نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران (هومن)

شاید خیلی ها آرزوهایی داشته باشند که در قدم اول رسیدن به آن ها غیر ممکن باشد و در واقع تعریف یک آرزو هم در غیر ممکن بودن آن است.

این پروژه که از حدود 9 سالگی فکر من را به خودش مشغول کرده بود آن قدر برای من و پدرم دست نیافتنی بود که بارها و بارها تصمیم داشتم آن را از ذهن خودم پاک کنم.

تا یک جرقه!! - راست می گویند که همه چیز از یک جرقه کوچک شروع می شود! - مثل همیشه در اینترنت دنبال جدیدترین های علمی بودم که تصویری نظرم را به خودش جلب کرد! روباتی دو پا با 4 سروو موتور(!) برایم خیلی عجیب بود چون تصور می کردم حتی برای یک قدم گذاشتن که آن روز ها به نظرم خیلی ساده می آمد تعداد موتور های زیادی احتیاج بود! این اولین موردی بود که این چنین یافتم . حدود 3 روز بعد روباتی با قد 22 سانت به نام Plen دیدم که فوق العاده کوچک بود البته بیشتر از کوچکیش، سادگی اتصالات و براکت هایش برایم جالب بود !

این دو برایم یک الگو شدند تا دست به کاری بزنم که از نظر خیلی از استاد های دانشگاه هم سخت ،‌پر هزینه ( اینو راست گفتن!!!!) و حتی غیر ممکن بود! اما خوب همانند پروژه البرز-ست1 این گفته ها و نظریات را نشنیده گرفتم!!

طراحی ها از کاغذ شروع شدند. در ابتدا قرار بود تنها 6 سروو موتور به کار گرفته شود اما این تعداد فقط برای روپاتی دو پا ( بدون دست و سر ) کافی بود ، آن هم با حرکات خیلی محدود.

با مشورت هایی که با پدرم انجام دادم و با مشاهده بیش از 20 نمونه روبات انسان نما چه از نزدیک و چه به صورت کلیپ تصویری و یا حتی به صورت عکس ، تصمیم گرفتم 17 عدد الی 18 عدد موتور را برایش در نظر بگیرم و این تصمیم = 3 برابر شدن هزینه ها !!

اینفوگرافی نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران (هومن) (طراحی:علی خورشیدی بنام)

دریافت اینفو گرافی با حجم 10.4 مگابایت (ZIP شده)(اندازه:3508*4961)

کسانی که عضو نیستند، نمی توانند اینجا را مشاهده کنند.

سروو موتور ها در بازار ایران خیلی کاربرد ندارند و متاسفانه تعداد کمی از آن ها در بازار وجود دارند در نتیجه خیلی گران هستند اما خوب تعداد 20 عدد تخفیف های را هم به دنبال داشت اما به هر حال حدود 70 درصد هزینه هایمان فقط برای موتور خرج شد!!!

البته خرید موتور در مرحله ای انجام شد که تمامی قطعات اتصال دهنده یا همان براکت ها (Brackets) حاضر شده بودند و در واقع آماده مونتاژ بودند.

پس از کشیدن طرح های اولیه بر روی کاغذ نوبت به مقایسه با سایر روبات های مشابه خارجی شد! حدود 6 گیگ کلیپ تصویری از سایت های اشتراک گذاری ویدئو در عرض 1 ماه دانلود شد تا تمامی حرکات و رفتار و قطعات روبات های مختلف بررسی شود.

در نتیجه با ترکیب الگو های اتصالات روبات های دیگر با طرح های خودمان نهایتاً شروع به طراحی های رایانه ای با استفاده از نرم افزار Solid Works 2009 کردم و طرح ها در ابعاد واقعی و سازگار با ابعاد موتور ها طراحی شد! و حال نوبت به برش و خم کاری رسید کاری که بازهم متاسفانه هزینه هایش بالا بود(!) چون ما برای این کار احتیاج به دقت برش بالایی داشتیم و لیزر بهترین گزینه برای برش آلومینیوم خشک با ضخامت 5/1 میلی متری بود. اما هزینه ی حدود 180 هزارتومانی برای برش حدود 20 قطعه خیلی زیاد بود و ترجیح دادیم از برش آبی (Water Jet) استفاده بکنیم که هزینه اش حدود یک سوم بود و دقت 1/0 میلی متری آن هم برای ما کافی بود!

خم کاری ها هم با دقت بسیار زیادی و با استفاده از دستگاه خم کاری زاویه مورد نظر ما را گرفتند.

تیر ماه 1389 بود که موتور ها ، براکت ها و پیچ و مهره ها و بلبرینگ های مخصوص آماده شدند و همه چیز مناسب برای مونتاژ به نظر می رسید! اما مونتاژ این تعداد موتور و این تعداد سیم و از طرف دیگر محاسبه نحوه قرار گیری مدار های پشتیبانی و پردازنده کابوسی برایم شدند!!

