مکاترونیک بین‌رشته‌ای: دانش مهندسی و توسعه تحقیقات ۲۰۱۳
Interdisciplinary Mechatronics: Engineering Science and Research Development 2013

مِکاترونیک نمایانگر یک پارادایم علمی و مهندسی بین‌رشته‌ای و هوشمند است که یک حوزه‌ی دانشی بین‌رشته‌ای و تعاملات را از نظر روش‌های کار و تفکر، تجربیات عملی و دانش نظری شامل می‌شود. مکاترونیک با موفقیت (اما نه محدود به) مکانیک، برق، الکترونیک، انفورماتیک و سیستم‌های هوشمند، سیستم‌های کنترل هوشمند و مدل‌سازی پیشرفته، سیستم‌های رباتیک هوشمند و خودکار، اپتیک، مواد هوشمند، عملگرها و بیومدیکال و بیومکانیک، انرژی و توسعه پایدار، مهندسی سیستم‌ها، هوش مصنوعی، کنترل کامپیوتری هوشمند، هوش محاسباتی، مهندسی دقیق و مدل‌سازی مجازی را در یک چارچوب واحد ادغام می‌کند که طراحی محصولات و فرایندهای تولید را بهبود می‌بخشد.

مکاترونیک بین‌رشته‌ای به تسلط بر مجموعه‌ای از رشته‌ها، فناوری‌ها و تعامل آن‌ها مربوط می‌شود، در حالی که علم مکاترونیک به اختراع و توسعه‌ی نظریه‌ها، مدل‌ها، مفاهیم و ابزارهای جدید در پاسخ به نیازهای جدید ناشی از تعامل رشته‌های علمی می‌پردازد. این کتاب شامل دو بخش است؛ بخش اول شامل فصل‌هایی است که پیشرفت‌های تحقیقاتی در مهندسی مکاترونیک را معرفی می‌کند و بخش دوم شامل فصل‌هایی است که منعکس‌کننده‌ی رویکردهای آموزشی (نظری، پروژه‌ها و آزمایشگاه‌ها) و توسعه‌ی برنامه درسی برای تحصیلات کارشناسی و کارشناسی ارشد است. آموزش مهندسی مکاترونیک بر تربیت مهندسانی متمرکز است که بتوانند در یک محیط فناوری پیشرفته کار کنند، بر تجربه‌ی عملی در دنیای واقعی تأکید کنند و با ابتکار، نوآوری و اشتیاق درگیر مسائل چالش‌برانگیز و وظایف پیچیده شوند.

فهرست مطالب:

