در این مطالعه به مدل سازی بازوه های مکانیکی زیرسطحی پایه ثابت و پایه متحرک و روش های کنترل مقاوم آن ها پرداخته می شود. دلیل استفاده از کنترل کننده مقاوم برای این سیستم ها، وجود اغتشاشات و نامعینی های ناشی از عوامل هیدرو دینامیکی زیر آب می باشد. روش های کنترل مقاوم ارائه شده در این پژوهش مبتنی بر دو اصول مد لغزشی و تخمین تاخیر زمان می باشند. کنترل کننده مد لغزشی را به کمک روش های هوشمند شامل منطق فازی، سیستم ایمنی مصنوعی و تئوری ویولت ارتقا می دهیم. در واقع از روش منطق فازی برای تنظیم خودکار بهره کنترل کننده مد لغزشی استفاده شده است. همچنین از الگوریتم ایمنی- ویولت برای طراحی یک کنترل کننده مقاوم بهینه استفاده شده است. با استفاده از این الگوریتم توانستیم بهینه ترین گشتاور های کنترلی را به کمک تخمین هوشمند پارامترهای کنترل کننده مد لغزشی به دست آوریم. برای بهبود کنترل کننده مقاوم مبتنی بر تخمین تاخیر زمان، از المان های ترمینال مد لغزشی و pid در آن استفاده شده است به طوریکه این کنترل کننده پیشنهادی دارای سرعت همگرایی بیشتر و خطای ردیابی کمتری می باشد.

باد از جمله انرژی های نو موجود در طبیعت می باشد که امروزه از آن برای تولید برق یک بخش از شهر تا تولید انبوه از آن در سراسر دنیا و در محیط های بادخیز استفاده می شود. با توجه رو به اتمام شدن تمام سوخت های فسیلی، اهمیت کار بر روی انرژی های نو را نشان می دهد. امروزه علاوه بر ساخت نیروگاه های بادی، لزوم کار بر روی رفتارهای الکتریکی و دینامیکی در حالت های گذرای موجود در توربین های بادی که بخش مهم و اساسی در یک نیروگاه بادی می باشد، را نشان می دهد. در بحث الکتریکی شرایط اتصال کوتاه و سوئیچینگ در شبکه برق سراسری و تاثیر آن در عملکرد و راندمان توربین و در قسمت مکانیکی محاسبه نیروها و گشتاورهای وارده بر توربین در شرایط گذرای اتصال کوتاه و سوئیچینگ را با نرم افزار مهندسی شبیه سازی و بررسی کرده و در نهایت یک روش برای بهبود عملکرد توربین های بادی در نتیجه گیری و پیشنهادات ارائه می گردد.

این پایان نامه، تجزیه و تحلیل روش کنترل غیر خطی را برای کنترل توربین بادی تشریح می نماید. در این پایان نامه، شرایط باد سرعت بالا در نظر گرفته شده است، که در آن سرعت دورانی روتور و توان تولیدی، نیازمند آن است که به مقادیر نامی شان تثبیت شوند. یک طرح کنترلی پیچ را برای توربین باد سرعت متغیر با ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در نظر گرفته ایم. یک کنترلر پیچ برای تنظیم توان خروجی در سرعت مشخص بالای باد، طراحی شده است. این کار با کنترلر زاویه پیچ بازگشتی (گام به عقب) - مد لغزشی انجام شده است. روش کنترلی ارائه شده می تواند بطور موثر به کنترل توان ثابت سیستم توان باد سرعت متغیر و بهینه سازی عملکرد سیستم با میزان سازی فازی تحت تغییرات بالای سرعت باد، نائل شود. بمنظور تصدیق استراتژی کنترلی مورد نظر، تجزیه و تحلیل پایداری و همچنین نتایج شبیه سازی را ارائه نموده ایم. کار هایی که تا کنون در این زمینه صورت پذیرفته بیشتر کنترلر های خطی بوده که حول نقطه کاری در نظر گرفته می شود و این حالت در شرایطی که سیستم ما خارج از محدوده در نظر گرفته شده عمل نماید نتایج مطلوبی حاصل نخواهد شد. برای رفع این مشکل سیستم غیر خطی در نظر گرفته شده و از کنترلر غیر خطی برای کسب نتایج مطلوب استفاده شده است.

در این پایان نامه روش استنتاج معادلات حرکت سینماتیکی یک ربات دوپا پنج-لینکی صفحه ای در یک سطح کنترل پذیر برای توصیف حرکت ربات را روی یک سطح افقی تخت بیان شده است. حرکت راه رفتن کامل در طول یک گام شامل سه فاز است که در اینجا معادلات حرکت برای فاز تک تکیه گاه بسط داده شده است. روش بکار رفته برای طراحی پروفایل های زوایای مفاصل ربات دو پا فوق در طی فاز تک تکیه گاه در صفحه جانبی با استفاده از قیودی که در حرکت ربات می باشد با تعریف پنج تابع محدودیت به صورت روابط سینماتیکی بین لینک ها برای تولید پروفایل های جابجایی ها، سرعت ها و شتاب های مفاصل برای راه رفتن دو پا بکار گرفته و فرمولبندی شد. پنج توابع محدودیت ترکیبی از معادلات جبری و دیفرانسیلی بودند که باید شرط قابلیت تکرار پذیری و شرطی که می گوید زانوی پای نوسانی نمی تواند به عقب خم شود و اینکه راه رفتن تا حد ممکن به راه رفتن انسان شبیه باشد، تامین می کردند. پس از استخراج مسیر برای دنبال کردن آن توسط مفاصل از یک روش کنترل تطبیقی که شامل کنترلر سنتی محاسبه گشتاور و کنترل فازی می بود استفاده شد بدین صورت که دینامیک ربات دوپا به دو قسمت خطی و غیر خطی تقسیم و سپس قسمت خطی با کنترلر محاسبه گشتاور با توجه به خطای دنبال کردن مسیر و سپس با بهره گیری از کنترل فازی به روش ممدانی قسمت غیر خطی تنظیم شد(fctc)

