در این تحقیق مدل دینامیکی ماهواره مجهز به ژیروسکوپهای ممان کنترل و صفحات خورشیدی انعطاف پذیر ارائه شده است. در مدل ارائه شده تعداد، موقعیت و راستای محور گیمبالها به صورت دلخواه انتخاب شده و علاوه بر اینرسی روتورها، اینرسی گیمبالها نیز لحاظ شده است. همچنین یک مدل جدید از صفحات خورشیدی برای حرکتهای سه بعدی پیشنهاد و با مدلهای موجود مقایسه شده است. در مدل پیشنهادی هر صفحه خورشیدی به صورت صلب فرض شده و اتصال آن به بدنه ماهواره از طریق مفصل لولایی، فنر و دمپر پیچشی در نظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی حاکم بر رفتار سیستم به روش کین استخراج و برای یک چیدمان هرمی ژیروسکوپها، به روش عددی حل شده و با نتایج حاصل از مدل ایجاد شده در محیط نرم افزار adams مقایسه و مورد تائید قرار گرفته است. به موازات، مدل تیر اویلر-برنولی صفحات خورشیدی انعطاف پذیر معرفی شده است. نهایتا مدل کاملی از ماهواره با صفحات خورشیدی که در آن صفحات به فرم المان محدود مدل شده اند نیز به عنوان مدل مرجع ارائه شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که مدل تیر اویلر-برنولی حرکت سه بعدی ماهواره را به درستی شبیه سازی نمی کند؛ درحالی که مدل صفحات مفصل بندی شده ارائه شده در این تحقیق، نتایج دقیقی را در حرکتهای سه بعدی ماهواره فراهم می آورد. در ادامه، سیستم کنترل جهت ماهواره مجهز به ژیروسکوپهای ممان کنترل ارائه شده است. سیستم فوق به دو زیر سیستم کنترل سرعت زاویه ای گیمبال ژیروسکوپها و کنترل جهت بدنه ماهواره تفکیک شده و برای هر زیرسیستم کنترلرهای مناسبی به روشهای lqr، hinf و سنتز mu طراحی شده است. به منظور استفاده از مدلهای ارائه شده جهت طراحی کنترلرهای پیشنهادی، جملات غیر خطی در معادلات سیستم با جملات خطی شامل عدم قطعیتهای پارامتریک و جملاتی به فرم اغتشاش جایگزین شده اند. همچنین اثرات دینامیک مدل نشده مودهای با فرکانس بالاتر صفحات خورشیدی و اصطکاک سیستم ژیروسکوپها لحاظ شده است. عملکرد کنترلرهای ، hinf و سنتز mu طراحی شده برای هر یک از زیر سیستمهای کنترل سرعت زاویه ای گیمبال ژیروسکوپها و کنترل جهت بدنه ماهواره با یکدیگر مقایسه و مزیت کنترلر mu نسبت به دو کنترلر دیگر نشان داده شده است. در ادامه، عملکرد کنترلر mu بر روی مدل غیر خطی سیستم نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و توانایی کنترلر mu برای کنترل جهت و پیروی از ورودی مبنا بر روی مدل غیرخطی به اثبات رسیده است.

در این تحقیق مدل‏سازی و تحلیل میل لنگ موتور ملیef7 انجام شده است. در این تحقیق به بررسی نیروهای وارده بر میل لنگ در سرعتهای دورانی مختلف موتور و زوایای مختلف میل لنگ پرداخته شده است. در این راستا معادلات سینیتکی شاتون بدست آمده است و جابجایی دینامیکی دو سر شاتون مورد بررسی قرار گرفته است و نیروهای وارده به آنها محاسبه شده که عکس این نیروها به میل لنگ وارد می شود. یک مدل کامل از میل لنگ با تمام جزئیات در نرم‏افزار abaqus برای تحلیل تنش آماده شده است و تاریخچه تنش در دورهای مختلف به دست آمده است . نقاط بحرانی مشخص شده و تاریخچه تنش در این نقاط به عنوان نتایج تحلیل تنشی حاصل از نرم افزار abaqus به صورت فایل قابل خواندن در fem/fat تبدیل شده است و تحلیل خستگی با استفاده از تئوریهای ون مایزز و صفحه بحرانی انجام شده است. نتایج برای مواد مختلف با یکدیگر مقایسه شده اند. در این تحقیق هم چنین به بررسی و مرور مختصری بر نحوه ساخت میل لنگ پرداخته شده است. تحلیل بر روی مواد:forged steel و cast ironانجام شده است و نتایج برای ماده فورج شده دارای مقادیر بهتری است. ضریب اطمینان خستگی برای این ماده حتی در کمترین مقدار تقریبا دو برابر cast iron می باشد. ضرایب اطمینان به دست آمده برای هر دو جنس قابل قبول بوده و با توجه به اینکه نتایج تئوری صفحه بحرانی به واقعیت نزدیکترند نتایج حاصل از این تئوری با توجه به هزینه های بالای پروسه تولید میل لنگ منجر به طرحی دست بالا نمی‏شود.

