حرکت بر روی سطح صاف
9

یکی از مزایای ربات ­های انسان ­نما نسبت به ربات­ های چرخ­دار و دیگر ربات­ های پایه­ متحرک، توانایی آن­ها در قدم برداشتن بر روی سطوح مختلف است. با گام­ برداری بدون تغییر وضعیت در بالاتنه، ربات­ های انسان­ نما قابلیت حرکت بر روی انواع سطوح اعم از سطوح نرم، سطوح لغزنده، و سطوح ناهموار را دارند. اگرچه راه رفتن برای انسان یک موضوع کاملا بدیهی است، پیاده­ سازی الگوریتم ­های راه رفتن برای یک ربات بسیار پیچیده است. علت این امر اینست که نه ­تنها به ­علت وجود درجات آزادی غیرفعال بین پا و زمین، ربات در معرض از دست رفتن تعادل و به زمین خوردن است، بلکه دینامیک غیرخطی و وابسته به فازهای حرکتی این ربات، تحلیل حرکت آن­را پیچیده می­ کند. این موضوع خصوصا در مواردی که ربات مورد بررسی یک ربات با اندازه یک انسان بالغ است، بسیار بحرانی خواهند بود. در نتیجه، مسائل زیادی در هنگام کار با ربات­ های سایزبزرگ وجود دارد که برای ربات­ های با سایزهای میانی و کوچک محلی از اعراب ندارند.

ربات انسان­ نمای سورنا 3 توانایی حرکت با سرعت­ها و طول گام­ های مختلف بر روی سطوح با ویژگی­ های متفاوت را دارد. طول گام بین 0 تا 50 سانتی­متر می­تواند متغیر باشد، در حالی­که ربات توانایی حرکت با حداکثر سرعت 0.7 کیلومتر بر ساعت را داراست. سرعت این نسل از ربات انسان ­نمای ملی ایران 7 برابر نسل قبلی است. این سرعت حرکت، به­ صورت کاملا مطمئن بر روی ربات قابل پیاده­ سازی است، در حالی­که سرعت 1 کیلومتر بر ساعت در طول تست ­ها بر روی ربات دوپا بدون دست­ ها و کاور بدنه نیز پیاده ­سازی شد. مسیرهای طراحی شده برای حرکت ربات به­گونه­ ای هستند که طول گام و سرعت حرکت در طول گام­ برداری با توجه به دستورات کنترلر سطح بالایی می ­توانند عوض شوند.

جابجایی اجسام

پروسه جابجایی یک جسم توسط یک ربات را می­ توان به دو بخش تقسیم کرد. بخش اول که یکی از پرچالش ­ترین بحث­ ها در حوزه رباتیک است، بحث گیرش جسم است. در این بخش، پس از تشخیص موقعیت دقیق جسم، الگوریتم مناسب برای گیرش جسم در نظر گرفته می ­شود. این الگوریتم، به­ عواملی چون شکل جسم، نرمی جسم، ویژگی­ های جرمی جسم و غیره وابسته است. اگرچه برای یک انسان برداشتن اجسام متفاوت یک کار ساده است، برای یک ربات این امر بسیار پیچیده است. بخش دوم در جابجایی جسم، وارد کردن اثر دینامیک جسم اضافه شده به ربات در طول حرکت است. در حالتی ­که ربات پایه ­متحرک جسم سنگینی را جابجا می­ کند، دینامیک جسم تاثیر زیادی بر روی پایداری آن در طول حرکت دارد.

دست ربات انسان ­نمای سورنا 3 دارای 7 درجه آزادی شامل 3 درجه آزادی در شانه، 1 درجه آزادی در آرنج، و 3 درجه آزادی در مچ است. این ساختار افزونه که برگرفته از دست انسان است، ربات را قادر به انجام وظیفه­ های گوناگون می ­کند. همچنین، دست ربات دارای پنج انگشت است که همه­ ی انگشتان توسط یک مکانیزم با هم جمع و باز می­ شوند. با این اوصاف، ربات قادر است اجسام متقارن و همگن را بردارد. روند کار بدین صورت است که ابتدا موقعیت جسم توسط کینکت تشخیص داده می­ شود؛ سپس، سیستم کنترلی سطح بالای ربات تصمیم می ­گیرد که ربات چند گام بردارد تا جسم در فضای کاری دست قرار گیرد. نهایتا، با استفاده از یک الگوریتم مبتنی بر سینماتیک معکوس، بهترین مسیر برای حرکت دست جهت گرفتن جسم تولید می­ شود.

14
تشخیص آنلاین سطوح ناهموار و حرکت بر روی آنها
10

یکی از مهم­ترین برتری­ های ربات­ های پادار نسبت به چرخدار، توانایی آن­ها در حرکت بر روی سطوح ناهموار است. این توانایی بیشتر به چشم می­ آید، وقتی این حقیقت را در نظر بگیریم که محیط اطراف ما بر اساس محدودیت­ های انسانی شکل گرفته است. بنابراین، استفاده از این برتری برای تطبیق حرکت ربات به­ صورت آنلاین بر روی سطوح مختلف، گامی بزرگ در جهت تحقق رویای به­ کارگیری ربات­ های انسان ­نما به­ عنوان خدمتکار و همکار در زندگی روزمره انسان­ ها است. با این اوصاف، بحث تطبیق حرکت و ایجاد حرکتی پایدار برای ربات بر روی سطوح با ناهمواری­ های مختلف، یکی از موضوعات روز ربات­ های انسان­ نما است.