در این پایان نامه به منظور بهینه سازی در راندمان توربین بادی محور قائم داریوس ، ایده ای برای حفظ بهره حداکثر در سرعتهای متفاوت نوک باله ارائه شده است . این توربین به دلیل امکان بکارگیری باله های متقارن می تواند جوابگوی این طرح باشد ، و با بکارگیری دو باله کاملا یکسان گشتاور مناسب را از باد دریافت کند. با انجام شبیه سازی سه بعدی به روش cfd گشتاور دریافتی و راندمان توربین در حالتهای متفاوت قرار گیری باله ها موردارزیابی قرار گرفته است. در حالت اولیه که زاویه صفر درجه تعریف می شود راندمان به ازای ضرایب متفاوت نوک باله محاسبه شده است. سپس 5 زاویه دیگر برای باله ها تعریف شده و در هر حالت راندمان توربین محاسبه و با زاویه اولیه مقایسه شده است. این زوایا عبارتند از 15 ، 30 ، 45 ، 60 و 75 درجه که بر طبق نتایج حاصله بهبود در راندمان مشاهده می شود.

در این پایان نامه طراحی و ساخت یک ابزار جراحی جدید با حداقل تهاجم ارائه شده است، به گونه ای که درجات آزادی بالا، حرکات شهودی و همچنین بازخورد نیرویی طبیعی را با هزینه ی پایین فراهم می کند. این ابزار جراحی دارای یک مکانیزم خم شونده و یک مکانیزم گرسپینگ با محرک کابلی می باشد. استفاده از رباتهای جراح باعث افزایش قدرت مانووردهی جراح، کاهش خستگی جراح و امکان ایجاد عملیات جراحی از راه دور شده است. با این حال سیستم های جراحی رباتیک موجود در بازار هیچ بازخورد نیرویی و لمسی برای جراح ایجاد نمی کنند. در حالیکه حس لمس در عملیات جراحی باز، جراح را در تشخیص بافت های نرمال و غیر نرمال کمک می کند. به همین علت فراهم کردن بازخورد نیرو برای جراح، در جراحی های رباتیک با حداقل تهاجم ضروری می باشد. بنابراین در این پایان نامه طراحی و ساخت یک ابزار جراحی به صورت موتوری با 3 درجه آزادی انجام شده است به طوریکه می تواند میزان نیروی گرسپینگ را با استفاده از سنسوری که به طور مستقیم در گرسپر جاسازی شده است، با دقتی در حدود 1/0 نیوتون به مرکز کنترل هدایت کند. همچنین گرسپر، میزان نیروی مطلوب وارد شده از طریق کاربر را با برنامه کنترلی تناسبی می تواند با دقت 3/0 نیوتون به جسم در حال تماس وارد کند.

حسگرهای فشار پیزوالکتریکی امروزه کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند. اندازه، هزینه تمام شده، حساسیت و دقت این حسگرها، آنها را به محصولی مطلوب برای اهداف محققان و صنعتگران تبدیل کرده است. همچنین توسعه این حسگرها این امکان فراهم کرده است تا به دلیل اندازه کوچک کاربردهایی برای آنها تعریف شود که قبلاً ابزارهای مشابه قابلیت این کاربردها را نداشتند. در این پایان نامه به طراحی حسگر فشار، تحلیل دینامیکی رفتار ارتعاشی حسگر فشار تحت استهلاک خارجی و بهینه سازی آن برای افزایش حساسیت حسگر نسبت به تغییرات فشار می پردازیم. در فصل اول به مطالعه پیشینه تحقیقات پرداخته ایم. تحقیقات انجام شده در زمینه حسگرهای فشار پیزوالکتریکی به چند دسته کلی تقسیم می شوند: دسته اول شامل تحقیقاتی می شود که کاربرد این حسگرها را برای تحقیقات در سایر شاخه های علمی نشان می دهد. دسته دوم شامل تحقیقاتی می شود که طراحی و ساختار حسگرهای فشار را مورد بررسی قرار داده اند. دسته سوم شامل تحقیقاتی می شود که در زمینه مدلسازی رفتار ارتعاشی دیافراگمها انجام گرفته اند. تحقیقات انجام شده در این زمینه خود شامل مدلسازی خطی ارتعاش دیافراگمها، مدلسازی غیر خطی ارتعاش دیافراگمها و مدلسازی مکانیزمهای استهلاکی در سیستمهای میکروالکترومکانیکی می شود. دسته چهارم شامل تحقیقاتی می شود که در زمینه استخراج مشخصه های فیزیکی سیستمهای میکروالکترومکانیکی انجام گرفته اند. در فصل دوم به تشریح تحقیقات جدید انجام شده در راستای تعهدات پایان نامه و بر اساس پیشینه تحقیقات پرداخته ایم. در راستای طراحی حسگر فشار یک ساختار 5 لایه برای دیافراگم حسگر فشار پیشنهاد شده است. در راستای مدلسازی رفتار ارتعاشی دیافراگم حسگر فشار میکروالکترومکانیکی ابتدا رفتار ارتعاشی در غیاب استهلاک خارجی و سپس در حضور استهلاک خارجی بررسی شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که مدلسازی های انجام گرفته می توانند رفتار ارتعاشی دیافراگم حسگر فشار را با دقت بیشتری پیش بینی کنند. اثر فیلم فشرده در رفتار ارتعاشی دیافراگم دایره ای بررسی شده است. مطالعات نشان می دهد که برای حسگر فشار طراحی شده نیروی استهلاک بسیار کمتر از نیروی سختی می باشد و تغییرات نیروی سختی نسبت به فرکانس تحریک ناچیز است. در نهایت بهینه سازی حسگر فشار با استفاده از الگوریتم های ژنتیک و کلونی مورچگان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که هر چند ضخامت دیافراگم طراحی شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک نسبت به تحقیقات قبلی بیشتر است است ولی به دلیل دور بودن لایه پیزوالکتریکی از تار خنثی خروجی بیشتری تولید می کند.

