چکیده واسط هپتیکی وسیله ای است که حرکت و یا نیروهای اعمالی از سوی انسان را به عنوان ورودی دریافت کرده و می تواند حرکت و نیروهای تولید شده در محیط مجازی را به انسان منتقل کند. تاکنون در دنیا مطالعات و فعالیتهای زیادی در زمینه هپتیک شده است، که این فعالیتها منجر به تولید واسط های هپتیکی برای کاربردهای متفاوت شده است. هدف از انجام این پژوهش طراحی، شبیه سازی و پیاده سازی انواع روش های کنترلی بر روی یک واسط هپتیکی می باشد. در این پژوهش روش های کنترلی امپدانس با بازخورد نیرو و ادمیتانس با بازخورد موقعیت بر روی یک واسط هپتیکی شش درجه آزادی، با سه درجه آزادی فعال و سه درجه آزادی غیر فعال اجرا شده است. همچنین از روش کنترل غیر خطی دینامیک معکوس نیز به منظور کنترل موقعیت در روش کنترل ادمیتانس استفاده شده است. سپس معادلات سینماتیکی و دینامیکی واسط هپتیکی استخراج گردیده است. از یک حسگر شش درجه آزادی نیرو/ گشتاور، برای تعیین نیروی اعمالی به کاربر و بازخورد آن به حلقه کنترلی به منظور افزایش عملکرد و پایداری وسیله هپتیکی مورد نظر استفاده شده است. در نهایت نتایج حاصل از شبیه سازی و پیاده سازی حلقه های کنترلی متفاوت با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج حاکی از آن است که پاسخ عملکرد روش کنترل امپدانس برای شبیه سازی دیواره سخت، و روش کنترل ادمیتانس برای شبیه سازی دیواره نرم مناسب تر است، و برای کنترل واسط های هپتیکی با جرم و اینرسی بالا روش کنترل ادمیتانس عملکرد بهتری را دارا می باشد. و همچنین در هر دو روش کنترلی با افزایش بهره حلقه کنترلی، عملکرد سیستم بهبود می یابد. کلید واژه: واسط هپتیکی، محیط مجازی، کنترل امپدانس، کنترل ادمیتانس، دینامیک معکوس

سیستم کنترل پایداری الکترونیکی یکی از مهم ترین سیستم های ایمنی فعال در خودروها است به همین خاطر تحقیقات زیادی در این زمینه صورت گرفته است. بیشتر مدل های رایج سیستم کنترل پایداری از طریق تخمین وضعیت های دینامیکی خودرو و بر پایه مدل دینامیکی ساده شده ای نظیر مدل دوچرخه عمل می کنند. در این گونه موارد ارتباط بین ورودی و خروجی مدل بستگی شدیدی به دقت پارامترهای استفاده شده به منظور تصحیح خطاهای مدل دارد. یکی دیگر از مشکلات این سیستم ها وابستگی به سختی پیچشی است، که متناسب با طول عمر تایر و بار عمودی وارد بر آن تغییر می کند. همه این شرایط ممکن است سبب کاهش کارایی سیستم کنترل پایداری گردند و نیاز به پیکربندی مجدد در طی دوره های خاص داشته باشد. برخلاف دیگر شیوه ها که مبتنی بر مدل ریاضی بوده، متاثر از تغییرات محیطی هستند و نیز به منظور کارکرد دقیق ناگزیر به چشم پوشی از برخی موارد تاثیرگذار می باشند، روش کنترلی ارائه شده در این پایان نامه بر اساس داده های دینامیکی قابل اندازه گیری خودرو نظیر سرعت چرخشی، سرعت طولی، شتاب جانبی و زاویه غربیلک فرمان عمل می کند و متکی بر وضعیت های دینامیکی لحظه ای خودرو است. این پارامترها به کمک روش منطق فازی شرطی سازی شده و از این طریق میزان ناپایداری و بحرانی بودن شرایط تعیین می گردد. پس از اینکه درجه ناپایداری از یک حدی عبور کرد عمل کنترلی متناسب با وضعیت به وجود آمده، بر روی چرخ های مورد نظر به صورت ترمزگیری اختلافی صورت می گیرد. همچنین با افزودن سیستم کنترل فرمان فعال فازی به سیستم کنترلی، پایداری خودرو تقویت شده است. به منظور اعتبارسنجی، این مدل با سیستم کنترل پایداری خودرو مبتنی بر مدل دو درجه آزادی و خودرو بدون کنترلر در شرایط مختلف نظیر جاده با ضریب اصطکاک پایین، دور زدن در مسیر دایره ای شکل، و وزش باد کناری مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی کارایی روش ارائه شده را تصدیق می کنند.

