خستگي مكانيكي قطعات استراتژيك در دو رژيم كم پرخه و پر چرخه رخ مي دهد. براي آزمون قطعات در رژيم كم چرخه تجهيزات بارگذاري متعدد و متنوعي وجود دارد، اما تجهيزات بارگذاري در رژيم خستگي پرچرخه داراي پيچيدگي هاي خاصي مي باشد. در سيستم پيشنهادي ما، فرايند آزمون خستگي با فركانس بالا و با استفاده از بارگذاري خمشي رزونانسي انجام مي شود. در اين اختراع سيستم به طور حلقه بسته كنترل مي شود و كاربر وظيفه نظارتي را بر عهده دارد. سيستم با الگوريتم شناسايي رزونانس طبيعي اول سازه را استخراج و در سطح تعيين شده اي به تعداد سيكل هاي معيني بارگذاري را اعمال مي نمايند. نحوه اعمال بار با استفاده از روش كاليبراسيون در سطح دلخواه قابل كنترل مي باشد. آرايش تجهيزات، طراحي فيكسچر نگهدارنده قطعات، نحوه بارگذاري، درگيري قطعات، نحوه ي كاليبراسيون، تجهيزات بارگذاري و ابزاردقيق جزئيات اين اختراع مي باشند.

عنوان: طراحي مكانيكي و ساخت ربات انسان‌نما سورنا 3 زمينه فني: مكانيك مشكل فني و اساس راه حل ارائه شده براي آن(اجمالي): طراحي و ساخت ربات انسان‌نما ازنظر مشخصات فيزيكي همچون قد و وزن، مسئله تعادل ربات را به ميزان قابل‌توجهي تحت تأثير قرار مي‌دهد. زيرا كه پارامترهاي حركتي ربات انسان‌نما به دليل ساختار فيزيكي غيرخطي آن به‌شدت تحت تأثير وزن و اينرسي ربات و قد آن و طول لينك‌ها مي‌باشد. بدين منظور انتخاب موتورهاي مناسب و جنس بدنه و نحوه جانمايي موتورهاي و ساير تجهيزات و اجزاي ربات بسيار حائز اهميت ميباشد. بنابراين طراحي اجزا و جانمايي موتورهاي و مفاصل و انتخاب تعداد درجه آزادي و نوع آن براي عملكرد مناسب ربات از چالش‌هاي حوزه‌ي طراحي مكانيكي محسوب مي‌شود. همچنين پرواضح است كه انتخاب جنس اجزاي ربات موجب كاهش وزن ربات مي‌شود كه مي‌تواند عملكرد ربات را بسيار بهبود بخشد. از طرفي ساخت اجزا و مفاصل و دقت ساخت و مونتاژ اجزا نيز در كنترل رفتار حركتي ربات بسيار تأثيرگذار است و تا جايي كه امكان دارد بايد صلبيت مكانيزم حفظ شود. بيان واضح و دقيق مزاياي اختراع؛ تعداد درجه آزادي ربات، ميزان مانور پذيري ربات را افزايش مي‌دهد و از طرفي موجب پيچيدگي ديناميكي و كنترلي ربات مي‌شود به همين منظور ربات انسان‌نماي مورد نظر داراي 31 درجه آزادي )6 درجه در هر پا 4درجه در هر بازو و 4درجه در هر دست و 2 درجه در گردن) مي‌باشد كه اين تعداد درجات آزادي همه‌ي مانورهاي حركتي موردنياز ربات را برطرف مي‌سازد و اين طراحي يك طراحي منحصر به فرد بر حسب نيازهاي ربات¬هاي انسان¬نما مي¬باشد.

