ربات صنعتي پژوهشي 4 درجه آزادي با گيربكس خورشيدي زمينه فني: مكانيك، برق، كامپيوتر از آنجايي كه طراحي و ساخت ربات نياز به زمينه هاي متعدد فني دارد، لذا در اين اختراع نيز، زمينه مكانيك، برق و كامپيوتر دخيل بوده اند. ربات هاي اسكرا، چهار درجه آزادي دارند كه عموماً در خطوط توليد استفاده مي شوند. در ساخت اين ربات از 4 سرو موتور استفاده شده است. طراحي و ساخت يك ربات اسكراي ارزان، با سرعت و تكرارپذيري در سطح ربات هاي جهاني هدف اصلي اين اختراع مي باشد. با وجود استفاده از قطعات ارزان تر (به عنوان مثال، گيربكس خورشيدي نسبت به هارمونيك درايو) به دليل شرايط موجود، سرعت و تكرارپذيري ربات در سطح ربات هاي جهاني است. تكرارپذيري (به ترتيب در صفحهxy ، 0/01± ميليمتر، در راستاي z، 0/03± ميليمتر و در چرخش ابزارگير 0/02± درجه) و سرعت بالا (به ترتيب شماره مفاصل، °⁄sec400، °⁄sec700، °⁄sec1100 و mm⁄sec1100) از ويژگي هاي فني برجسته ربات مي باشد. در طراحي و ساخت مفاصل ربات نيز نوآوري هايي صورت گرفته است، به نحوي كه برخلاف نمونه هاي ديگر قابليت مونتاژ ربات بدون استفاده از موتورها و گيربكس ها به عنوان بخشي از مكانيزم وجود دارد. بر خلاف ربات هاي دنيا، سيستم كنترلي سورس-باز تحت كامپيوتر اين ربات، ويژگي هاي تحقيقاتي خاصي را به اين ربات صنعتي افزوده است.

دست مصنوعي ساخته شده در دانشگاه فردوسي مشهد در شاخه ي علم بايونيك قرار دارد ،داراي كنترل نيرو ،موقعيت و كاملا با اراده ي شخص معلول مي باشد. ساختار مكانيكي آن كاملا مطابق با دست انسان است . و قابليت نمايش سيگنال هاي الكتروميوگرافي و ارتباط با تلفن همراه و رايانه شخصي را دارد. دست هاي مصنوعي ساخته شده از دو سيستم كنترلي پيروي مي كنند. سيستم اول با استفاده از الگو هاي الكتروميوگرافي است كه لازمه آن استفاده از چند كنال دريافت الكتروميوگرافي است. وسيستم دوم استفاده از روش بدون الگو است كه تنها با يك سيگنال الكتروميوگرافي عمل مي كند. توانسته ايم معايب سيستم اول را رفع نماييم. RFIDمحصول ساخته شده ي ما با روش دوم پايه ريزي شده و با استفاده از روش از مزاياي طرح فوق مي توان به : 1.ايجاد آمادگي سريع كاربر براي استفاده از پروتز 2.ايجاد و تعريف اشكال مختلف چنگ زدن 3. كاليبره شدن سنسور ها 4.تعريف حالات عمومي و ويژه را نام برد.لازم به ذكر است كه سيستم فوق كاملا بيسيم بوده و با باطري هاي شارژي تغذيه مي شود. اين سيستم قابليت فراگيري دارد(آموزش پذير است) و با دستكشي كه شخص به دستش مي كند مي تواند حالات مختلف انگشتان را براي حالات خاص آموزش دهد.و يا بصورت همزمان سيستم را با حركات انگشتان دست ديگر كنترل نمايد.