باتوجه به افزایش روز افزون تردد وسایل نقلیه، معیار ایمنی و کنترل حجم ترافیکی از سوی مجامع علمی و تحقیقاتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از اینرو برای کاهش تصادفات، خطاهای رانندگی و همچنین بهبود جریان ترافیکی فن آوری وسایل نقلیه رو به هوشمند شدن پیش می رود. برای رسیدن به این اهداف دو رویکرد کلی در نظر گرفته شده است. در رویکرد طولانی مدت در نظر است تا وسایل نقلیه خودوند شوند و کنترل کننده انسانی از میان برداشته شود. اما به دلیل محیا نبودن زیرساختارهای لازم و نبود فن آوری های مورد نیاز، از رویکرد کوتاه مدت مورد استفاده قرار می گیرد. در رویکرد کوتاه مدت؛ با استفاده از شبیه سازی رفتارهای ترافیکی سعی در شناخت و بهبود آنها می شود. همچنین با استفاده از تئوری های کنترلی سعی در طراحی سیستم های کنترل-کننده برای کمک به راننده در وسایل نقلیه می شود. نتیجه استفاده از این رویکرد، کاهش خطاهای انسانی در رانندگی، افزایش ایمنی و بهبود جریان ترافیکی می باشد. در این پژوهش برای کنترل کردن حرکت طولی خودرو، ابتدا به مدل سازی فرآیند تعقیب خودرو بر مبنای مدل فضای حالت پرداخته می شود. سپس با استفاده از تئوری کنترل پیش بین مدل اقدام به طراحی کنترل کننده پیش بین برای مدل ارائه شده می شود. این سیستم کنترلی علاوه بر حفظ فاصله ایمن سعی در فرآهم کردن لذت رانندگی را نیز دارد. در قسمت بعدی با استفاده از مدل-سازی بر مبنای مدل armax سعی در رفع کمبودهای مدل قبلی شده است. سپس اقدام به طراحی کنترل کننده پیش بین برای مدل ارائه شده می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی سیستم کنترلی طراحی شده با مقادیر واقعی دقت و عملکرد خوب سیستم کنترلی را نشان می دهد که رسیدن به اهداف مورد نظر یعنی حفظ فاصله ایمن، کاهش خطا و بهبود جریان ترافیکی را نشان می دهد.

دمپر مگنتورئولوژیکال، که به اختصار دمپر mr نامیده می شود، برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی جهت کاهش تحت کنترل نوسانات، استفاده می شود. این برنامه ها شامل دمپر برای اتومبیل، کامیون¬های سنگین، دوچرخه، اندام مصنوعی، سیستم¬های مهار لگد تفنگ و امکانهای دیگر است. این دمپر دارای پیستونی متفاوت از پیستون دمپرهای هیدرولیکی معمولی می باشد، و دارای ساختار مکانیکی ساده تری بوده و از چند قطعه و سیم پیچ الکترومغناطیسی که در بین آنها تعبیه شده است تشکیل شده است. در این دمپر به جای روغن معمولی، سیال mr استفاده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد شده بوسیله جریان الکتریکی باعث شبه جامد شدن سیال می شود. در نتیجه، این امر باعث افزایش تنش تسلیم آن می شود. این تنش تسلیم قابل کنترل منجر به تغییر ضریب میرایی دمپر می شود. هدف از این تحقیق طراحی و ساخت یک دمپر mr خودرو در مقیاس آزمایشگاهی است. در این تحقیق ابتدا به طراحی دمپر مورد نظر از دیدگاههای مختلف عملی (طراحی مسیر مغناطیسی، انتخاب مواد، آببندی، انتخاب سیال و ...) بر اساس کاربرد در زمینه خودرو پرداخته شده است. سپس مدلهای مختلف دمپر از نظر ابعاد هندسی و مدارهای مغناطیسی با استفاده از راه حل های جریان تحلیلی و روش حل عددی آنالیز شده است. نتایج حل تحلیلی و حل عددی در بهینه کردن طراحی استفاده شده است. سپس یک نمونه دمپر mr ساخته و آزمایش شد. نتایج آزمایش های تجربی نشان داد که با افزایش جریان الکتریکی، نیروی دمپر افزایش می یابد. بررسی های انجام شده حاکی از مطابقت خوب نتایج شبیه سازی با داده های تجربی است. با توجه به نتایج آزمایشهای تجربی انجام شده دمپر طراحی و ساخته شده، برای کاربرد در خودرو مناسب است.