میـکرو/نانـو رباتیـک یا منیپولیشـن نانو ذرات توسـط afm (میکروسـکوپ نیرویـی اتـمی) یکی از راهکارهای مهم برای جابجایی کنتـرل شده ی اتم ها و مولکـول ها و مونتـاژ آنها جهـت ساخـت ابزارهای میکرو/نانو متری مـی باشد. مدل سـازی دقیق منیپولیشـن مسـتلزم شناسایی کامل نیـروهای وارد بر سیستم و نیازمند دانش مکانیـک در مقیـاس نانو است که متـفاوت از دنیای ماکرو اســت. به دلیـل اهمیـت نیروهای چسـبندگی در مقیاس های کوچک و ماهیـت بر همکـنش سـطوح در مقیـاس نانو مدل های اصطکاکی مختلفی ارائـه شده که می تواند کمکی بزرگ در پیشرفت و حل مسائل این علم و تکنولوژی باشد. مقدار ضریب اصطکاک، هنگامی که درمقیاس میکرو/نانو اندازه گیـری شود با آن چه که در مقیـاس های بزرگ وجود دارد، متـفاوت اسـت و بنابراین اصطکاک به مقیاس وابسته اسـت.? دراین پایان نامه پس از مطالعه ، مدل ها و روش های موجود در بررسی اصطکاک در مقیاس میکرو/ نانو و شناسایی روش های مورد استـفاده در مدل سازی سیـستم های میـکرو/نانو متری، نهایتا مدل دینامیـکی منـیپولیشـن نانوذرات بر پایه afm با استفاده از مدل های اصطـکاکی مقیاس میکرو/نانو بررسـی شده است. در این تحقیق برای اعمال زبری سطح از مدل زبری گرینوود-ویلیامسون استفاده شده است. به عنوان کار جدید، با در نظر گرفتن مدل زبری سطح گرینوود-ویلیامسون و با استفاده از مدل های مکانیک تماسی jkr، dmt و شوارتز (اصلاح شده ی jkr)، نیروهای عمودی و اصطکاکی وارد بر afm بر اساس مدل دینامیکی afm با مدل های زبری جدید بررسی شده است و نهایتا نتایج بدست آمده از مدل های مختلف زبری پس از مقایسه با نتایج موجود که بر اساس ترکیب مدل زبری سطح گرینوود-ویلیامسون و مکانیک تماس هرتز بوده، مقایسه و دقت مدل های به دست آمده بررسی شده است. در این پژوهش، تاثیر پارامتر هندسی سطح مانند انحراف معیار ارتفاع زبری ها، پارامتر هندسی شعاع قله ی زبری ها و در آخر تاثیر شعاع نوک afm بر روی نیروهای عمودی، اصطکاکی و نهایتا ضریب اصطکاک مطالعه و نتایج ارائه شده است. طبق نتایج بدست آمده، تاثیر انحراف معیار بیشتر از تاثیر بقیه ی پارامترها می باشد. تغییر انحراف معیار از 1 نانومتر به 2 نانومتر، نیروی اصطکاک و عمودی در مدل ترکیبی زبری سطح گرینوود-ویلیامسون با مدل مکانیک تماسی jkr به ترتیب مقدار 37 و 62 درصد افزایش می یابند، در حالی که با تغییر شعاع نوک afm در شرایط یکسان این مقادیر به صورت 34 و 15 درصد و با تغییر شعاع قله زبری از 50 نانومتر به 75 نانومتر به صورت 6 و 15 درصد می باشند. در آخر جهت مقایسه مدل اصطکاکی اصلاح شده ی کولمب نیز انجام شده است.

