یافتن پیکربندی های تکینه نقش مهمی را در طول طراحی، طراحی مسیر مسیر و مرحله کنترل مکانیزم ایفاء می کند. زیرا در این پیکربندی ها، سینماتیک آنی بطور موضعی نامعین شده و مکانیزم یک یا چند درجه آزادی غیرقابل کنترل بدست آورده و یا یک یا چند درجه آزادی از دست می دهد، بنابراین این پیکربندی ها می بایست تشخیص داده شده و از آنها پرهیز شود. در این پایان نامه تکینگی های مکانیزم های صفحه ای و کروی به دو روش تحلیلی- هندسی و هندسی مورد بررسی قرار می گیرند. در این کار از خصوصیات مراکز و قطب های آنی دوران استفاده شده است. در بخش اول پایان نامه به تحلیل تکینگی مکانیزم های صفحه ای با استفاده از مفاهیمی چون ماتریس های ژاکوبین و مراکز آنی دوران و مزیت مکانیکی پرداخته می شود و در بخش دوم آن تکینگی مکانیزم های کروی با استفاده از مفاهیمی چون قطب های آنی دوران و مزیت مکانیکی بررسی می شود. از مزایای روش های ارائه شده، جامع و فراگیر بودن آنها می باشد به طوری که این روش ها می توانند برای همه انواع مکانیزم ها و ربات های صفحه ای و کروی مورد استفاده قرار گیرند.

در این تحقیق طراحی مسیر بهینه در فضای مفاصل ربات به روش شبکه عصبی بررسی شده است. بدین منظور ابتدا به معرفی شبکه های عصبی مصنوعی و انواع آنها پرداخته شده است. شبکه های عصبی پیشرو و بازگشت پذیر به عنوان دو گروه اصلی از شبکه های عصبی معرفی شده اند. از شبکه های عصبی پیشرو به عنوان ابزاری برای حل مساله سینماتیک معکوس و از شبکه های عصبی بازگشت پذیر به منظور حل مسائل بهینه سازی بهره گرفته شده است. در ادامه به استخراج معادلات سینماتیکی و دینامیکی یک مجموعه ربات همکار پنج درجه آزادی با دو درجه افزونگی درجه آزادی و یک درجه افزونگی عملگر پرداخته شده است. سپس با تعریف دو تابع هدف که یکی از آنها شامل پارامترهای سینماتیکی و دیگری شامل پارامترهای دینامیکی می باشد، به طراحی مسیر بهینه همراه با حداقل کردن هر یک از این توابع به صورت مجزا پرداخته شده است. از آنجایی که مجهولات به صورت توابعی پیوسته در زمان می باشند، بهینه کردن آنها به کمک روش شبکه عصبی نیازمند آن است که ابتدا توابع فوق به صورت گسسته تبدیل شوند یعنی مساله را ابتدا تبدیل به یک مساله بهینه سازی جبری کرده و سپس به کمک روش شبکه عصبی به حل مساله پرداخت. بدین منظور از فیزیک مساله به منظور گسسته سازی توابع مجهول استفاده شده است. برای ارزیابی صحت حل مساله به مقایسه نتایج حاصل از این روش برای یک ربات سری با نتایج حاصل از حل دقیق آن پرداخته شده است که تایید کننده روش حل موجود می باشد. برای مسیر حرکت مرکز جرم متصل به پنجه های مجموعه ربات همکار مورد بررسی دو مسیر مختلف در نظر گرفته شده است. مساله طراحی مسیر بهینه با حداقل کردن اندیس سینماتیکی و اندیس دینامیکی در دو حالت بدون حضور موانع و با حضور موانع برای هر دو مسیر حل شده است.

آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد می باشند که قابلیت های منحصر به فردشان همچون توانایی بازگشت به شکل از پیش تعریف شده، پس از تغییر شکل پلاستیک، که در اثر تغییر فاز ناشی از حرارت دادن صورت می گیرد، اهمیت خاصی را در صنایع نوین مخصوصاً هوافضا به آن ها داده است. با توجه به کاربرد گسترده و قیمت بالای این آلیاژها، مدل سازی و کنترل آن از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف این پروژه مدل سازی موقعیت آلیاژ حافظه دار و کنترل موقعیت آن به کمک کنترلر فازی می باشد. وجود رفتار پیچیده ی غیر خطی، خاصیت هیسترزیس و تأخیر در سیستم، مدل سازی این عملگر را بسیار پیچیده می کند، بنابراین استفاده از روش هایی به شکل جعبه ی سیاه و جعبه ی خاکستری، به دلیل عدم نیاز به روابط پیچیده ی ریاضی اهمیت پیدا می کند. در این تحقیق به کمک نتایج حاصله از آزمایش روی عملگر آلیاژ حافظه دار واقعی که توسط برنامه ی نوشته شده با لب-ویوو بدست آمده است، به مدل سازی موقعیت عملگر آلیاژ حافظه دار توسط دو روش همرشتین- وینر به صورت جعبه ی خاکستری و شبکه ی عصبی دینامیک بازگشتی که به صورت یک جعبه ی سیاه استفاده می شود، پرداخته و نتایج بدست آمده از آن با نتایج برخی روش های دیگر مقایسه شد. در ادامه به منظور استفاده از دانش فرد خبره و نیز طراحی یک کنترلر مقاوم، یک کنترلر فازی برای سیستم طراحی می شود. یافتن ضرایب بهینه توابع عضویت و تنظیم کنترلر، آخرین و از مهم ترین مراحل این طراحی می باشد که پس از اعمال قیود و در نظر گرفتن تدابیری برای کاهش پارامترهای مجهول به کمک روش نوین الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات با اجتماع منفعل این ضرایب بدست آمده و کنترلر بر روی سیستم واقعی پیاده سازی می شود.

در این تحقیق، به مدلسازی و بررسی پایداری خطی و غیرخطی لوله حامل سیال با در نظر گرفتن دوران پرداخته خواهد شد. به طور خاص رفتارهای دینامیک یک لوله یکسرگیردار به صورت تئوری با میدان غیرخطی جدید مورد بررسی قرار گرفته می شود. در مدل¬سازی، توابع جابجایی 3 بعدی که شامل جابجایی عرضی دو خمش و جابجایی درون صفحه¬ای می¬باشد انتخاب شده و همچنین با توجه به غیرخطی بودن ذاتی سیستم از روابط کرنش-جابجایی غیرخطی استفاده می شود. معادلات غیرخطی حاکم بر حرکت برای لوله یکسرگیردار با استفاده از اصل لاگرانژ استخراج شده است. در استخراج معادلات، به علت حرکت سه بعدی میدان حرکت به صورت دو خمش مدل گردیده است. معادله دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده ، ابتدا تحلیل خطی معادلات انجام گرفته و پارامترهای بحرانی، نوع انشقاق ها و ناپایداری ها تعیین گردیده است. این بررسی ها برای شرایط مرزی های گیردار-گیردار، لولا-لولا هم انجام شده و ناپایداری هایی نظیر واگرایی و کمانش، فلاتر و فلاتر کوپل شده مشاهده شده است. پس از آن معادلات غیرخطی حل شده و رفتارهای تناوبی به صورت سیکل حدی، پریود دوبل و آشوب به کمک نگاشت پوانکاره و دیاگرام دوشاخه-شدگی مشاهده شده است. همچنین اثر پارامترهای طراحی بر رفتار سیستم ارائه شده است.

ساخت و کنترل ربات های راه رونده دو پا می تواند به درک چگونگی راه رفتن انسان به ما کمک کند. هدف ازمطالعه وضع راه رفتن انسان، بدست آوردن آگاهی بیشتر در احتمال وجود راه رفتن مستقل راه رونده های دو پا است. برای مشخص کردن این وضع و رفتار، یک مدل مناسب باید ساخته شود که حرکت راه رفتنانسان را تقلید می کند.بااین حال این مدل نباید بیش از حد پیچیده باشد زیر ا بسیاری از پارامترها، تحت تاثیر راه رفتن می توانند تغییر یابند. اگر چه راه رفتن انسان واقعی،در یک محیط سه بعدی انجام شده است، یک مدل دو بعدی نیز قادر به نشان دادن رفتار مشابه است و برای تحقیق نیز بسیار ساده تر است.در این پروژه پایداری ربات راه رونده دوپای غیرفعال با ساختارهای مختلف شکل کف پا( کف پای سوزنی، کف پای تخت و کف پای منحنی شکل) بررسی خواهد شد. این پروژه شامل بخش های مختلف مدل سازی ریاضی، مدل نرم افزاری و شبیه سازی های عددی می باشد. در فصل اول مقدمه ای درباره ربات های انسان نما و تعاریف و اصطلاحاتی درباره ربات های دوپا آورده شده است. در فصل دوم معادلات حرکت حاکم بر سیستم استخراج شده و شبیه سازی های لازم شامل نمودارهای تغییر مکان، زوایا و سرعت انجام می گیرد. در فصل سوم به چند نمونه از نتایج در این زمینه پرداخته می شود و نهایتا نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات برای ادامه پژوهش در فصل چهارم بیان خواهد شد.

