سورنا (ربات)

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

مقدمه

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 هوشمندسازی این نوع ربات‌ها، استفاده از آن‌ها در موقعیت‌های کاری حساس و دشوار به جای انسان یا به عنوان همکار در کنار انسان می‌باشد. کاربرد بخش‌های مختلف بدن ربات انسان‌نما، در قسمت‌های مختلف صنعت، آن را به موضوعی کاربردی و جذاب برای صنعت و دانشگاه تبدیل نموده‌است. 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 هوشمندسازی 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 بوده‌است. پروژه سورنا که هم‌اکنون نسل سوم آن در حال تکمیل است و تاکنون نسل‌های اول و دوم این ربات به بهره‌برداری رسیده‌است، توسط مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشگاه تهران(CAST) طراحی، ساخت و پیاده‌سازی شده‌است.

سورنا ۱

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 برنامه‌ریزی 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 بوده‌است. علاوه بر این، سورنا۱ قابلیت تکلم متن‌های از پیش تعیین شده (در تمامی مراحل فعالیت) را نیز دارا بوده‌است. 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 ۳

طراحی و ساخت ربات سورنا ۳ با حمایت مالی سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران در دانشگاه تهران صورت گرفته‌است. مانورپذیری، سرعت گام برداری، هوشمندی و درجات آزادی سورنا ۳ نسبت به نسل گذشته آن پیشرفت چشمگیری داشته‌است. در طراحی و ساخت این ربات از همکاری طیف وسیعی از محققین کشور بهره گرفته شده‌است. پروژه ربات سورنا ۳ در سه فاز انجام گرفته‌است که در فاز اول به طراحی، ساخت و راه اندازی حسگرها و موتورها پرداخته شده‌است. در فاز دوم به حل چالش‌های دینامیک و کنترل از قبیل پایداری ربات و افزایش سرعت گام برداری پرداخته شده‌است و در فاز آخر بستر نرم‌افزاری و هوشمندی منحصر به فرد ربات توسعه یافته‌است.

طراحی مکانیکی و کنترل

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 سورنا ۳ نسبت به سورنا ۲ که تنها ۴ درجه در هر دست داشت، ارتقای چشمگیری داشته‌است. این تغییرات سبب شده‌است که سورنا ۳ 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 سورنا ۳ قدرت مورد نیاز برای موتورها و گشتاور وارده بر مفاصل افزایش زیادی یافته‌است که در نتیجه طراحی مکانیکی ربات را به یکی از چالش بر انگیزترین بخش‌ها تبدیل کرده‌است. تمام قطعات در نرم‌افزارهای مربوط طراحی شده‌اند و مقاومت و نوع جنس قطعات حساس محاسبه شده‌است. مفاصل و سیستم انتقال قدرت به عنوان مهم‌ترین بخش‌های طراحی مکانیکی با دقت مورد بررسی قرار گرفته‌اند و بر اساس سرعت و گشتاور مورد نیاز طراحی شده‌اند. همچنین طراحی و ساخت پوسته ربات با توجه به قیود زیاد مکانیکی و ظاهر محنصر به فرد آن خود دارای چالش‌های وسیعی بوده‌است.
سورنا ۳ 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 شده‌است. همچنین سورنا ۳ 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 شده‌اند و روش‌های کنترلی پیشرفته و دقیقی برای حفظ تعادل ربات بر روی آن پیاده‌سازی شده‌است.