اختراع دستگاه تشخيص حركت عضلات باقي مانده در معلولان قطع عضو و طراحي و ساخت پروتز مبتني بر آن(Movement Detection system for remained muscles of amputated limb and designing prosthesis based on it) كه در زمينه تجهيزات پزشكي و الكترونيك كاربرد دارد، براي حل اين مشكل كه در بيماران مبتلا به قطع اندام جهت شناسايي حركت ارادي مد نظر بيمار و در نتيجه حركت متناظر پروتز مصنوعي آن دچار مشكل هستيم ساخته شده است با اين راه حل كه در داخل عضلات ساعد يا هر عضو مورد نظر، يك تگ بيومتريال(مانند يك گوي كوچك آهنربايي) كه قابل شناسايي توسط گيرنده مخصوص خود از روي پوست است(مانند يك گيرنده مغناطيسي)،قرار داده شود. با حركت عضله اين تگ نيز حركت خواهد كردو چون اين جسم هميشه مسيري مشخص را طي مي كند ميزان حركت و سرعت آن با شبكه گيرنده هاي ماتريسي بيرون پوست و داخل پروتز رديابي مي شود. گيرنده دو پارامتر موقعيت و سرعت را در اختيار پردازنده گذاشته و پردازنده موتورهاي الكتريكي متناظر را به حركت درمي آورد. با توجه به تعدد عضلات باقيمانده و عدم نياز به تفسير امواج عصبي دخيل در انقباض، امكان افزايش درجه آزادي و انجام تعداد حركات ارادي بيشتر وجود دارد.

ميزان مقاومت جك‌هاي صلب در مقابل نيروهاي ضربه‌اي و شوك محدود بوده و در صورت اعمال ضربه ممكن است آسيب جدي به اين عملگرها وارد آيد. همچنين در اين جك‌ها امپدانس و سختي عملگر تابعي از جنس آن بوده و قابليت تنظيم ندارد. علاوه بر اين در حالت كلي در جك‌هاي صلب، تنها امكان كنترل نيرو يا موقعيت به صورت مجزا وجود دارد و نمي‌توان نيرو و موقعيت را بطور همزمان كنترل كرد. در جك انعطاف پذير، تمامي مشكلات فوق مرتفع شده‌اند. بدين صورت كه بواسطه وجود المان انعطاف پذير (فنر)، قابليت تحمل ضربه و شوك اعمالي به عملگر بسيار افزايش مي‌يابد. همچنين تغيير امپدانس و سختي عملگر از طريق تعويض المان انعطاف پذير و پياده‌سازي الگوريتم‌هاي كنترل امپدانس به راحتي امكان پذير است. علاوه بر اين امكان كنترل همزمان نيرو و جابجايي به راحتي ميسر مي‌باشد.

دست هاي مصنوعي انواع گوناگون و متعددي دارند كه از ميان آنها پروتز هايي كه با قابليت هاي نزديكتري به نمونه دست طبيعي و زنده انسان هستند براي معلولان قطع عضو جذاب تر و كاربردي تر هستند.اما دستان با درجات آزادي بالا موانع بسياري مواجه اند از جمله كنترل و حركت جداگانه انگشتان ، حالت دهي شكل دست براي گرفتن اجسام مختلف و ....كه محققان راه هاي مختلفي را بررسي كرده اند كه بعضا براي بدن تهاجمي يا غير تهاجمي بوده است. از گروه تهاجمي مي توان به كاشت سنسور برروي عضلات دست و اعصاب آن اشاره نمود و همچنين از گروه غير تهاجمي مي توان به استفاده از سيگنال هاي حياتي بدن از جمله EEG,EMG,ENG و استخراج الگو از آن جهت حركت ارادي انگشتان شخص بيمار استفاده كرد.اما هردو گروه داراي هزينه هاي بسيار بالا ، ضريب خطا زياد ، سرعت پاسخ دهي نامطلوب، در موارد تهاجمي بودن همراه با درد و عوارض جانبي و.....همراه بئده است.حال راه حل جديدي را ما پيشنهاد مي دهيم كه با استفاده از دوربين كه در پروتز دست تعبيه شده است ،پروتز تصوير اجسام را گرفته و سپس با توجه به شكل جسم كه به وسيله ي پردازش تصوير به دست مي آيد ، بهترين نوع و حالت انگشتان را براي بيمار بدون اتلاف وقت و رنج و زحمتي انتخاب مي نمايد.