هدف اصلی این پایان نامه ساخت وسیله ای برای تحریک عصبهای بدن با استفاده از ابزارهای جدید مثل استفاده از تکنولوژی نانولوله های کربنی است. برای درمان بیماریهایی مثل پارکینسون که نیاز به تحریک عمقی مغز دارند، بهتر است از وسیله ای ساده در روی سطح جمجمه که بتواند معایب روشهای الکتریکی معمول را برطرف کند، استفاده شود که این ایده منجر به ساخت آشکارساز نوری شامل نانولوله کربنی شد. از سوی دیگر برای بررسی امکان جایگزینی الکترودهای فعلی با الکترودهای جدید به منظور بهبود عملکرد الکترودهای موجود، تصمیم گرفته شد که از ترکیب الکترود فولادی و نانولوله های کربنی استفاده شود. به این صورت که نانولوله های کربنی روی الکترود تحریک مورد نظر پوشش داده می شوند. در مجموع می توان چنین عنوان کرد: سیستم اصلی شامل دو قسمت بیرون و داخل بدن است. بخشی که در بیرون بدن قرار دارد از نور و نانولوله کربنی (آشکارساز نوری) برای تحریک استفاده مینماید و در بخش داخلی بدن با استفاده از نانولوله کربنی دقت تحریک و محدوده تزریق بار را افزایش میدهد. لذا در کل سناریو کار به صورت زیر مشخص گردید: 1-. در قسمت تئوری برهمکنش نانولولهکربنی و نورون منفرد مدلسازی و شبیه سازی شده است. نانولوله کربنی به عنوان یک محرک نوری مدل شده است. این محرک در معرض تابش نور جریان تولید کرده و سپس این جریان تولیدی برای تحریک نورون استفاده میشود. سپس انتشار پتانسیل عمل در طول آکسون تحریک شده، انتقال پیام عصبی از فضای سیناپسی، تاثیر آن در نورون پسسیناپسی تحریکی و مهاری و انتشار پیام عصبی در طول آکسون نورون پس سیناپسی مدلسازی و بررسی شده است. نتایج مدلسازی نشان میدهد که جریان تولیدی از محرک نانولوله کربنی میتواند نورون منفرد را تحریک کرده و پیام عصبی تا انتهای اکسون انتقال یافته و به نورون پس سیناپسی تحریکی نیز منتقل شده و انتشار یابد. 2- در قسمت عملی، آشکارساز نوری با استفاده از نانولوله کربن برای تولید جریان تحریک ساخته شد، نتایج بدست آمده از ساخت این آشکارساز نشان داد که جریان تولیدی از این محرک نوری برای ولتاژ یک ولت در حدود 0.1 میلی آمپر میباشد که این مقدار برای تحریک بافت مغزی مناسب میباشد. 3- میکروالکترود دوقطبی با جنس استیل ضدزنگ برای تحریک ساخته شد و نانولوله کربنی روی آن پوششدهی شد. سپس برای بررسی و مقایسه عملکرد این میکروالکترود با پوشش نانولوله کربنی و میکروالکترود بدون پوشش، در یک آزمایش، بافت های مشابه مغزی با استفاده از هر دو الکترود تحریک شده و اثرات آنها ثبت گردید و رفتار آنها با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج این آزمایش اثر مثبت پوشش نانولوله کربنی را در تحریک بافت نشان داد. 4- پس از آزمایش تحریک بافت با الکترود جدید ساخته شده، مشاهده گردید که مواد نانولوله کربنی در داخل بافت کمی پخش شدگی دارند، لذا به منظور بررسی سازگاری زیستی نانولوله های کربنی آزمایشی طرح شده و اثرات این ماده در سیستم عصب مرکزی (1- با بررسی سیگنال های eeg و 2- با بررسی اثرات آن درحافظه فضایی) و سیستم عصب خودمختار (با بررسی سیگنالهای ecg ) بررسی گردید. نتایج این آزمایشات نشان داد که نانولولهکربنی اثری در سیگنالهای eeg نداشته ولی باعث افزایش ضربان قلب میشود. ولی بررسی سه فاکتور زمان، سرعت و مسافت در آزمایش اثرات نانولوله کربن بر حافظه فضایی نشان داد که تزریق نانولوله کربنی اثر سوء در حافظه فضایی دارد.

در این تحقیق، به بررسی و اندازه گیری حساسیت و فرکانس ارتعاشی در 3 جهت z,y,xروی جرم محک و فرکانس ارتعاشی در 3 جهت پرداخته شده است. به کمک4 تیر با ابعاد مشخص شده برای کنترل و مهار جرم محک استفاده شده است. در روی هر میله 2 مبدل فیلم نازک پیزو تنظیم شده است. در مجموع 8 مبدل طوری به هم متصل شده اند که شتاب های 3 محوره را می توانند اندازه گیری کنند. شتاب وارده روی محورz برای اندازه گیری حالت متقارن، محور x برای نا متقارن وy برای حالت پیچشی انجام می شود. این روش بر اساس ویژگی های ماده سیلیکون و پیزوالکتریک و معادله (اویلر) با فرض اینکه تنش ها و فشارهای کوچکتر قابل اغماض هستند، می-باشد. ابتدا با استفاده از روش های موجود برای اندازه گیری حالت های ارتعاشی، فرکانس ها، ضرایب سختی و حساسیت ها، مشخص شد که ابعاد میله های تکیه گاهی و همچنین جنس مواد با حساسیت، و فرکانس، رابطه مستقیم دارد. به طوری که اگر طول میله افزایش پیدا کند، فرکانس در جهت محورz،y،x افزایش پیدا کند و اگر طول میله کمتر شود، حساسیت در جهت محور y کمتر می شود. ولی اگر طول میله در جهت xافزایش پیدا کند، برعکس حالت y می شود یعنی افزایش طول میله موجب فرکانس کمتر و با کاهش طول میله فرکانس بیشتر می شود و در مورد محور z نیز هیچ تغییری در افزایش و کاهش فرکانس ایجاد نمی شودو فرکانس در همان حالت باقی می ماند.