یکی از جالب­ترین توانایی­ های ربات سورنا 3، حرکت بر روی سطوح ناهموار با ارتفاع ­های مختلف است. در حقیقت، ربات این توانایی را دارد که بر روی موانع با ارتفاع­ های مختلف به­ صورت آنلاین گام بردارد. روند کار بدین صورت است که، دیر یا زود رسیدن پای معلق در طول حرکت با استفاده از سنسورهای تماسی توسط کنترلر چک می­شود و متناسب با شرایط، اصلاح مناسبی در حرکت ربات ایجاد می­شود. در این الگوریتم، ارتفاع مانع توسط ارتفاع گام محدود می­شود.

حرکت بر روی مسیر منحنی و دور زدن درجا

سورنا 3 توانایی حرکت بر روی دایره­ هایی با طیف شعاعی از صفر (دور زدن درجا) تا بینهایت (راه رفتن بر روی مسیر مستقیم) را داراست. در مانور دور زدن درجا، دو عامل مهمی که شعاع دور زدن در هر گام را محدود می­ کند، برخورد داخلی اجزا و محدودیت حرکت مفاصل است. برای حرکت بر روی مسیر دایروی، و در یک سرعت ثابت، شعاع دایره و زاویه پیموده شده در هر قدم و طول کمان به­ هم وابسته­ اند. بنابراین، دو پارامتر از این 3 پارامتر توسط کنترلر تعیین شده و سومی بر اساس سرعت حرکت محاسبه می­شود.

12
تشخیص چهره و جسم
9-3

یکی از ماژول­ هایی که میزان خودوندی ربات را افزایش می ­تواند بینایی است که با استفاده از کینکت انجام می ­شود. این ماژول ربات را قادر می­سازد تا اجسام متفاوت و صورت افراد را که در محدوده کاری­ اش هستند را تشخیص دهد.بنابراین، بر اساس داده­ هایی که از تحلیل داده ­های بینایی به ­دست می­ آید، ربات قادر است وظایف متفاوتی را انجام دهد.

بالا رفتن و پایین آمدن از پله

راه ­رفتن روی پله یکی از بحث­ های چالشی در زمینه ربات­ های انسان­ نما است. این موضوع نه­ تنها به این علت است که پایداری ربات در حرکت بر روی چنین سطحی در خطر است، بلکه به ­علت بار زیادی که به مفاصل خصوصا در طول بالا رفتن از پله وارد می­ شود، است. سورنا 3 می ­تواند از پله با عمق 30 تا 50 سانتی­متر و ارتفاع 0 تا 10 سانتی­متر بالا و پایین برود. ربات می­ تواند موقعیت خود را بر اساس فیدبک­ به­ دست آمده از پردازش تصویر در جلوی پلکان تنظیم نماید.

7
حرکت بر روی سطح شیبدار
15

در طول حرکت بر روی سطوح شیبدار، جهت بردار گرانش بر مسیر حرکت ربات عمود نیست. چون گرانش عاملی است که امکان­پذیری حرکت ربات­های پایه ­متحرک را محدود می ­کند، در طول حرکت بر روی سطوح شیبدار، تصویر محدوده تکیه­ گاهی بر روی سطح عمود بر گرانش کاهش می­ یابد. بنابراین، هرچه شیب سطح بیشتر باشد، ارضا شروط امکان­پذیری حرکت کاهش می­ یابد. سورنا 3 توانایی حرکت بر روی سطوح شیبدار با شیبی بین منفی تا مثبت 10 درجه را داراست.

حرکات نمایشی

حرکات نمایشی آن دسته از حرکات هستند که برای انجام وظیفه خاصی طراحی نشده­ اند، بلکه برای نشان دادن قابلیت­ها و ویژگی­ های ربات ایجاد شده­ اند. به ­عنوان مثال، وقتی ربات در حالت نیمه ­نشسته قرار می­ گیرد، نشان می ­دهد که می ­تواند گشتاورهای بالایی را در فضای مفاصل به­خصوص زانو تحمل کند. به ­علاوه، این حرکت محدوده حرکتی بالای مفاصل را نشان می دهد. همچنین، حرکات دیگری برای نشان داده حرکت همزمان بالاتنه و پایین ­تنه، و همچنین توانایی ربات در نگه داشتن تعادل خود در شرایط سخت بر روی یک پا طراحی شده ­اند.

8-2
تقلید حرکت انسان و پردازش گفتار
11

سورنا 3 توانایی تقلید همزمان حرکات انسان را داراست. حلقه کنترلی بدین صورت است که، ربات با استفاده از تشخیص اسکلت بدن کاربر، حرکت انسان را تشخیص می ­دهد. سپس، متناسب با حرکت انسان، به­صورت برخط حرکاتی را انجام می ­دهد.

سورنا 3 می­ تواند از طریق گفتاری نیز با محیط خود ارتباط برقرار کند. ربات می­ تواند کلمات فارسی را تشخیص داده و وظایف مشخصی متناظر با سیگنال­های دریافتی انجام دهد. این ماژول یک پل ارتباطی سطح بالا بین ربات و کاربر را ایجاد می­ کند.

شوت کردن توپ

یکی از مانورهایی که قابلیت ربات را در تعامل فیزیکی ربات سورنا 3 با محیط را نشان می­ دهد، شوت زدن توپ با اندازه ­ها و نرمی­ های متفاوت است. برای شوت زدن به توپ، ربات پای خود را بر روی توپ گذاشته، توپ را به یک موقعیت مناسب آورده، و سپس آن­­را شوت می ­کند. در این سناریو، ربات با قرار دادن پای خود روی توپ و با استفاده از سنسور نیرو میزان نیروی اعمالی به توپ را کنترل کرده و همچنین سایز توپ را نیز مشخص می­ کند. در طول شوت زدن، نیرویی که توپ در اثر ضربه به توپ وارد می ­کند می­ تواند پایداری ربات را به­ خطر بیاندازد. پس، استراتژی مناسب برای مواجهه با چنین شرایطی در نظر گرفته شده است.

13