پس ابتدا نیاز بود بالاتنه روبات برای گرفتن پاهای روبات و قرار گیری پردازنده ها طراحی و ساخته شود که این عملیات حدود 5 روز طول کشید و به طور دستی با استفاده از پلکسی گلاس آن ها را ساختم و اجزای آن را با استفاده از بست های محکم فلزی به یکدیگر متصل کردم.

سپس شکل پاها و نحوه چینش موتور ها آغاز شد و بازهم احتاج بود که به نمونه های موجود نگاه کنم و سعی کنم آن ها را شبیه سازی و بهینه سازی کنم ! این کار حدود 2 هفته طول کشید و مجموعا 2 پا با 10 موتور آماده شدند و بلافاصله برروی بدنه نصب شدند و دست و سر نیز به تدریج طراحی و پیاده سازی شدند. مراحل مونتاژ حدود 1 ماه طول کشید.

طراحی قسمت های الکترونیکی و کنترلی روبات هم مجبور بودند کوچک باشند و انتظاراتی که ما از روبات داشتیم ، ما را ناچار به طراحی و مونتاژ قطعات با استفاده از تکنولوژی لحیم سطحی کرد (SMD) که البته تست های اولیه تماماً برروی برد های آزمایشی صورت پذیرفتند و تغییرات لازمه در آن ها اعمال شد .

در قدم اول یک رایانه اختصاصی با پردازنده اتی مگا 128 (ATmega-128) برای کنترل بخش حرکتی ساخته شد و تمامی کنترل های حرکتی روبات بر روی این رایانه پیاده سازی شدند همچنین امکاناتی چون پشتیبانی از حافظه میکرو اس دی (Micro SD) و ال سی دی 2 اینچی تمام رنگی نیز پیاده سازی شدند.

با برنامه نویسی های اولیه صورت گرفته توسط نرم افزار باسکام ای وی آر (BASCOM AVR) و به زبان بیسیک ، روبات در نیمه ی مرداد ماه 1389 برای اولین توانست برروی پاهای خودش بایستد و مکانیزم قفل موتور هایی را که برایش پیش بینی کرده بودم را به طور کامل اجرا کند و این لحظه یکی از زیباترین لحظه ها بود! وقتی حاصل تلاشت را می بینی و خصوصاً اگر روبات انسان نما باشد ! حسی غیر قابل توصیف است ، احساس اینکه در مقابل موجودی آهنی اما با قلبی انسانی قرار گرفته ای غیرقابل توضیف است!!

اعضای تیم سازنده نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران

(به ترتیب از راست: جناب آقای مهندس جعفر صادق خورشیدی بنام (استاد راهنما) - علی خورشیدی بنام (طراح و سازنده) - علی سبزعلیان (طراح حرکات))

دریافت تصویر با کیفیت اصلی (12 مگاپیکسل) و حجم 3.54 مگابایت:

کسانی که عضو نیستند، نمی توانند اینجا را مشاهده کنند.

اما نگرانی ها بیشتر می شدند چون وزن زیاد روبات باعث لرزش بیش از حد روبات می شد و از همه بدتر اینکه من هنوز بسیاری از چیزهایی که پیش بینی کرده بودم،پیاده سازی نشده بودند و این یعنی یک بن بست ! اما هیچ چیزی نمی توانست از وزن روبات بکاهد از طرفی تعویض موتور ها هزینه زیادی را برمی داشت پس تصمیم گرفتم از یک بن بست هم رد شوم ! رد شدن و عبور از بن بست هم تجربه جالبی بود و نتیجه گرفتم که حتی در یک راه بسته هم بازهم یک راه وجود دارد!

بدون اعتنا به لزرش ها کار را ادامه دادم ! برای کم کردن لرزش ها خم زانو ها را اندکی بیشتر کردم و به اصطلاح مرکز ثقل را پایین تر آوردم این کار باعث می شد فشار بیشتر تقسیم شود و در نتیجه لرزش ها اندکی کاهش می یافت! البته چند ماه بعد موتور های گیربکس فلزی خریده شدند و دیگر هیچ مشکلی پدید نیامد!

سیستم تعادلی برای روبات در نظر گرفته نشده بود اما خوشبختانه شهریور ماه همان سال یک برد ژیروسکوپ 3 محوره (IMU : Inertial Measurment Unit)که در ایران یا موجود نیست و یا 3 الی 4 برابر قیمت جهانیست، از آمریکا و بعدش آلمان ، به دستم رسید ماژولی فوق العاده با پردازنده آرم کورتکس(ARM Cortex) و کالمن فیلت.رینگ (EKF) که دقت فوق العاده زیادی داشت اما راه اندازی چنین ماژولی واقعاً دشوار بود و داده هایی که به ما می رساند فوق العاده حجیم بودند و تصمیم گرفته شد که در مراحل مقدماتی از سنسور های شتاب سنج ADXL 330 استفاده شود.