کامپوزیت ها به دلیل دارا بودن مقاومت بالا و وزن کم، یکی از مواد بسیار مناسب برای مهندسین محسوب می گردند و نیازهای یک طراحی بهینه و ایده آل را تامین می کنند. این نوع مواد در چند دهه گذشته مورد توجه مراکز تحقیقاتی و صنعتی دنیا قرار گرفته است. پیچش الیاف یکی از مهمترین روش های تولید قطعات کامپوزیتی ساخته شده از پلیمرها با پایه شبکه الیاف می باشد. در فرایند پیچش الیاف یک رشته الیاف یا مجموعه الیاف آغشته شده به رزین حول یک مندرل دوار پیچیده می شود و محصول نهایی با قرارگیری در کوره تولید می شود. یکی از رایج ترین این قطعات، مخازن کامپوزیتی می باشند که به روش پیچش الیاف ساخته می شوند. مخازن کامپوزیتی رینگ شکل یکی از این نوع مخازن می باشد که به دلیل تحمل فشارهای بالا و سهولت در جاگیری و حمل و نقل یکی از بهترین و با صرفه ترین نوع مخازن محسوب می شود. مخازن تحت فشار رینگ شکل به دلیل اهمیت کاربردی آنها در شاتل ها و موشک های فضایی و تکنولوژی های سری و محرمانه، از اهمیت زیادی در صنایع هوافضا و صنایع دفاع برخوردار می باشد. به دلیل نبود دستگاه هایی جهت ساخت مخازن رینگ شکل در ایران، هدف این پایان نامه بر مبنای طراحی و مدلسازی دستگاه پیچش الیاف رینگ شکل صورت گرفته و کلیت آن بر سه نوع طراحی مکانیکی، الکترونیکی و کنترلی مورد بررسی قرار گرفته است. این پایان نامه گامی تازه در مسیر خودکفایی در تامین قطعات کامپوزیتی مورد استفاده در ساخت مخازن رینگ شکل، که یکی از نیازهای اساسی در بخش صنایع دفاع و هوافضا می باشد انجام شده است.

در این پایان نامه ابتدا با مفهوم اگزواسکلتون ها آشنا شده و پس از آن به بررسی تاریخچه ربات های توانبخشی پایین تنه می پردازیم، سپس مبانی عملکردی آن ها را مرور خواهیم کرد. در ادامه طرحی برای ربات پوششی پایین تنه ارائه شده است که دارای 5 درجه آزادی برای هر پا (مدل rprpr) و دارای قابلیت تنظیم برای افراد بیمار با یک میزان تغییر در سایز و قد آن ها بر اساس میزان اندازه های استاندارد را دارد. سپس به بررسی و مدلسازی معادلات دینامیکی ربات با بهره گیری از اصل لاگرانژ پرداخته ایم. در بخش بعدی به بررسی سیگنال های مغزی و ارتباط با ربات می پردازیم. در این بخش ابتدا ویژگی های سیگنال مغزی مرتبط با تصور حرکتی برای پا را پس از دریافت سیگنال بدست آورده و سپس آن را توسط یک شبکه عصبی پیشرو طبقه بندی و خروجی را تعیین می کنیم. حداقل درصد خطا در این روش برای داده های آموزشی 20.63% و برای داده های آزمون 36.64% بدست آمد. در فصل سوم نتیجه گیری کار های انجام گرفته بررسی می گردد و پیشنهاداتی برای کارهای تحقیقاتی آینده ارائه می گردد.

ربات مورد نظر ما یا الگو گرفتن از طرز راه رفتن انسان و حرکت به صورت دینامیکی دارای راندمان بالایی خواهد بود و با توجه به روش حرکت ربات برای سلخت پای مصنوعی مناسب می باشد.

