجرای پارکور ربات انسان نمای اطلس شرکت بوستون داینامیکس را بسیار دیده اید. قصد داریم تا در یک پروژه بلند مدت، معروف ترین ربات های انسان نمای دوپا را که همراه با جهش در تکنولوژی در جهان بوده اند را از نظر فنی بررسی کنیم. این بررسی از کتاب Humanoid robotics: a reference خواهد بود. اگرچه قسمت اول از حجم اول این کتاب بسیار با ارزش، در چهار فصل از نظر تاریخی توسعه ربات های انسان نما را بررسی کرده است، اما بررسی آن حوصله زیادی نیاز دارد. با دنبال کردن رد پای ربات های توسعه داده شده در زمان، در آمریکا، اروپا و آسیا به نظر از دهه 70 میلادی کار بر روی این ربات ها آغاز شده است.
پروژه بررسی 14 ربات انسان نمای معروف با ربات ASIMO آغاز خواهد شد.

__________
@roboticknowledge

Boston Dynamics Atlas Humanoid

#پروژه_بررسی_14_ربات_انسان_نمای_معروف
ربات انسان نمای اول | #ربات_ASIMO
قسمت اول: مسیر توسعه ربات انسان نما در شرکت هوندا

شرکت Honda به دنبال ماجراجویی جدید خود در راستای توسعه پلتفرم های پایه متحرک پس از موتور سیکلت ها، اتومبیل ها و البته محصولات در چهارچوب تولید انرژی، از سال 1986 وارد فیلد ربات های انسان نما شد. اولین تصویر این پست، به مسیر توسعه ربات انسان نما در این شرکت اشاره دارد.
این شرکت در اولین گام ربات دوپا E0 را توسعه داد که تنها توانایی حرکت استاتیکی مستقیم را دارا بود. در سال 1993 دو بازو و تنه به پیشرفته ترین ربات سری E (E6) اضافه شد تا اولین ربات واقعا انسان نمای این شرکت ظهور کند. این ربات با نام P1 در تصویر اول قابل مشاهده است.
در ادامه فرآیند توسعه ربات های سری P، با هدف قابل استفاده بودن ربات در محیط های زندگی انسان، دو هدف دنبال شد: 1- کاهش وزن و ابعاد ربات 2- توسعه تکنولوژی راه رفتن. جمع و جور شدن ربات ها از P1 تا P3 و نهایتا ASIMO طبق تصویر اول در این شرکت، بیان کننده موفقیت در تحقق هدف اول می باشد.
نام ASIMO از عبارت Advance Step in Innovation Mobility گرفته شده است که به ربات انسان نمای بسیار معروف شرکت هوندا در سال 2000 داده شده است.
—————
@roboticknowledge

تصویر اول: سیر زمانی توسعه ربات انسان نما توسط Honda

#پروژه_بررسی_14_ربات_انسان_نمای_معروف
ربات انسان نمای اول | #ربات_ASIMO
قسمت دوم: هدف از توسعه ASIMO

پژوهش در فیلد ربات انسان نما در شرکت هوندا به دنبال ایجاد یک پلتفرم پایه متحرک مفید برای مردم و جامعه آغاز شد. توسعه در دو جهت پیشرفت داشت: 1- توسعه "ربات دستیار" با هدف کمک به مردم در محیط زندگی، مانند کاری که ASIMO انجام میداد. 2- توسعه رباتی برای جایگزین انسان شدن در محیط های خطرناک یا غیرقابل دسترس برای انسان. اگرچه اهداف و کاربردها ممکن است متفاوت باشد، اما هر دو ربات یک ویژگی مشترک باید داشته باشند: آن ها باید از انسان ها یاد بگیرند تا برای مردم مفید باشند.
انسان ها دارای توانایی های فیزیکی و ادراکی سطح بالایی هستند که به آن ها امکان حرکت آزاد در انواع مکان ها و انجام بسیاری از کارها و کمک به سایرین را می دهد. منظور از حرکت آزادانه یک ربات چیست؟ اگر یک ربات انسان نما بتواند به مانند انسان ها با دو پا راه برود، با بدن کامل (شامل تنه و دو دست) بدود، از موانع بالا برود و البته بتواند سفر کند، آن زمان خواهد توانست آزادی در حرکت داشته باشد. حرکت نباید محدود به خانه یا دفتر کار باشد. حرکت باید در کارخانه ها و نیروگاه ها و فضاهای محدود با پله های فراوان ممکن باشد. همچنین باید اضافه کرد که ربات انسان نما در صورتی امکان سفر خواهد داشت که از نظر عضو تکمیل باشد و توانایی اداراکی بالایی هم داشته باشد.
هوندا به دنبال محقق شدن سناریویی است که ربات واقعا انسان نما باشد و با ادراک بالا بتواند همکار مردم باشد، با آنها کار کند و در زندگی مردم و جامعه ایفای نقش کند.
—————
@roboticknowledge

تصویر دوم: آخرین نمونه ربات ASIMO شرکت هوندا.