من می خواستم یک برنامه پردازش صوتی برای روبات برنامه نویسی کنم اما متوجه شدم که حتی درصورت ساخت چنین نرم افزار پیچیده ای ، روبات بیش از حد به رایانه وابسته خواهد شد بنابراین جستجو ها برای یافتن یک سخت افزار قدرتمند برای پردازش صوتی آغاز شد و نهایتاً به طور تصادفی با ماژولی قدرتمند روبرو شدیم و بنا شد این ماژول 70 یورویی ( قیمت ماژول + مالیات های اروپا) از طریق پست ارسال شود و فرآیند پست هوایی ( البته ظاهراً هوایی!!!) آنقدر طول کشید که نا امید شدم اما بلاخره رسید و اینک روبات من می توانست 50 دستور صوتی را بشنود و با اضافه شدن امکان پخش فایل های MP3 که برروی حافظه میکرو اس دی روبات بودند و همچنین پخش صدا به صورت استریو ، روبات من می توانست پاسخ بدهد!

در اوایل دی ماه بود که دیگر روبات به جایی رسیده بود که آماده برای موشن نویسی( یا همان طراحی حرکات ) بشود و با حجم کاری من ،‌ تصمیم به گروهی شدن گرفتم و علی سبزعلیان به عنوان موشن نویس انتخاب شد . نرم افزاری برای طراحی حرکات و موشن نویسی طراحی کردم که بر پایه ویژوآل بیسیک بود و قابلیت کنترل هر 17 موتور را در 33 حالت و زاویه داشت و مقداری عددی نیز ظاهر می شد که در واقع عددی برای تبدیل به کد شدن بود و با تبدیل آن عدد به کد بیسیک ، هرکدام از موتور ها در زاویه دلخواه قرار می گرفتند.

مراحل موشن نویسی بار ها و بار ها انجام شد تا در نهایت ایده آل ترین آن ها انتخاب شدند .

با اضافه شدن پردازنده دوم به نام پردازنده Emotion یا احساسات ، وزن و محاسبات روبات اندکی تغییر کردو ناچار بودیم موشن نویسی ها را نیز مطابق با تغییرات ، اصلاح کنیم . پردازنده دوم هم مشابه پردازنده اول بود و از همه ی بخش های غیر مکانیکی و غیر حرکتی روبات پشتیبانی می کرد از سنسور ها و ماژول ها گرفته تا رنگ چشم ها و...

در نهایت هم برای راحتی کار یک نرم افزار دیگر توسط ویژوآل بیسیک دات نت نوشتم که رابط کاربری روبات بود و با اتصال یو اس بی روبات به لپ تاپ یا رایانه رومیزی می توانستیم انواع حرکات را با فشردن یک کلید ببینیم این برنامه همچنین دارای یک رابط کاربری گرافیکی (GUI) قوی و انیمیشنی می باشد که کار با این نرم افزار را برای عموم لذت بخش تر می کند .

همه چیز تقریبا آماده بود تا ما یعنی من (علی خورشیدی بنام)‌به عنوان سرپرست تیم و علی سبزعلیان به عنوان موشن نویس و جناب آقای مهندس جعفرصادق خورشیدی بنام به عنوان استاد راهنما ( و البته پدر عزیزم!!) در ششمین دوره از مسابقات روبوکاپ آزاد ایران (ایران اوپن 2011) شرکت کنیم!

نام روبات هم هومن است ! خیلی ها می پرسند چرا هومن؟

در جواب باید بگویم که هومن برگرفته از کلمه Humanoid (به معنی انسان نما) و پس از آن Human و نهایتاً هومن است! و هومن نیز نامی کاملاً فارسی می باشد!

جدید(New)!!!:در 16 خرداد هم مصاحبه اختصاصی من با مجله دانستنیها در مورد "نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران (هومن)" در شماره 30 و در صفحه 62 و 63 از این مجله منتشر شد!!

مجله دانستنیها شماره 30 صفحات 62 و 63 : دانلود متن مصاحبه (PDF):

پس رویایی از پیچ و مهره یعنی این....