مدل¬سازی بافت نرم از جمله مباحث روز دنیا بوده و در دهه های اخیر رشد بسیار چشمگیری داشته است، یکی از کاربردهای این زمینه، آموزش جراحان و دانشجویان پزشکی است. دانشجویان پزشکی مجبورند روش های جراحی را با تمرین بر روی بیماران واقعی بیاموزند و این امر می تواند خطرات مهلکی برای بیماران به وجود آورد. برای جلوگیری از این خطرات سامانه¬های آموزش توسط واقعیت مجازی به وجود آمده اند، این امر باعث تعامل بین مهندسی و پزشکی شده است. در این پروژه سعی در مدل¬سازی بافت بدن برای کاربرد در سامانه¬های واقعیت مجازی شده است. برای این کار دستگاهی طراحی شده که به کمک آن بتوان نمودار نیرو-جابجایی بافت مورد نظر را استخراج نمود. سپس با کمک نتایج آزمایشگاهی به شبیه¬سازی بافت نرم بدن پرداختیم. برای این کار به کمک نرم¬افزار المان محدود ansysمدلی از بافت بدن را شبیه¬سازی نموده ایم. روش اجزاء محدود بسیار دقیق بوده و توانایی مدل¬سازی بافت نرم را به خوبی داراست، تنها اشکال روش های اجزاء محدود حجم بالای محاسبات می¬باشد. با توجه به آزمایش¬ها و بررسی¬های به عمل آمده رفتار بافت را هایپرالاستیک در نظر گرفتیم و برای انجام شبیه¬سازی هایپرالاستیک از روش moony – rivlin استفاده شده است. سپس با استخراج یک رابطه زمان واقعی به ارائه فرمولی جهت استفاده در سامانه¬های واقعیت مجازی پرداختیم.

چکیده استفاده گسترده از عملگرهای پنوماتیکی در صنعت، بهبود کارایی این عملگرها را به عنوان امری ضروری مورد توجه قرار داده است. خطای موجود در مدلسازی به علت تراکم پذیری هوا و اصطکاک، باعث ایجاد عدم قطعیت در پارامتر های مدل می گردد. از طرفی عدم قطعیت مدلسازی باعث کاهش میزان دقت عملکرد کنترل کننده ها می گردد. لذا طراحی کنترل کننده ای که بتواند. این ضعف را از بین ببرد و در برابر این تغییرات مقاوم باشد دارای اهمیت است. در این تحقیق با توسعه مفهوم عدم قطعیت از پارامترها به توابع حالت و بهره، وتعریف عدم قطعیت منفی و مثبت، روش کنترل مقاوم حالت لغزشی مورد استفاده قرار گرفته است. برای از بین بردن پدیده وزوز علاوه بر روش تعریف لایه مرزی روی سطح لغزش، از روش جدید تخصیص ولتاژ متناسب با مقدار لغزش و مقدار خطا استفاده شده است. شبیه سازی عملکرد کنترل کننده در پاسخ سیستم نسبت به ورودی پله واحد، ورودی هارمونیک سینوسی و ورودی هامونیک پالس پله ای بررسی گردیده است. نتایج عملکرد قابل قبول کنترل کننده را در شرایط مختلف از نظر مقدار و نوع عدم قطعیت را نشان می-دهد. صحه گذاری شبیه سازی ها با انجام آزمایش عملی تحقیق شده است.