آلیاژهای حافظه شکل گروهی از مواد هوشمند هستند که امروزه در زمینه های مختلف تحقیقاتی و صنعتی مورد توجه بسیار زیادی قرار گرفته و تحقیقات گسترده ای در مورد آن ها در حال انجام می باشد. این مواد که می توان ردپایی از هوشمندی در آن ها پیدا نمود، گزینه ی مناسبی برای طراحی و ساخت سازه ها و یا عملگرهای هوشمند می باشند. مواد حافظه شکل بسته به دمای اعمالی دارای دو رفتار شاخص "شبه الاستیک" و "اثر حافظه شکلی" می باشند که در هر کاربرد خاص از یکی از این دو رفتار استفاده می گردد. در این پژوهش از رفتار اثر حافظه شکلی برای طراحی و ساخت یک عملگر موقعیت دهی از جنس آلیاژ حافظه شکل استفاده می شود. هدفی که در این پایان نامه دنبال می گردد مدل سازی و کنترل بهینه ی عملگر فوق الذکر، با استفاده از یک کنترلر pid است. وجود رفتار غیرخطی هیسترزیس چالش های گوناگونی را بر سر راه مدل سازی و کنترل این عملگرها قرار داده است.کنترل این سیستم نیاز به مدل دقیقی که قادر به پیش بینی رفتار پیچیده ی عملگر باشد می باشد. در این تحقیق از یک مدل تجربی با ساختار مدل واینر و همچنین داده های تجربی جهت مدلسازی عملگر استفاده می شود. توابع پایه استفاده شده در مدل واینر از حل عددی معادلات حاکم نظیر معادلات تغییر فاز، معادله تعادل و معادله تنش-کرنش به دست آمده است. بر اساس مدل شناسایی شده، ضرایب بهینه کنترلر پیشنهادی با استفاده از الگوریتم جدیدی که در آن از ترکیب روش های برنامه ریزی دینامیکی و الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات بهره گرفته می شود، محاسبه شد. سپس نتایج حاصله بر روی سیستم واقعی پیاده سازی شد. عملکرد بهینه ی عملگر گواهی بر مناسب بودن مدل به دست آمده و همچنین عملکرد مطلوب کنترلر می باشد. همچنین نتایج عددی نشان داد که روش پیشنهادی برای محاسبه حالت بهینه سیستم های دینامیکی بسیار سریعتر بوده و زمان محاسبه بسیار کمتری نیاز دارد.

مهم?ترین مساله در استفاده از ربات?های راه?رونده، تلاش برای حفظ تعادل و جلوگیری از افتادن آن?ها است. برخلاف سایر ربات?های دوپای متداول که از مفاصل محرک استفاده می?کنند، راه?رونده?های غیرفعال بدون اعمال هر گونه تحریک خارجی و یا ورودی کنترلی بر روی یک شیب کوچک راه می?روند. این راه?رونده?ها به شرایط اولیه بسیار حساس هستند. از این?رو، انتخاب شرایط اولیه مناسب به قدری مهم است که می تواند موجب پایداری یا ناپایداری ربات گردد. از سوی دیگر، با افزایش شیب و ایجاد انشقاق?های حرکتی در سرعت?های بالا، گام?های ربات به سمت آشوبی شدن و ناپایداری پیش می?رود. در راستای رفع این محدودیت?ها، تعیین شرایط اولیه مناسب برای سیکل حدی مرتبه اول گام پایدار و حتی ناپایدار و ?هم?چنین کنترل ناپایداری بر شیب?های تند اهداف این پایان?نامه را تشکیل می?دهد. راه?رونده?های غیرفعال مورد بررسی با دو شکل کف پای سوزنی و منحنی انتخاب شده?اند. دو روش به ترتیب برمبنای حل معادلات دیفرانسیل غیرخطی در قالب یک مساله مقدار مرزی و تعیین تابع گام ربات به شیوه گسسته?سازی با روش تفاضل محدود برای تعیین شرایط اولیه مناسب و دستیابی به سیکل?های گام مرتبه اول پیشنهاد شده?است. پس از یافتن سیکل?های حدی به کمک شرایط اولیه حاصل از این دو روش، دو دیدگاه متداول پایداری سیکلی و تعادل براساس مفهوم نقطه گشتاور صفر در بررسی پایداری چرخه?های گام مورد استفاده قرار گرفته?است. با محاسبه موقعیت نقطه گشتاور صفر ربات?های موردنظر مشخص گردید که معیار مربوطه در تحلیل پایداری راه?رونده?های غیرفعال کارایی ندارد. در نتیجه، شیوه?های کنترلی دیگری براساس پایداری سیکلی به نام?های روش گشتاور محاسبه شده، کنترل فیدبک حالت پیوسته و لحظه?ای جهت پایدارسازی گام?های ناپایدار در شیب?های تند سطح معرفی شد. نتایج بررسی?ها نشان می?دهد که روش کنترل فیدبک حالت لحظه?ای توانسته با صرف کم?ترین میزان انرژی به کنترل گام?های ناپایدار در لحظه برخورد پا با سطح بپردازد.