مشخصات فنی هومن:

قد: 36 سانتی متر (Max)

وزن: 925/1 کیلوگرم

طراحی:

طراحی اولیه: طرح های کاغذی و پراکنده

طراحی اصلی: طراحی رایانه ای توسط نرم افزار DS Solid Works 2009

طراحی مدارت: پروتل Protel

شبیه سازی مدارات: پروتئوس Proteus Design Suite

قطعات:

تعداد قطعات آلومینیمی: 30 عدد در 6 نوع

نوع آلومینیوم: آلومینیوم خشک - ضخامت:5/1 میلی متر

نوع برش : واتر جت (Water Jet)

تعداد پیچ ها و مهره ها : پیچ + مهره + واشر + بلبرینگ = حدود 400 قطعه

موتور ها :

درجات آزادی (D.O.F) : هفده (17)

تعداد موتور ها : 17 عدد ( هر پا: 5 موتور (2×5) + هر دست: 3 موتور (2×3) + سر : 1 موتور (1×1) )

نوع موتور ها : سروو موتور متوسط با گیربکس فلزی

تعداد پشتیبانی اولیه از موتور ها :‌حداکثر 20 موتور

تغذیه:

نوع باتری :‌لیتیم پلیمر (LiPo)

ولتاژ کاری: 11.2 ولت

آمپیر لحظه ای :‌25 آمپر

پشتیبانی از روبات : 4 ساعت

مدت زمان شارژ شدن: 45 دقیقه

جلوه های بصری:

نور: 2 عدد ال ای دی آر جی بی بصورت اس ام دی (SMD RGB LED ×2) ( چشم ها)

5 عدد ال ای دی نشانگر وضعیت در مکان های مختلف روبات

نمایشگر : پشتیبانی همزمان از 2 نمایشگر کریستال مایع 2 اینچی تمام رنگی (2" RGB LCD) ( یک عدد دائمی و یک عدد قابل نصب)

امکانات صوتی:

تقویت کننده : استریو 1 وات (5 ولت)

نوع فرمت های پشتیبانی:‌MP3 و WAV و AMR و...

منبع برداشت: حافظه میکرو اس دی شماره 2 روبات

اسپیکر ها: 1 وات ( 8 اهمی ) ( 2 عدد)

ولتاژ کاری :‌5 ولت و 3.3 ولت

پردازش صوت:

میکروفون ها : 1 عدد داخلی و 1 عدد قابل نصب

پروتکل ماژول: UART (سریال)

ولتاژ کاری :‌5 ولت

دوربین:

نوع دوربین : وب کم + میکروفون

نوع اتصال : یو اس بی

*** این روبات بزودی مجهز به CMU cam خواهد شد ***

رایانه ها:

تعداد رایانه ها: 2 عدد رایانه ویژه حرکت و ویژه احساسات (Motion & Emotion)

نوع پردازنده ها : ATmega 128 SMD

ابعاد :‌5 سانتی متر در 10 سانتی متر ( برد ساندویچی با سه طبقه به صورت تمام SMD)

دارای: خروجی آنالوگ به دیجیتال ،‌خروجی سریال ( جهت اتصال دو رایانه به یکدیگر ) ،

خواندن و نوشتن برروی حافظه میکرو اس دی ، نمایش تصاویر رنگی برروی ال سی دی رنگی ویژه

ولتاژ کاری: 3.3 ولت و 5 ولت

حفظ تعادل:

- حسگر ها : شتاب سنج (ADXL 330)

ماژول حفظ تعادل: ماژول ژیروسکوپ 3 محوره دیجیتال (IMU: Inertial Measurment Unit)

پردازنده :‌ARM Cortex

ویژگی ها :‌دارای کالمن (EKF)

نوع پروتکل:‌UART (سریال)

محصول : ایالات متحده آمریکا

قیمت حدودی: 130 دلار

زبان های برنامه نویسی:

زبان نرم افزار اختصاصی کنترل رایانه ای : میکروسافت ویژوآل بیسیک دات نت (MS Visual Basic.NET)

فرمت: EXE - نصب و اجرا

سازگار با: ویندوز 7 - ویندوز ویستا - ویندوز XP

نوع ارتباط: USB و بزودی بلوتوث

-زبان پردازنده ها : باسکام ای وی آر( BASCOM AVR )

نوع ارتباط :‌مستقیم

هزینه ها : مجموعا در حدود 1 میلیون و 500 هزار تومان

حمایت کننده : در حال حاضر هیچ حمایت کننده ای وجود ندارد.

وضعیت پروژه :‌در حال پیشرفت در زمینه های حرکت

وضعیت برای تولید:‌80 درصد نزدیک به نمونه صنعتی

کاربرد ها : آموزشی تحقیقاتی و سرگرمی

نوع ارتباطات: یو اس بی USB با امکان نصب بی سیم و بزودی امکان نصب بلوتوث و کنترل توسط تبلت های آندروید2.2

نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران (هومن)

مطالب مشابه :

اینترنت پرسرعت تعرفه adsl (ای دی اس ال اینترنت پرسرعت)

اس ام اس سرکاری

سامانه مديريت خدمات مشتريان adsl مخابرات

نخستین روبات انسان نمای دانش آموزی ایران (هومن)

چگونگی کارکرد تلویزیون های LED

اسامی شرکت های همکار

G P S

پروتکل هارت (HART Protocol)