طراحي و ساخت يك ربات چهارپا با يك درجه آزادي اضافي در كمر،در اين اختراع آورده شده‌است كه زمينه فني مربوط به آن مكانيك و رباتيك است. پارامترهاي حركتي ربات چهارپا به دليل ساختار فيزيكي غيرخطي آن به شدت تحت تاثير وزن و اينرسي ربات و طول لينك ها مي‌باشد بدين منظور انتخاب موتورهاي مناسب و جنس بدنه و نحوه‌ي جانمايي موتورها و ساير تجهيزات و اجزاي ربات بسيار حائز اهميت مي‌باشد. بنابراين طراحي اجزا و جانمايي موتورها و مفاصل و انتخاب تعداد درجه آزادي و نوع آن براي عملكرد مناسب ربات از چالش‌هاي حوزه‌ي طراحي مكانيكي محسوب مي‌شود. همچنين پرواضح است كه انتخاب جنس اجزاي ربات موجب كاهش وزن ربات مي‌شود كه مي‌تواند عملكرد ربات را بسيار بهبود بخشد. از طرفي ساخت اجزا و مفاصل و دقت ساخت و مونتاژ اجزا نيز در كنترل رفتار حركتي ربات بسيار تاثيرگذار است و تا جايي كه امكان دارد بايد صلبيت مكانيزم حفظ شود. شايان ذكر است كه در ربات‌هاي پادار استاتيكي سرعت ربات پايين بوده به طوري كه مي توان از اثرات اينرسي صرف‌نظر نمود. در حالي كه ربات‌هاي پادار ديناميكي داراي سرعت به مراتب بيشتري بوده و اثرات اينرسي ربات بايد در نظر گرفته شود. ساختار ربات چهارپاي الهام‌يافته از طبيعت مورد نظر در اين طرح به زيربخش‌هاي طراحي ، ديناميك و كنترل و الكترونيك تقسيم مي‌شود. تعداد درجه آزادي ربات، ميزان مانورپذيري ربات را افزايش مي دهد و از طرفي موجب پيچيدگي ديناميكي و كنترلي ربات مي‌شود به همين منظور ربات چهارپاي مورد نظر داراي 19 درجه آزادي (3 درجه در در هر پا، 6 درجه آزادي غيرفعال بدنه و درجه آزادي كمر ) مي باشد كه اين تعداد درجات آزادي همه ي مانورهاي حركتي مورد نياز ربات را برطرف مي سازد. درجات آزادي در هر پا به گونه‌اي تنظيم و طراحي شده است كه پايداري ربات در حين حركت حفظ شود و همچنين ربات بتواند حركت‌هاي مختلف را انجام دهد. درجه آزادي اضافي كمر ربات، مانورپذيري ربات را افزايش داده و ربات قادر به برداشتن گام‌هاي بلندتر با سرعت بيشتري است.

ربات انسان نما به رباتي اطلاق مي شود كه بر روي دو پاي خود راه مي رود و رفتار انسان را تقليد مي كند. ربات انسان نما سورنا 3 عنوان اختراع مورد نظر است كه داراي 31 درجه آزادي با وزن 98 كيلوگرم و قدر 190 سانتي متر است. مشخصات كامل ربات در بخش اصلي گزارش ثبت اخترع آورده شده است.

در اين گزارش به ارائه ي توضيحات \\" طراحي و ساخت پروتز دست بيورباتيكي به كمك مواد هوشمند\\" پرداخته خواهد شد كه براي ثبت اختراع در اداره كل مالكيت صنعتي ارائه گرديده است. هدف از اين طرح، توليد يك نمونه ربات نوين همانند پنجه ي دست انسان مي باشد كه بتواند با استفاده از فنرهاي داراي آلياژ حافظه‌دار و مواد هوشمند فعالسازي شده و انگشتان خود را باز و بسته كند. هدف از طراحي اين ربات، شباهت حداكثري به ظاهر طبيعي دست انسان و عملكرد مشابه دست انسان مي باشد. بدين منظور از يك طرح اوليه ي دست انسان به عنوان نمونه ي اوليه استفاده شده است. در مرحله ي بعد جزئيات مكانيزم مورد نظر بر روي طرح اوليه پياده سازي شده است. به طور نمونه، مفاصل و سوراخ هاي مطلوب براي عبور نخ و كش ها در نظر گرفته شده است. به منظور توليد هر چه دقيق تر ربات، از فناوري پرينت سه بعدي استفاده شده است. جنس استفاده شده در اين فناوري پلي لاكتيك اسيد (PLA) مي باشد كه داراي مقاومت مناسب براي تحمل نيروهاي اعمالي در ربات و همچنين ظاهر مناسب براي استفاده در اين ربات مي باشد. به منظور باز و بسته نمودن انگشتان ربات از فنرهاي داراي آلياژ حافظه دار و ساخته شده با مواد هوشمند استفاده شده است. اين فنرها قابليت تغيير طول در صورت تغيير دما را دارا بوده و مي توان با استفاده از عبور جريان الكتريكي مناسب تغيير طول مطلوب را ايجاد نمود. علت استفاده از اين مواد در ربات، كم حجم بودن و همچنين فعالسازي آسان بوده و مي توان از آنها به عنوان يك فعالساز مناسب در ربات استفاده نمود. از جمله نوآوري هاي اين ربات مي توان به شباهت بالاي ربات به دست طبيعي انسان، استفاده از فنرهاي آلياژ حافظه دار به عنوان عملگر توليد با دقت بالا توسط فناوري پرينت سه بعدي اشاره نمود. از جمله مصارف اين ربات مي توان به صنايع پزشكي به عنوان پروتز دست مصنوعي براي معلولان و بيماران قطع نخاع اشاره نمود. همچنين از اين نمونه ربات مي توان در محيطهاي خطرناك و آلوده ي صنعتي استفاده نمود.