در تحقیق حاضر، رفتار دینامیکی مکانیزم های لنگ-لغزنده صفحه ای صلب و انعطاف پذیر با در نظر گرفتن لقی مفاصل در حالات یک و دو مفصل لق مطالعه می شود. برای بررسی تأثیر لقی مفاصل در حالت یک لقی فرض شده است که مفصل میان لنگ و شاتون به صورت لق بوده و در حالت دو لقی علاوه بر مفصل ذکرشده، مفصل میان شاتون و لغزنده نیز به صورت لق در نظر گرفته می شود. از نظریه لنکرانی-نیک روش برای تخمین نیروی تماسی بین اعضا در مفاصل لق استفاده گردیده است. به علت در نظر گرفتن اثر پخش انرژی در کنار نیروی الاستیک، نتایج به دست آمده با استفاده از این روش از دقت بالایی برخوردار هستند. مشاهده می شود که لقی مفاصل موجب اختلالاتی در پاسخ مکانیزم گردیده که این اختلالات با افزایش تعداد مفاصل لق شدیدتر می شوند. دینامیک غیرخطی سیستم توسط ابزار مرتبط همچون مقاطع پوآنکاره و نمودار های انشقاق تحلیل می شود. اثرات اصطکاک در مفاصل نیز در این تحقیق بررسی گردیده اند. بررسی پارامتری چندین مولفه هندسی و مکانیکی موثر بر حرکت سیستم در حالت های مختلف انجام شده است. به منظور تحلیل اثر انعطاف پذیری لینک در رفتار مکانیزم های لق، لینک واسطه (شاتون) به صورت انعطاف پذیر در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن لینک انعطاف پذیر به صورت یک تیر اویلر-برنولی با قابلیت ارتعاشات عرضی، سیستم به صورت دینامیکی مدل سازی می شود. در حالت انعطاف پذیر، با تفکیک معادلات با مشتق های جزئی با استفاده از روش گالرکین، دسته های معادلات دیفرانسیلی عادی با تعداد محدود به دست آمده و سیستم با استفاده از آن ها شبیه سازی می گردد. با مقایسه پاسخ های سیستم های انعطاف پذیر و صلب، مشاهده می شود که انعطاف پذیری لینک در سیستم های با مفاصل لق نقش تعلیق را داشته و موجب بهبود عملکرد به وسیله کاهش نیرو های تماسی در لقی مفاصل می گردد. تحلیل های غیرخطی و پارامتری مربوطه در این قسمت نیز انجام شده اند. به منظور مقابله با اثرات ناخواسته لقی مفاصل، روشی برای کنترل مکانیزم به وسیله نگاه داشتن ژورنال ها و بیرینگ های مرتبط با مفاصل لق در حالت تماس دائم ارائه گردیده است. همچنین پیشنهاد می شود تا به منظور کاهش بار کاری فعال ساز و کنترل دقیق تر، از یک فعال ساز اضافی نصب شده بر روی شاتون به منظور فراهم آوردن تماس دائم در مفصل لق استفاده شود. روش ذکرشده با و بدون در نظر گرفتن فعال ساز اضافی نصب شده بر روی شاتون تحلیل شده و نتیجه شده است که در مکانیزم های با مفصل لق، استفاده از یک فعال ساز اضافی می تواند در کنترل مناسب مکانیزم نقش بسیار قابل توجهی داشته باشد.