با توجه به افزایش روزافزون اهمیت اندازه گیری و کنترل مناسب گلوکز خون، چه برای بیماران دیابتی و چه غیر دیابتی، توسعه ی روش هایی که بتوانند بصورت سریع و با حساسیت بالا گلوکز خون را کنترل کنند به نوبه ی خود مورد توجه قرار گرفته اند. در طی سالهای اخیر میکروتیرها بعلت دارا بودن ویژگی هایی نظیر اندازه ی کوچک، وزن کم، نسبت سطح به حجم بالا بعنوان سنسور در زمینه های مختلف، از جمله بعنوان بیوسنسور در زمینه شناسایی و اندازه گیری بیو مولکول ها بعلت ویژگی هایی نظیر حساسیت بالا، پاسخ سریع، عدم نیاز به برچسب گذاری بیومولکول ها، مورد بررسی بوده اند. هدف از این پایان نامه انجام مدلسازی جهت بهینه سازی میکروتیر در زمینه ی شناسایی و اندازه گیری میزان گلوکز بدن است. برای تعریف این بیوسنسور فرض شده که لایه ای از ذرات بیولوژیک بر سطح میکروکانتیلور جذب شده اند. و هدف یافتن تغییر فرکانس رزونانس میکروکانتیلور مرتعش در نتیجه ی جذب لایه ی بیولوژیک است. بر اساس نتایج حاصل، فرکانس رزونانس سیستم مورد نظر در نتیجه ی حضور لایه ی بیولوژیک و تنش سطحی حاصل از آن، به اندازه ی 18 هرتز تغییر می کند. با بررسی مقادیر مختلف پارامترهای هندسی میکروکانتیلور، مشاهده شد که با کاهش سایز کلی بیوسنسور مبتنی بر میکروکانتیلور، حساسیت آن بیشتر می شود. پارامتر فاصله ی بین مولکولی (b)، که در روابط مربوط به مدلسازی لایه ی بیولوژیک قرار دارد، خاصیتی مربوط به غلظت ماده ی بیولوژیک است، با بررسی اثر مقادیر مختلف این پارامتر بر تغییر فرکانس رزونانس میکروکانتیلور، نشان داده شد که میزان تغییر فرکانس رزونانس حاصل از تنش سطحی در نتیجه ی جذب لایه ی بیولوژیک، متناسب با غلظت ماده ی بیولوژیک نیز هست

نانورباتیک یا مانیپولیشن توسط نانوربات مبحث جدیدی است که در خصوص مانیپولیت کنترل شده اجسامی با اندازه نانومتری بحث می کند و مربوط به عکس العمل های موجود بین اجسامی در ابعاد اتمی و مولکولی است. مبحث نانورباتیک شامل دو گروه نانوربات های مشابه با ربات های در دنیای ماکرو و میکروسکوپ روبشی میله ای می شود. میکروسکوپ های روبشر میله ای گروه گسترده ای از میکروسکوپ ها هستند که در سال 1982 جهت تصویر برداری از سطوح اجسامی در اندازه های نانومتری ساخته شدند و ابزار اصلی آن ها پروب نوک تیزی است که در آن ها خواص مختلف فیزیکی بین اتم ها و مولکول های راس پروب و نمونه استفاده می کند. میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ روبشی تونلی پیشرفته ترین و کاربردی ترین روش های میکروسکوپ های روبشی میله ای هستند. میکروسکوپ نیروی اتمی بر پایه تشخیص نیروهای جاذبه یا دافعه بین سطوح کار می کند و از آن می توان برای نانو ذرات غیر رسانا نیز استفاده نمود که این امر خصوصا موجب کاربرد گسترده آن در نانوذرات بیولوژیکر گشته است. بلافاصله پس از اختراع spm ها ثابت شد که این ابزارها به عنوان نانومانیپولاتور هم قابل استفاده اند در حال حاضر ساخت مونتاژ در مقیاس نانو با استفاده از روش های شیمیایی بطور خلاصه خاص و یامیکروسکوپ های روبشی میله ای که تنها ابزار دسترسی به دنیای نانو هستند انجام می گیرد. پروپ میکروسکوپ به عنوان نانومانیپولاتور ساده برای جابجایی نانوذرات به شکل کشیدن یا راندن روی سطح، بریدن و تشریح، لمس کردن، نانولیتوگرافی/ دندانه گذاری ، بلند کردن اجسام و جابجایی بکارگرفته شده است. در ورود از دنیای ماکرو به دنیای نانو، پدیده اصلی کوچک شدن انداز اجسام است و تاثیر این تغییر طول به عنوان تاثیر مقیاس تعریف شده است که موجب تغییراتی در خواص فیزیکی و هندسی می شود. با در نظر گرفتن مسایل مربوط به تغییر مقیاس، رباتیک بر پایه فیزیک در مقیاس نانو و کنترل هوشمند در نانومانیپولیشن ضروری است. مکانیک و دینامیک در مقیاس نانو هنوز بطور کامل شناخته نشده است و فهم آن در جابجایی موثر و دقیق نانوذرات با استفاده از مانیپولاتور afm بسیار حایز اهمیت است. جهت بررسی مکانیک و دینامیک مانیپولیشن توسط نانوربات afm، دبه درک و فهم عکس العمل های تماس فیزیکی راس پروب با نمونه و نمونه با صفحه مبنا، و تغییر شکل های کانتیلور afm نیاز داریم. در این پایان نامه ، دینامیک نانومانیپولاتور afm در نانومالیپولیشن و مونتاژ ذرات. و حساسیت آن نسبت به تغییرات پارامترهای مختلف در راندن ذرات شبیه سازی شده است و موقعیت مکانی دقیق رای پروب و در نتیجه نانوذرات در هر لحظه از نانومانیپولیشن بدست آمده است که اساس کنترل دقیق جابجایی و مونتاژ ذرات و ابزارهای در مقیاس نانو است. همچنین رفتار دینامیکی ذره در شرایط مختلف بررسی شده است. معادلات سیناتیکی و دینامیکی حرکت پروب و ذره بر اساس نمودار آزاد مساله بدست آمده و شرایط اولیه براساس سرعت ثابت صفحه مبنا، هندسه و مواد کانتیلور، پروب و ذره تعیین شده اند. نهایتا شبیه سازی معادلات با استفاده از کدنویسی توسط نرم افزار mathematica5 انجام شده که توسط نتایج تحقیقات موجود، کاملا تایید شد.