#پروژه_بررسی_14_ربات_انسان_نمای_معروف
ربات انسان نمای اول | #ربات_ASIMO
قسمت سوم: قابلیت های حرکتی
زیر قسمت اول: تکنولوژی انحصاری راه رفتن دوپا در شرکت هوندا
بخش اول: راه رفتن استاتیکی در E0 |‌راه رفتن دینامیکی در E2 | تکنولوژی walk stabilization control

پژوهش بر روی مشخصه اصلی ربات انسان نمای هوندا در سال 1986 شروع شد. آن ها به سراغ مدل سازی راه رفتن دوپا بر اساس انسان رفتند. در آن زمان برای هوندا همه چیز در فیلد توسعه انسان نما یک قلمرو ناشناخته بود؛ خصوصا راه رفتن دوپا. بنابراین کار هوندا در فرآیند توسعه انسان نما با مشاهده و تجربه گرفتن از هر شیوه راه رفتن و بررسی اصول راه رفتن دوپا شروع شد.
ربات E0 (منظور از E تجربی بودن می باشد - Experimental) به عنوان اولین ربات توسعه یافته توسط هوندا موفق به اجرای راه رفتن استاتیکی شد. در راه رفتن استاتیکی، پاها بصورت متناوب به جلو حرکت می کنند. در فیلم اول این پست شاهد حرکت استاتیکی E0 خواهید بود. ربات E2 در سال 1991 موفق به اجرای راه رفتن دینامیکی شد. در فیلم دوم شاهد راه رفتن دینامیکی E2 هستیم. در راه رفتن دینامیکی، تصویر مرکز جرم ربات در صفحه حرکت خارج از مکان هندسی کف پایی که وظیفه تحمل وزن دارد، قرار می گیرد. در تصویر سوم، نحوه جابجایی مرکز جرم در صفحه حرکت در دو روش راه رفتن استاتیکی و دینامیکی ارایه شده است. نهایتا هوندا در سال 1993 تکنولوژی اختصاصی کنترل پایداری راه رفتن (walk stabilization control technology) را توسعه داد. هنگام راه رفتن انسان، تعادل بین مرکز جرم و نیروی وارد شده از سطح به کف پا حفظ می شود. walk stabilization control همین کار را در یک ربات انسان نما انجام می دهد. walk stabilization control یک تکنولوژی مادر در کنترل وضعیت ربات انسان نما می باشد که به انسان نما امکان راه رفتن بر روی انواع سطوح شامل سطح ناهموار و کج و سطوح ناهموار کج را می دهد. قبل از ارایه این تکنولوژی راه رفتن دینامیکی در چنین شرایطی امکان نداشت. این تکنولوژی کنترلی با تغییر طول گام ربات یا مرکز جرم آن بصورت فعال، اجرا می شود.

—————
@roboticknowledge

فیلم اول: راه رفتن استاتیکی ربات دوپا E0 هوندا در سال 1986

فیلم دوم: راه رفتن دینامیکی ربات دوپا E2 هوندا در سال 1991

تصویر سوم: جابجایی تصویر مرکز جرم ربات دوپا در صفحه حرکتی در حرکت استاتیکی و حرکت دینامیکی

#پروژه_بررسی_14_ربات_انسان_نمای_معروف
ربات انسان نمای اول | #ربات_ASIMO
قسمت سوم: قابلیت های حرکتی
زیر قسمت اول: تکنولوژی انحصاری راه رفتن دوپا در شرکت هوندا
بخش دوم: معرفی zero moment point یا ZMP | تولید الگوی حرکتی در تکنولوژی walk stabilization control