اختراع ارائه شده مربوط به عملگر الاستيك سري مي‌باشد. با توجه به اينكه ربات‌هاي پوشيدني و در تعامل با انسان، در فضاي ديناميكي نامشخصي كار مي‌كنند، طراحي و توسعه اگزواسكلتون پايين‌تنه‌اي كه خود را با محيط وفق دهد، چالش اساسي در اين نوع ربات‌ها مي‌باشند. به‌منظور حل اين مسئله، اگزواسكلتون پايين‌تنه را به عملگري مجهز كرده كه در تعامل با محيط، رفتار كشساني از خود نشان دهد. در اين عملگر پس از موتور و جعبه‌دنده، ماژول فنر به‌طور سري به آن‌ها متصل شده تا نرمي را در ذات محرك ايجاد نمايد. طراحي و توسعه فنر و متعاقباً عملگر الاستيك سري كه در حين برآورده كردن نيازهاي ديناميكي انواع حركت انسان، داراي نرمي لازم در شرايط كاري ربات باشد، مسئله اصلي در اين اختراع است.

طراحي و ساخت پروتز دست با كاشت استحكام دهنده هاي آلومينومي در ميان كامپوزيت هاي پايه پليمري كه در زمينه مكانيك، بيومكانيك و مهندسي پزشكي است. بدنه و قطعات پروتز هاي دست رباتيكي ( داراي موتور و كنترلر) به طور معمول از از فلز و پلاستيك (با روش تزريق يا پرينت سه بعدي) ساخته مي شوند كه نسبت استحكام به وزن پاييني دارند. از طرفي داشتن استحكام بالا و وزن بسيار كم دو فاكتور مهم در ساخت پروتز هاست. ما براي حل اين مشكل از الياف كامپوزيتي فيبر كربن استفاده كرده ايم كه استحكام و مقاومت بسيار بالا و وزن بسيار كمي دارد. علاوه بر اين براي جلوگيري از صدمات ناشي از تنش هاي تماسي و لهيدگي بر قطعات كامپوزيتي و به دنبال آن ايجاد لقي در سيستم، در محل اتصالات و پين ها از استحكام دهنده هاي آلومينومي استفاده كرده ايم (شكل 7 تا 12 ) كه متناسب با شكل و هندسه قطعات كامپوزيتي بوده و در آن ها قرار داده مي شود ( كاشته مي شود ). از اين تركيب مي توان در ساخت انواع پروتز ها به خصوص پروتز هاي دست كه محدوديت ابعاد و وزن دارند استفاده كرد.

پروتز دست با مكانيزم سه پله اي شست و كف دست بهينه شده در گرسپ قدرتي در حوزه مكانيك و مهندسي پزشكي مي باشد. در اين اختراع ايده¬هاي جديدي براي طراحي و ساخت يك دست مصنوعي، جهت بالا بردن عملكرد آن، استفاده شده¬است. شست دست قابليت قرارگيري در 4 الگو دست باز، دو انگشتي، سه پايه و قدرتي را در راستاي درجه آزادي غيرفعال خود دارد. مكانيزم انگشتان قابليت جذب ضربات خارجي و حركتي شبيه به دست انسان را دارند. تك تك انگشتان مي¬توانند به صورت مستقل حركت كنند. محرك آن¬ها طوري انتخاب شده است كه قابليت برگشت-ناپذيري داشته كه موجب به ذخيره انرژي باتري و پايداري فرآيند گرفتن اجسام مي¬-شود. كف دست طوري طراحي شده¬است كه كمترين وابستگي را نسبت به شكل اجسام مختلف، براي دست ايجاد كند. مكانيزم مچ آن قابليت چرخش و جداسازي دارد. در مجموع، پروتز دست اختراع شده قابليت انجام 14 الگو گرسپ مختلف را دارد.