مسئله مورد نظر در این پژوهش، ساخت میکروپمپی است که با ارتعاشی که توسط عملگر پیزوالکتریکی بوجود می آید، کار کند. برای اینکار باید عملگر پیزوالکتریکی را با مواد موجود در بازار و در کوچکترین سایز ممکن طراحی شود. سپس باید مداراتی برای راه اندازی و ایجاد سیگنالهای سینوسی، کسینوسی، منفی سینوسی و منفی کسینوسی طراحی و ساخته شود. ساخت مجرای انتقال سیال از قسمت های مهم کار محسوب می شود و تاثیر مستقیمی بر عملکرد بهتر میکروپمپ دارد. اندازه گیری و بررسی پارامترها در این مقیاس کوچک از دیگر چالش های این طرح محسوب می شود.

هدف از این پایان نامه طراحی و مدل سازی حرکت یک ریز ربات خزنده می باشد امروزه به دلیل محدودیت هایی که برای نفوذ در رگ ها برای درمان مداخله ای وجود دارد، پژوهشگران علاقه مندند تا به طراحی و ساخت ابزاری مناسب مانند یک ریز ربات متحرک که در حد و اندازه های میلی متری و یا کمتر از آن باشد دست یابند. در طراحی این ریزربات ها نیاز به حساسه ها برای نظارت به جریان و گذرگاه های ارتباطاتی و میکروکنترل های برنامه ریزی شده می باشد. همچنین در انتخاب ساختار حرکتی، یک طراحی ساده می تواند ملهم از یک ربات مارگون باشد. در ادبیات فن مطالعات فراوانی در مدلسازی، شبیه سازی و کنترل ربات های مارگون که قادر به اجرای الگوهای حرکتی مختلف باشند صورت گرفته است. در این مطالعات مدل های ریاضی و تجزیه و تحلیل حرکات ربات و مقدار گشتاور محرک ها برای نمونه های مکانیکی بزرگ مورد بررسی قرار گرفته-اند. اما این ساختارها برای هدف بیان شده مناسب نمی باشند. بدین منظور در این پایان نامه ضمن ارائه ی یک ساختار مناسب برای یک ریزربات متحرک که قادر به پیشروی در کانال های کوچک می باشد به توسعه یک مدل ریاضی و تحلیل-های سینماتیک و دینامیکی آن پرداخته و با شبیه سازی در نرم افزار متلب کارایی آن را بررسی کردیم. به دلیل وجود محدودیت هایی از قبیل اندازه، قدرت و وزن ربات، نیاز به ارائه ی یک طرح الکترومکانیکی مناسب بود. یک گزینه مناسب برای چنین طراحی استفاده از مواد پیزوالکتریک می باشد که در این پایان نامه سعی شد ترجیحاً از آن در طراحی سازکار حرکتی استفاده شود.