تست كنترل كيفيت قطعات توليد شده در خط توليد كارخانه¬ها از اهميت بسيار بالايي برخوردار است ولي امروزه با مشكلاتي مواجه است. از اين قبيل مشكلات مي¬توان به پرهزينه بودن، وقت¬گير بودن، عدم امكان تست تمام قطعات توليد شده، نياز به تخريب تعدادي از قطعات توليد شده در تست¬هاي مخرب، نياز به تجهيزات پيشرفته و ... اشاره كرد. در اين طرح به دنبال ايجاد شرايط مناسب براي انجام آزمون كنترل كيفيت مي¬باشيم كه بتوان به كمك آن تمام قطعات توليد شده را به روش آزمون غيرمخرب و با صرف كم¬ترين هزينه¬ها و امكانات مورد ارزيابي قرار دهيم. راه حل مناسب براي دستيابي به اين هدف استفاده از روش تست آكوستيك رزونانسي مي¬باشد. از ويژگي¬هاي برجسته اين طرح مي¬توان به ايجاد ارتباط متناظر بين فركانس طبيعي يك قطعه و صداي ناشي از اعمال ضربه به آن اشاره كرد. از اين ويژگي مي¬توان در صنايع مختلف براي حصول اطمينان از صحت ساخت قطعات توليدي استفاده نمود و همچنين مي¬توان از نتايج حاصل از آزمايش، براي دست¬يابي به هدف موردنظر مانند چيدمان قطعات به كمك فركانس آن¬ها استفاده نمود.

1. طراحي، ساخت و هوشمندسازي ربات انسان نما با ابعاد و وزن نزديك به انسان، كه قابليت انجام رفتارهاي دقيق و نرم مشابه رفتارهاي انساني را داشته باشد هدف اصلي پروژه سورنا مي باشد. سورنا 2 قادر است همانند يك انسان ولي با سرعتي آهسته تر و با تركيبي از حركات دست، سر و يا گام بردارد. سورنا داراي وزن 45 كيلوگرم و قد 145 سانتي متر است. سورنا داراي 22 درجه آزادي شامل 12 درجه در پاها، 8 درجه در دست ها و 2 درجه در سر است. مشخصات سورنا 2 عبارتند از: ديناميك غير خطي، اينرسي بالا و حفظ تعادل و پايداري ضمن حركت و تغييرات پيكربندي سورنا 2، مباحث سخت افزاري و نرم افزاري پيچيده اي را مطرح مي سازند اين چالش ها، در طراحي، ساخت و كنترل ربات انسان نما با ابعاد بزرگ و وزن زياد (مشابه انسان)، منجر به استفاده از فناوري هاي نوين و منحصر به فرد در سورنا 2 گرديد. طراحي مكانيكي بدنه ي سورنا 2 به گونه اي صورت گرفته است كه بيشترين درجات ازادي قسمت هاي مختلف بدن تأمين گردد. جهت تأمين حركت روان، با دقت بالا و بدون لقي مفاصل ، از هارمونيك درايو استفاده شده است. علاوه بر تأمين پايداري به صورت ديناميكي، از سنسورهاي فشار در كف پا نيز بدين منظور استفاده گرديده است.

هدف از اين پروژه طراحي و ساخت گونه اي متفاوت از سامانه هاي بدون سرنشين (Unman ned Aerial Vehicle UAV) است كه از نظر اندازه بسيار كوچك بوده و با سرعت هاي پيشروي متوسط حركت مي كنند. اين نوع هواپيماها را، ريزپرنده (Micro Aerial Vehicle MAV) مي نامند. ريزپرندهن ها (MAVs) با عرض بال كمتر از 15cm و محدوده سرعت پرواز 60kphو-30 از موارد جالب براي كاربردهاي نظامي و تجاري است. البته اين تعريف نسبي بوده و گاها سايزهاي بزرگتر را نيز در اين رده محسوب مي كنند. دو ويژگي برجسته در مورد پرواز MAV عبارتند از عدد رينولدز پايين _(105-104) كه منجر به شرايط آيروديناميكي نامطلوبي براي پرواز كنترل شده مي شود و ابعاد فيزيكي كوچك كه ويژگي هاي مقياسي چون استحكام ساختار بدنه، كاهش سرعت واماندگي، و اينرسي پايين را باعث مي شود. مدل پرواز اين سازه مانند سنجاقك مي باشد و با كمك زاويه حمله نسبتا بزرگتري مي تواند نيروي برا (lift) را تأمين كند. در اين سازه با توجه به محدوديت وزني از آلياژهاي حافظه دار كه يكي از مواد هوشمند هستند استفاده شده است تا كنترل پرواز ميسر باشد. درواقع وضعيت دم اين سازه با كمك دو مجموعه سيم از جنس آلياژ حافظه دار كنترل مي شود.