1. علم مهندسی مکاترونیک بین‌رشته‌ای و تکامل مکاترونیک سازگار و دوستانه با انسان، Maki K. Habib.
2. میکرو-نانومکاترونیک برای تجزیه و تحلیل و مونتاژ سلول‌های بیولوژیکی، Toshio Fukuda, Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Tao Yue and Hirotaka Tajima.
3. سیستم کنترل حرکت مبتنی بر CPG با الهام از زیست‌شناسی یک ربات دوپا با استفاده از نوسان‌سازهای غیرخطی با تنظیم مجدد فاز، Shinya Aoi.
4. مدل‌سازی فرایندهای یادگیری انسان به سمت سیستم پشتیبانی از یادگیری مداوم، Tomohiro Yamaguchi, Kouki Takemori and Keiki Takadama.
5. تولید شکل موج PWM با استفاده از شبکه‌های عصبی سخت‌افزاری نوع پالس، Ken Saito, Minami Takato, Yoshifumi Sekine and Fumio Uchikoba.
6. مچ‌های موازی: انواع اندام، نقاط تکین و دیدگاه‌های جدید، Raffaele Di Gregorio.
7. یک سیستم توانبخشی رباتیک – RehabRoby، Duygun Erol Barkana and Fatih Özkul.
8. کنترل نیروی محرک MIMO یک ربات موازی برای توانبخشی مچ پا، Andrew Mcdaid, Yun Ho Tsoi and Shengquan Xie.
9. ارزیابی عملکرد یک بالارونده‌ی پروب برای نگهداری سیم بکسل، Akihisa Tabata, Emiko Hara and Yoshio Aoki.
10. مبانی استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار در رباتیک نرم، Matteo Cianchetti.
11. کنترل ژاکوبین ترانهاده اصلاح‌شده تنظیم‌شده سیستم‌های رباتیک، S. A. A. Moosavian and M. Karimi.
12. فیلتر کالمن غیرخطی بدون مشتق برای کنترل بدون سنسور PMSG، Gerasimos Rigatos, Pierluigi Siano and Nikolaos Zervos.
13. ساخت و کنترل ربات‌های موازی، Moharam Habibnejad Korayem, Soleiman Manteghi and Hami Tourajizadeh.
14. یک سیستم مکان‌یابی برای ربات متحرک با استفاده از اندازه‌گیری لیزر اسکن و اولتراسونیک، Kai Liu, Hongbo Li and Zengqi Sun.
15. ساخت پلتفرم رباتیک متحرک مبتنی بر چرخ با ساختار باز، Aleksandar Rodic and Ivan Stojkovic.
16. طراحی و پیاده‌سازی فیزیکی ربات متحرک هولونومیک – Holbos، Jasmin Velagic, Admir Kaknjo, Faruk Dautovic, Muhidin Hujdur and Nedim Osmic.
17. دید مصنوعی پیشرفته و دستگاه‌های تلفن همراه برای کاربردهای جدید در حوزه‌های یادگیری، سرگرمی و میراث فرهنگی، Gian Luca Foresti, Niki Martinel, Christian Micheloni and Marco Vernier.
18. کاربرد دید استریو و پردازنده ARM برای کنترل حرکت، Moharam Habibnejad Korayem, Michal Irani and Saeed Rafee Nekoo.
19. مکاترونیک به عنوان علم و مهندسی – یا هر دو، Balan Pillai and Vesa Salminen.
20. یک پلتفرم مکاترونیکی برای فعالیت‌های آموزشی رباتیک، Ioannis Kostavelis, Evangelos Boukas, Lazaros Nalpantidis and Antonios Gasteratos.
21. اهمیت فعالیت‌های عملی در شکل‌گیری مهندسان مکاترونیک، Joao Carlos M. Carvalho and Vera Lúcia D.S. Franco

درباره نویسندگان

Maki K. Habib استاد رباتیک و مکاترونیک در دانشکده علوم و مهندسی دانشگاه آمریکایی قاهره، مصر است. او از سال 2010 سردبیر منطقه‌ای (آفریقا/خاورمیانه) مجله بین‌المللی مکاترونیک و سیستم‌های تولید (IJMMS) بوده است. وی دریافت‌کننده‌ی جوایز دانشگاهی است و مقالات و کتاب‌های بسیاری را منتشر کرده است.
J. Paulo Davim استاد دانشگاه در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه آویرو، پرتغال و رئیس MACTRIB (گروه تحقیقاتی ماشینکاری و تریبولوژی) است. علاقه‌های تحقیقاتی اصلی او شامل تولید، مواد و مهندسی مکانیک است.

Mechatronics represents a unifying interdisciplinary and intelligent engineering science paradigm that features an interdisciplinary knowledge area and interactions in terms of the ways of work and thinking, practical experiences, and theoretical knowledge. Mechatronics successfully fuses (but is not limited to) mechanics, electrical, electronics, informatics and intelligent systems, intelligent control systems and advanced modeling, intelligent and autonomous robotic systems, optics, smart materials, actuators and biomedical and biomechanics, energy and sustainable development, systems engineering, artificial intelligence, intelligent computer control, computational intelligence, precision engineering and virtual modeling into a unified framework that enhances the design of products and manufacturing processes.
Interdisciplinary Mechatronics concerns mastering a multitude of disciplines, technologies, and their interaction, whereas the science of mechatronics concerns the invention and development of new theories, models, concepts and tools in response to new needs evolving from interacting scientific disciplines. The book includes two sections, the first section includes chapters introducing research advances in mechatronics engineering, and the second section includes chapters that reflects the teaching approaches (theoretical, projects, and laboratories) and curriculum development for under- and postgraduate studies. Mechatronics engineering education focuses on producing engineers who can work in a high-technology environment, emphasize real-world hands-on experience, and engage in challenging problems and complex tasks with initiative, innovation and enthusiasm.