در دهه اخیر هوشمندسازی ربات ها مورد توجه بسیاری از پژوهشگران در زمینه مهندسی رباتیک و هوش مصنوعی قرار گرفته است. از چالش های پیشروی پژوهشگران در این زمینه ساخت ربات هایی است که دارای قابلیت یادگیری و تطبیق پذیری باشند. هدف از این پایان نامه استفاده از روش های یادگیری تقویتی برای طراحی مسیر بهینه برای ربات ها می باشد. در این مطالعه روشی نو برای یادگیری مسیر بهینه حرکت ربات های بازو از طریق تعامل با محیط ارائه شده است. در این روش ابتدا مسیر اولیه ای توسط کاربر برای ربات تعریف شده و ربات شروع به طی کردن مسیر تعریف شده برای خود می کند. همزمان با طی مسیر، ربات خود به اکتشاف در محیط پرداخته و سعی می کند داده های آموزشی مناسب را کسب کند و عملکرد خود را بهینه تر نماید. هدف از به کارگیری یادگیری تقویتی توسط تابع هزینه تعریف می شود. در این مطالعه تابع هزینه برای بهینه سازی گشتاور اعمالی در مفاصل ربات تعریف گردیده است. ربات تلاش می کند تا خط مشی بهینه ای که موجب کسب بیشترین پاداش از محیط شود را یاد بگیرد. در این روش موقعیت های ابتدا و انتها و نقاط میانی حرکت و زمان هر تکه از مسیر توسط کاربر تعیین می گردد. سینماتیک معکوس محاسبه شده و زوایای متناظر با موقعیت ها در هر مفصل محاسبه می گردد. به کمک روش اسپیلاین مکعبی مسیری برای عبور از این نقاط برای تمامی مفاصل رسم شده و این مسیرها به ربات اعمال می-شود. بعد از طی مسیر توسط ربات میانگین گشتاور اعمالی در مفاصل حساب شده و به عنوان پاداش به یادگیری تقویتی ارسال می گردد. وظیفه یادگیری تقویتی اصلاح مسیر حرکتی ربات توسط تغییر نقاط میانی در یک بازه تعیین شده برای آن می باشد به شکلی که موجب گردد مسیر بعدی که به ربات اعمال می گردد میانگین گشتاور اعمالی کمتری نسبت به مسیر قبلی خود داشته باشد. در این روش فرآیند بهینه سازی جدای از انجام وظیفه اصلی ربات انجام نمی گیرد و بعد از اینکه ربات مسیری را بپیماید مسیر بعدی برای آن بر مبنای پاداش مسیر فعلی طراحی می شود. برای بررسی روش پیشنهادی، از شبیه سازی طراحی مسیر برای ربات های 2 – لینکی و پوما استفاده شده است. نتایج این شبیه سازی ها به طور کامل گزارش شده است و مسیرهای مختلفی که در طی یک فرآیند یادگیری پیموده شده اند و همینطور میزان پاداش در هر مسیر نمایش داده شده اند. برای شرح بهتر روش یادگیری تقویتی بر مبنای خط مشی بدون مدل تغییر پارامترهای بهینه سازی در حین فرآیند یادگیری در دیاگرام های جداگانه نشان داده شده است. همینطور موقعیت، سرعت، شتاب و تکانه و گشتاور اعمالی هر مفصل در مسیر نهایی گزارش شده است. برای بررسی کیفیت عملکرد الگوریتم پیشنهادی از 5 مطالعه موردی استفاده شده است که بر روی ربات های 2- لینکی و پوما شبیه سازی شده اند. در مطالعه موردی اول گزارش شده در این پایان نامه از طراحی مسیر با درنظر گیری یک نقطه میانی بین شروع و پایان مسیر برای ربات 2 - لینکی استفاده شده است. بعد از اعمال یادگیری تقویتی مجموع میانگین گشتاور مفصل ها از 7/7 n.m در مسیر اول به 4/6 n.m در مسیر نهایی کاهش پیدا کرده است. در مطالعه موردی دوم از طراحی مسیر با در نظر گیری دو نقطه میانی بین شروع و پایان مسیر برای ربات 2 – لینکی استفاده شده است. بعد از اعمال یادگیری تقویتی در این مورد مجموع میانگین گشتاور مفصل ها از 6/5 n.m در مسیر اول به 1/3 n.m در مسیر نهایی رسیده است. مطالعه موردی سوم به در نظر گیری سه نقطه میانی بین شروع و پایان مسیر ربات 2 - لینکی اختصاص دارد. در این شبیه سازی پس از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی مجموع میانگین گشتاور مفصل ها از 4/7 n.m در مسیر اول به 4/6 n.m در مسیر نهایی رسیده است. مطالعه موردی چهارم اختصاص به طراحی مسیر با یک نقطه میانی برای ربات پوما دارد. در این مطالعه پس از شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی مجموع گشتاور مفصل ها از 54 n.m در مسیر اول به 40 n.m در مسیر نهایی رسیده است. در مطالعه موردی آخر گزارش شده در این پایان نامه از طراحی مسیر با سه نقطه میانی بین شروع و پایان مسیر برای ربات پوما استفاده شده است. بعد از اعمال یادگیری تقویتی مجموع میانگین گشتاور مفصل ها از 59 n.m به 56 n.m کاهش پیدا کرده است.

در این تحقیق، جریان خاصی از سیال بنام مگنتوهیدرودینامیک (mhd) که در میکرو پمپ ها جاری است، در حالت سه بعدی مدل سازی و شبیه سازی شده و دبی جریان بهینه سازی شده است. میکرو پمپ موردمطالعه شامل یک کانال مستطیل شکل در مقیاس میکرو با الکترودهای موجود در دیواره ها جهت اعمال میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که به صورت متقاطع و عمود بر میدان الکتریکی است. این جریان پیوسته سیال ناشی از اثر نیروی لورنتز است که به صورت عمود بر دو میدان مغناطیسی و الکتریکی، سیال رسانا را در داخل کانال به پیش می راند. با فرض جریان آرام، تراکم ناپذیر و سه بعدی، روش حجم محدود (fvm) برای حل معادلات استخراجی استفاده شده است. اثر پارامترهای هندسی و میدان های اعمالی بر دبی جریان، بیشترین فشار تولیدی و نرخ انرژی مصرفی در یک مقدار ثابت جریان الکتریکی و یک مقدار ثابت انرژی مصرفی، مطالعه شده اند. در ادامه، جهت تعیین پارامترهای هندسی در طراحی، از روش saw استفاده شده و نشان داده شده است که عرض کانال مستطیلی پارامتر مناسبی برای دست یابی به دبی های بیشتر است. بعلاوه، طرح جدیدی با پروفیل کانال عریض شده، جهت افزایش دبی جریان سیال ارائه شده است. نتایج بدست آمده بر اساس پروفیل جدید، نشان از افزایش چشمگیر دبی جریان دارند. همچنین مقدار بهینه ای برای پارامتر هندسی جدید ارائه شده در پروفیل جدید، زمانی که انرژی مصرفی ثابت است، وجود دارد. برای اعتبار سنجی کد محاسباتی به دست آمده، مقایسه ای بین محاسبات عددی و تجربی محققان پیشین به صورت کمی و کیفی انجام شده است.