تکنولوژی walk stabilization control بر اساس یک مفهوم در دینامیک که نقطه با ممان صفر (zero moment point) یا ZMP نام دارد، اقدام به ایجاد الگوی راه رفتن (به عنوان الگوی حرکتی هدف) می کند. ربات انسان نما باید الگوی تولید شده را دنبال کند.
نیروی گرانش (در راستای عمود بر زمین) و نیروی اینرسی وارده بر انسان نما (در راستای موازی با زمین) در راه رفتن دینامیکی بصورت برآیند منجر به ایجاد نیروی اینرسی کلی می شوند. نقطه ای که در آن امتداد نیروی اینرسی کلی به زمین برخورد می کند، ZMP نامیده می شود. برای درک این موضوع و نحوه تعیین ZMP می توانید تصویر چهارم را ببینید. اگر که ZMP در محل تماس پای تعادلی درفاز تعادل با یک پا و یا در محل چندضلعی ایجاد شده بین محل تماس هر دو پا در فاز تعادل دوپا واقع شود، آنگاه انسان نما می تواند در راه رفتن از نظر دینامیکی در تعادل باشد. برای درک این موضوع می توانید تصویر پنجم را ببینید که در آن شرایط تعادل دینامیکی بر اساس مفهوم ZMP ارائه شده است. بنابراین ZMP هدف بگونه ای تعریف می شود که شرایط مورد بحث ارضاء گردد. الگوی راه رفتن هدف بگونه ای تولید می شود که ترجکتوری مطلوب (با شرط قرار گرفتن ZMP در مکان مناسب برای تحقق تعادل دینامیکی) محقق شود. در واقع الگوی راه رفتن هدف توسط ترجکتوری در روبروی پا توصیف می شود. این ترجکتوری برای تعیین زوایای مفصلی ربات، موقعیت بالا تنه و ترجکتوری وضعیت انسان نما لازم است.
الگوی راه رفتن هدف بر اساس تنظیم شتاب افقی بالا تنه (بگونه ای که ممان حول ZMP هدف صفر گردد) تولید می شود.
—————
@roboticknowledge

تصویر چهارم:‌ مفهوم ZMP

تصویر پنجم: شرایط تعادل دینامیکی بر اساس مفهوم ZMP - ترجکتوری این نقطه در تصویر c مشخص شده است.

#ربات_های_الهام_گرفته_شده_از_طبیعت
سریع و موثر شدن شدن شنا در ربات ماهی مانند با کمک استراتژی تنظیم سختی دم

ماهی‌ها در بسیاری از سرعت ها از نظر انجام شنا (حرکت در آب) کارایی بالایی دارند. دلیل این کارایی، انعطاف پذیری ماهی می‌باشد. به همین سبب، پژوهشگران در جهت تقلید از طبیعت به دنبال توسعه ربات ماهی مانند انعطاف پذیر رفتند تا بیشتر از اثر انعطاف پذیری بر حرکت جاندار بدانند. ماهی ها با استفاده از عضلات خود سختی دم خود را به گونه‌ای تغییر می‌دهند که حرکت با کارایی بالا به دست آید. در مقاله چاپ شده در ScienceRobotics مدل‌سازی اثر سختی دم بر کارایی حرکت انجام شده است که به سوال اساسی درباره چرایی و چگونگی اثر سختی بر کیفیت حرکت ماهی پاسخ داده می‌شود.
بر اساس مدل‌سازی ارائه شده برای بیشینه کردن کارایی حرکتی ربات، کشش ماهیچه‌ای باید به صورت متناسب با توان دوم سرعت تنظیم شود. این مدل تنظیم سختی یک استراتژی بسیار ساده در بهبود کارایی حرکتی ربات های ماهی مانند می‌باشد. تنظیم سختی در فرکانس حرکتی ربات ماهی مانند (0 تا 6 هرتز) یا سرعت آن (بین 0 تا 2 برابر طول بدن بر ثانیه) کارایی حرکتی را تا دو برابر بهبود می‌بخشد. مقدار انرژی ذخیره شده با افزایش فرکانس کاری افزایش می‌یابد. بنابراین بیشترین سود را از تنظیم سختی دم، ربات‌های ماهی مانند با فرکانس حرکتی بالا خواهند برد. در تصویر مدل مکانیکی ربات ساخته شده قابل مشاهده می‌باشد.

—————
@roboticknowledge

تصویر: مدل و ساختار ربات ماهی مانند با قابلیت تنظیم سختی دم