دانلود رایگان سوالات کارشناسی ارشد آزاد مهندسی مکاترونیک - طراحی ربات ها و سیستم های مکاترونیکی 1390

---

آزمون های برگزار شده

---

تحلیل محتوایی سؤالات ارشد طراحی ربات آزاد ۱۳۹۰

سوالات این دوره از آزمون نشان‌دهنده‌ی تأکید بر مبانی ریاضی رباتیک و پیاده‌سازی الکترونیکی آن‌هاست. سرفصل‌های کلیدی تحلیل شده عبارتند از:

رباتیک (سینماتیک و دینامیک)

• سینماتیک مستقیم و معکوس: استفاده از قرارداد "دناوایت-هارتنبرگ" (D-H) برای تعیین موقعیت و جهت مجری نهایی (End-Effector) و حل مسائل سینماتیک معکوس برای رسیدن به مختصات مفصلی مطلوب.
• ماتریس ژاکوبین: نقش ژاکوبین در تبدیل سرعت‌های مفصلی به سرعت‌های خطی و زاویه‌ای، و شناسایی نقاط تکین (Singularity) که در آن‌ها ربات درجات آزادی خود را از دست می‌دهد.
• دینامیک ربات: فرمول‌بندی لاگرانژ-اویلر برای استخراج معادلات حرکت ربات و تحلیل نیروها و گشتاورهای مورد نیاز برای حرکت در مسیرهای مشخص.

کنترل و هوشمندی

• کنترل خطی و غیرخطی: پایداری سیستم‌های رباتیک به روش راث-هرویتز، طراحی جبران‌سازهای پیش‌فاز و پس‌فاز (Lead-Lag) و کنترل‌کننده‌های PID برای حذف خطای حالت ماندگار.
• مدارهای منطقی و ریزپردازنده‌ها: طراحی سیستم‌های دیجیتال پایه، کار با تایمرها و وقفه‌ها (Interrupts) در میکروکنترلرها، و استفاده از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) برای کنترل دور موتورهای DC.
• سنسورها و ابزار دقیق: تحلیل عملکرد انکودرهای نوری (Incremental & Absolute) برای فیدبک موقعیت، و سنسورهای جریان و گشتاور برای کنترل نیرو.

طراحی سیستم‌های مکاترونیکی

• عملگرها (Actuators): انتخاب موتور مناسب (Servo, Stepper, BLDC) بر اساس مشخصات گشتاور-سرعت و نسبت تبدیل گیربکس‌ها.
• یکپارچه‌سازی: درک نحوه تعامل بخش مکانیکی (بدنه و مفاصل) با بخش الکترونیکی (درایورها و پردازنده) و نرم‌افزار (الگوریتم‌های هوش مصنوعی).

راهبرد پیشنهادی برای مطالعه

1. تسلط بر جبر خطی: رباتیک بر پایه ماتریس‌ها بنا شده است. تسلط بر ضرب ماتریس‌های تبدیل همگن و معکوس آن‌ها حیاتی است.
2. درک فیزیکی سینماتیک: پارامترهای D-H را صرفاً حفظ نکنید؛ سعی کنید نحوه انتقال محورهای مختصات را روی شکل‌های سه‌بعدی تصور کنید.
3. تمرکز بر ریزپردازنده‌ها: در کنکور آزاد، سوالات بخش میکرو معمولاً بر معماری‌های استاندارد (مانند ۸۰۵۱ یا AVR) و منطق برنامه‌نویسی سطح پایین تمرکز دارد.
4. شبیه‌سازی ذهنی کنترل: پاسخ پله و ضربه سیستم‌های مرتبه دوم را به خوبی درک کنید، زیرا اکثر بازوهای رباتیک در لایه‌های کنترلی به این صورت مدل می‌شوند.

جمع‌بندی

آزمون سال ۱۳۹۰ در گرایش طراحی ربات، آزمونی فنی و محاسباتی بود که داوطلبان مسلط به ریاضیات مهندسی و الکترونیک کاربردی در آن موفق‌تر بودند. این رشته برای کسانی که علاقه‌مند به ساخت سیستم‌های فیزیکی هوشمند و کار در صنایع های‌تک (High-Tech) هستند، بهترین گزینه محسوب می‌شود.

---

سؤالات متداول

پارامترهای دناوایت-هارتنبرگ (D-H) چه کاربردی دارند؟

این پارامترها روشی استاندارد برای تعریف سیستم مختصات در هر مفصل ربات هستند تا بتوان رابطه ریاضی بین مفاصل متوالی و در نهایت موقعیت کل ربات را محاسبه کرد.

نقطه تکین (Singularity) در رباتیک به چه معناست؟

وضعیتی است که در آن ماتریس ژاکوبین دترمینان صفر پیدا می‌کند. در این حالت، ربات نمی‌تواند در یک جهت خاص حرکت کند یا سرعت‌های مفصلی به سمت بی‌نهایت میل می‌کنند.

تفاوت موتور پله‌ای (Stepper) و سروو موتور (Servo) در طراحی ربات چیست؟

موتور پله‌ای برای کنترل موقعیت در سیستم‌های حلقه باز مناسب است، در حالی که سروو موتور دارای سیستم فیدبک بوده و برای حرکات سریع، دقیق و با گشتاور متغیر در سیستم‌های حلقه بسته استفاده می‌شود.

درجه آزادی (DOF) یک ربات چگونه تعیین می‌شود؟

تعداد پارامترهای مستقلی که موقعیت و جهت تمامی اجزای ربات را تعیین می‌کنند. در اکثر بازوهای صنعتی، هر مفصل (چرخشی یا کشویی) یک درجه آزادی ایجاد می‌کند.

نقش PWM در مکاترونیک چیست؟

مدولاسیون پهنای پالس (Pulse Width Modulation) روشی برای کنترل مقدار توان ارسالی به موتورها یا بارها با قطع و وصل کردن سریع ولتاژ است که منجر به تغییر سرعت یا شدت نور می‌شود.

---

سوالات و پاسخ سوالات کارشناسی ارشد - بخش چهارصد و پنجاه و هفتم ( بیشتر ... )