اين سيستم با استفاده از عملگر هاي هوشمند امواج فراصوتي در سازه ايجاد مي كنند كه قابليت انتشار در ابعاد وسيع را دارا بوده و براي شناسايي عيوب در سازه هاي فلزي و غير فلزي را قابل استفاده مي باشد. از اين سيستم براي عيب يابي خطوط لوله انتقال نفت و گاز در ابعاد وسيع استفاده مي شود. اين سيستم متشكل از يك واحد تقويت سيگنال تحريك، عملگر هوشمند و نرم افزار تحليل داده تشكيل مي شود. نوآوري اين سيستم در به كارگيري مواد هوشمند (پيزوالكتريك) و تحليل سيگنال هاي برداشت شده با استفاده از روش امواج هدايت شده (Guided-Wave) مي باشد. 1- عنوان اختراع سيستم فراصوتي تشخيص سلامت خطوط لوله نفت و گاز با برد بالا 2- زمينه فني اختراع مربوط مكانيك؛ تست غير مخرب؛ پايش سلامت سازه ها و نفت و گاز 3- بيان اهداف و ضرورت اختراع پيشرفت و توسعه در صنايع مختلف مانند هوافضا، حمل و نقل، نفت و گاز و ... منجر به استفاده ازسيستم هاي حساس تر و پيچيده تر در نقاط مختلف گرديده است. وجود عيب در چنين سازه هاي ارزشمند مهندسي مي تواند موجب خسارات مالي و جاني جبران ناپذيري گردد. بنابراين مبحث ايمني اين سيستم ها با توجه به خسارات احتمالي هنگفت؛ از جايگاه ويژه اي برخوردار مي باشد. از اين رو تشخيص سلامت و ارزيابي يكپارچگي آنها موجب تحقيقات گسترده در اين زمينه و توسعه روش هاي جديد ارزيابي غيرمخرب گشته است. روش فراصوتي يكي از جديدترين و پركاربردترين روش ها در زمينه ي عيب يابي سازه ها مي باشد. اين روش بدليل توانايي در عيب يابي محلي؛ بررسي قطعات و سازه ها با جنس هاي مختلف و نيز سرعت بالاي تست از اهميت ويژه اي در زمينه ي عيب يابي غيرمخرب برخوردار مي باشد. يكي از مهمترين مشكلات موجود در زمينه ي عيبيابي به كمك امواج فراصوتي عدم توانايي امواج فراصوتي مرسوم درپيمودن بردهاي بالا مي باشد كه اين امر موجب بالا رفتن تعداد دفعات تكرارتست و افزايش زمان عيب يابي مي گردد. علاوه بر اين تفسير سيگنال هاي بدست آمده توسط اين روش كار بسيبار دشواري مي باشد. هدف ازاختراع حاضر توليد و دريافت امواج ورقي با استفاده از حس گرها و عملگرهاي هوشمند پيزوالكتريك مي باشد . امواج ورقي نوعي موج فراصوتي مي باشند كه بدليل ويژگي هاي ذاتي خود توانايي پيمودن بردهاي بالا را دارند اين ويژگي به كاربر اجازه ي بازرسي محدوده ي وسيع تري را در مدت زمان كمتر مي دهد. همچنين از جمله دست آوردهاي مهم ط ح"سيستم فراصوتي تشخيص سلامت خطوط لوله نفت و گاز با برد بالا" ارائه ماژول عيب يابي و تحليل سازه مي باشد كه از آن مي توان به عنوان مغز سيستم هاي عيب يابي نام برد. برخي از مهمترين ويژگي هاي فني طرح نسبت به روش هاي بازرسي رقيب عبارتند از : - بازرسي نقاط غير قابل دسترس سازه - زمان اجراي بازرسي بسيارپايين تر - ناحيه وسيع تربازرسي - شناسايي عيوب پنهان درسطوح داخلي و خارجي - قابليت بازرسي مواد مختلف همچون فلزات؛ كامپوزيت ها؛ پليمرهاي صنعتي و ... - قابليت تفكيك انواع عيوب موجود در سازه و دسته بندي عمومي آنها - تخمين اندازه و نوع عيوب در سازه 4- كاربردهاي صنعتي اختراع همانگونه كه قبلا نيز اشاره گرديد اختراع حاضر توانايي بكارگيري در صنايع مختلف مانند صنايع نفت و گاز؛ صنايع ريلي و صنايع هوافضا را دارد. براساس آمارهاي سازمان استاندارد بين المللي ISO در بازرسي ها غيرمخرب پيش بيني مي شود؛ روش بازرسي به كمك امواج هدايت شده جايگاه خود را طي 5سال آينده در شرايط كنوني صنعت امروز جهان از 6% به 13% در پايش سلامت سازه هاي استراتژيك برساند. كه بيانگر اهميت و جايگاه صنعتي و ييه طرح ارائه شده در اختراع حاضر مي باشد.