Contents:

1. Interdisciplinary Mechatronics Engineering Science and the Evolution of Human Friendly and Adaptive Mechatronics, Maki K. Habib.
2. Micro-Nanomechatronics for Biological Cell Analysis and Assembly, Toshio Fukuda, Masahiro Nakajima, Masaru Takeuchi, Tao Yue and Hirotaka Tajima.
3. Biologically Inspired CPG-Based Locomotion Control System of a Biped Robot Using Nonlinear Oscillators with Phase Resetting, Shinya Aoi.
4. Modeling a Human’s Learning Processes toward Continuous Learning Support System, Tomohiro Yamaguchi, Kouki Takemori and Keiki Takadama.
5. PWM Waveform Generation Using Pulse-Type Hardware Neural Networks, Ken Saito, Minami Takato, Yoshifumi Sekine and Fumio Uchikoba.
6. Parallel Wrists: Limb Types, Singularities and New Perspectives, Raffaele Di Gregorio.
7. A Robot-Assisted Rehabilitation System – RehabRoby, Duygun Erol Barkana and Fatih Özkul.
8. MIMO Actuator Force Control of a Parallel Robot for Ankle Rehabilitation, Andrew Mcdaid, Yun Ho Tsoi and Shengquan Xie.
9. Performance Evaluation of a Probe Climber for Maintaining Wire Rope, Akihisa Tabata, Emiko Hara and Yoshio Aoki.
10. Fundamentals on the Use of Shape Memory Alloys in Soft Robotics, Matteo Cianchetti.
11. Tuned Modified Transpose Jacobian Control of Robotic Systems, S. A. A. Moosavian and M. Karimi.
12. Derivative-Free Nonlinear Kalman Filtering for PMSG Sensorless Control, Gerasimos Rigatos, Pierluigi Siano and Nikolaos Zervos.
13. Construction and Control of Parallel Robots, Moharam Habibnejad Korayem, Soleiman Manteghi and Hami Tourajizadeh.
14. A Localization System for Mobile Robot Using Scanning Laser and Ultrasonic Measurement, Kai Liu, Hongbo Li and Zengqi Sun.
15. Building of Open-Structure Wheel-Based Mobile Robotic Platform, Aleksandar Rodic and Ivan Stojkovic.
16. Design and Physical Implementation of Holonomous Mobile Robot–Holbos, Jasmin Velagic, Admir Kaknjo, Faruk Dautovic, Muhidin Hujdur and Nedim Osmic.
17. Advanced Artificial Vision and Mobile Devices for New Applications in Learning, Entertainment and Cultural Heritage Domains, Gian Luca Foresti, Niki Martinel, Christian Micheloni and Marco Vernier.
18. Application of Stereo Vision and ARM Processor for Motion Control, Moharam Habibnejad Korayem, Michal Irani and Saeed Rafee Nekoo.
19. Mechatronics as Science and Engineering – or Both, Balan Pillai and Vesa Salminen.
20. A Mechatronic Platform for Robotic Educational Activities, Ioannis Kostavelis, Evangelos Boukas, Lazaros Nalpantidis and Antonios Gasteratos.
21. The Importance of Practical Activities in the Formation of Mechatronic Engineers, Joao Carlos M. Carvalho and Vera Lúcia D.S. Franco

About the Authors

Maki K. Habib is Professor of Robotics and Mechatronics in the School of Science and Engineering, at the American University in Cairo, Egypt. He has been regional editor (Africa/Middle East,) for the International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems (IJMMS) since 2010. He is the recipient of academic awards and has published many articles and books.
J. Paulo Davim is Aggregate Professor in the Department of Mechanical Engineering at the University of Aveiro, Portugal and is Head of MACTRIB (Machining and Tribology Research Group). His main research interests include manufacturing, materials and mechanical engineering.