اختراع ارائه شده مربوط به ربات صنعتي چند محوره از نوع اسكارا مي‌باشد. ربات اسكارا، رباتي افقي است كه سازه‌ي آن داراي يك پايه، دو بازو و يك شفت است. اولين بازو به پايه مفصل شده و حول آن دوران دارد. بازوي دوم به بازوي اول مفصل شده و حول محور آن به موازات محور اول، دوران مي‌كند. شفت در انتهاي بازوي دوم مي‌باشد كه نسبت به اين بازو حركت انتقالي، موازي محور اول و دوم و حركت دوراني، حول محور خودش دارد. با توجه به ساختار ربات اسكارا، به جز محور انتهايي تمامي لينك‌ها فقط در راستاي افق حركت مي‌كنند؛ لذا تمام بار اعمالي بر روي سازه اعمال مي‌شود، كه دقيقاً معناي نام اين ربات بيانگر اين موضوع است كه ربات در راستاي افق قابليت دوران دارد و در راستاي عمودي قابليت تحمل بار را دارد.

اختراع ارائه شده مربوط به ربات پوشيدني افراد ناتوان مي‌باشد. اگزواسكلتون نوعي ربات پوشيدني است كه در حوزه بازتواني براي افراد بيمار و توان‌افزايي براي افراد سالم كاربرد دارد. اگزواسكلتون مدل آلفا دانشگاه فردوسي از ربات‌هاي حوزه بازتواني بوده كه با هدف بازگرداندن قدرت حركتي به فرد فلج در فاز اول و سپس ياريگري فرد كم‌توان در فاز دوم توسعه داده‌شده است. اجزا ربات طوري طراحي‌شده كه بتواند خود را متناسب با ابعاد اندام كاربر تنظيم كرده و به مفاصل پايين‌تنه اجازه حركت در صفحه ساجيتال را بدهد. در اگزواسكلتون فاز اول با توجه به آسيب ديدن دستگاه اراده و صدور فرمان حركت در افراد فلج، كنترل تعادل بالاتنه كاربر توسط عصا انجام‌شده و پايين‌تنه فرد ترجكتوري از پيش تعريف‌شده‌اي را با فشردن كليدي در پنل كنترلي انجام خواهد داد. در فاز دوم، كنترل تعادل با كاربر بوده و اگزو بايستي در حين دنبال كردن حركت، زماني كه فرد نياز به كمك داشته، كسري از نياز حركتي را به مفاصل فرد منتقل كند. لذا تعقيب مفاصل و تأمين بخشي از خواسته حركتي فرد، نياز به عملگري داشته تا تعاملات بين كاربر، اگزو و فضاي ديناميكي ناشناخته محيط بيرون را به نرمي ايجاد كند. اجزا پا اگزواسكلتون: عضوي حياتي به خاطر وظايف متنوع آن هست كه شامل انتقال وزن اگزو به زمين بوده كه متعاقباً بايد داراي يكپارچگي ساختاري و عمر طولاني در حضور نيروهاي محيطي متناوب باشد. همچنين ازجمله اجزائي بوده كه انسان و اگزو به‌طور صلب به يكديگر متصل شده درنتيجه براي اپراتور بايد نرم و راحت باشد. همان‌طور كه در شكل ‏3 نشان داده‌شده ساختمان اصلي آن داراي پاشنه صلبي بوده تا نيروها را به زمين منتقل كند. اجزا ساق و ران اگزواسكلتون: وظيفه اصلي ساق و ران در تأمين پشتيباني ساختاري و ارتباط كشش/انقباض مفاصل به هم هست. هم ساق و هم ران به‌منظور انطباق با 90 درصد جمعيت آماري تنظيم‌شده‌اند، آن‌ها شامل دو قطعه بوده كه در داخل يكديگر لغزيده و سپس در طول دلخواه قفل مي‌شوند. اجزا ساق و ران اگزو در شكل 4 , 5 نمايش داده‌شده است. اجزا كمر اگزواسكلتون: همان‌طور كه در شكل ‏6 نشان داده‌شده تورسو به ساختمان ران متصل شده است. منبع تغذيه، كنترلر و بردها بر روي پشت تورسو سوار شده است. يك حس‌گر شيب‌سنج بر روي آن سوار شده تا زاويه مطلق آن را با توجه به الگوريتم كنترلي بدهد. يك بند