ربات های راه رونده ربات های پیچیده ای می باشند و از نظر ابعاد به علت تعدد درجات آزادی و محرک های پیچیده حجیم و سنگین هستند. این تحقیق به دنبال ارائه یک طرح جدید از رباتهای راه رونده بصورت سبکتر و کوچکتر می باشد. اولین قدم در جهت سبک سازی می تواند با ساده سازی محرک های ربات راه رونده شروع شود که یکی از مهم ترین عوامل پیچیدگی و سنگینی ربات های راه رونده هستند. سپس کاهش درجات آزادی اضافی که به سادگی و کوچک شدن ربات کمک کند. از این رو ابتدا باید به دنبال مکانیزمی برای ربات بود که با کمترین درجات آزادی مقید و غیر مقید بتواند حرکت کند. تمامی موارد فوق در طرح پیشنهادی ارائه شده بکار گرفته شده و طراحی اجزای ربات در محیط نرم افزاری solidworks صورت گرفته است. سپس مدل نهایی از نظر امکان حرکت در نرم افزار visual.nastranشبیه سازی و کنترل می شود. پس از تکمیل مکانیزم ربات به مدل سازی محرک های آلیاژ حافظه دار بعنوان عملگر ربات پرداخته می شود. مدل سازی توسط نرم افزار matlab صورت گرفته و برای کنترل تاثیر این محرک ها بر روی حرکت ربات دو نرم افزار visual.nastran و matlab با یکدیگر مرتبط شده و شبیه سازی تکرار شده است. برای بررسی صحت مدلسازیهای صورت گرفته نمونه ای آزمایشگاهی از ربات ساخته شده و عملکرد آن تست شده است. نتایج آزمایش با نتایج حاصل از شبیه سازی مقایسه شده و نشان داده شده است، که تطابق بسیار خوبی را با یکدیگر داشته اند. همانطور که احتمال داده می شد استفاده از محرکهای آلیاژهای حافظه دار باعث حرکتی بسیار بی صدا و نرم در ربات شد که از مزایای طرح پیشنهادی است. ساده سازی ربات ارائه شده و ایجاد حرکت با حداقل درجات آزادی ایده ای است که تا کنون در ارتباط با آن تلاش جدی صورت نگرفته است.

چکیده در این پایان نامه به بررسی اعمال کنترلر بر سیستم تعلیق خودرو پرداخته می شود. در جهت مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت ها،از روش کنترل مد لغزشی به عنوان یک روش مقاوم به عنوان روش کنترلی اعمال شده بر سیستم استفاده شده است. این کنترلر بوسیله مدلهای متداول یک چهارم و یک دوم خودرو،از ترکیب خطی ریاضیاتی یک مدل ایده آل sky-hook و یک مدل ایده آل ground-hook بعنوان مدل مرجع استفاده میکند،که این مدل مرجع باعث برخورداری همزمان از دو فاکتور آسایش سرنشینان خودرو و هدایت پذیری مناسب‏تر آن می شود. تحریک سیستم تعلیق خودرو باعث تاثیر کنترلر اعمالی بر دینامیک اتاق خودرو و دینامیک چرخ آن می شود. در این پایان‏نامه هر دو حالت پایدار و گذرا به عنوان تحریک ورودی به سیستم استفاده شده اند،و اثرات هر دو حالت تحریک بر دینامیک اتاق خودرو و چرخ آن مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند،حالت هایی وجود دارد که در آنها موازنه بین پاسخ مناسب اتاق خودرو و چرخ خودرو وجود دارد. این توازن به وسیله تغییر بهره کنترلر دوگانه باعث تعویض تاکید مدل مرجع بر کنترلر های sky-hook و ground-hook می شود. یکی از اساسی ترین مشکلات مدل‏کردن خودرو به صورت مدل یک چهارم خودرو عدم توجه به کوپلینگ اثرات میان چرخ های جلو و عقب اتومبیل می باشد. برای حل این مشکل مدل چهار درجه آزادی یک دوم خودرو شبیه سازی شده است. نتایج حاصل شده از اعمال کنترلر بر این مدل نشان دهنده تفاوت هایی در مقادیر پاسخ های حاصل شده در مدل سازی های یک چهارم و یک دوم خودرو می باشد،که ناشی از عدم توجه به کوپلینگ اثرات میان چرخ های جلو و عقب در مدل سازی های یک چهارم خودرو است.

هدف اصلی این پایان نامه بدست آوردن دانش طراحی گاورنر سرعت الکتروهیدرولیک و بکار بردن آن برای تحلیل دو نیروگاه آبی مارون و سیاه بیشه می باشد. بنابراین در این پایان نامه ابتدا مطالعات انجام گرفته بر روی مدل سازی نیروگاه آبی با زیرسیستم های موثر در دینامیک سیستم و روش های کنترل سرعت و توان خروجی توربین، تا به امروز بررسی می گردد. سپس تمامی زیرسیستم های گاورنر معرفی و تحلیل گشته و مدار کنترلی گاورنر شرکت فویت زیمنس به طور کامل تحلیل و بررسی می گردد. در بخش بعد، معادلات دیفرانسیل حاکم بر یک نیروگاه آبی از مراجع معتبر استخراج شده و در نرم افزار سیمولینک نوشته می شود. با توجه به سادگی معادلات موجود و پیچیدگی در مدل واقعی یک نیروگاه، معادلات برای یک نیروگاه واقعی دوباره بازنویسی شده و توسط نرم افزار سیمولینک مدل می-شوند. برای بررسی صحت مدل سازی، پارامترهای مدل برای دو نیروگاه آبی مارون و سیاه بیشه بدست آمده و در مدل قرار می گیرد. برای اعتبار سنجی مدل، نتایج شبیه سازی با نتایج عملی و نتایج نرم افزار شرکت فویت زیمنس مقایسه می گردد. سپس با استفاده از تئوری hinf یک کنترل کننده مقاوم برای مد ایزوله نیروگاه مارون طراحی گشته و عملکرد آن با کنترل کننده pid مقایسه می گردد. در آخر عملکرد کنترل کننده سد سیاه بیشه بررسی گشته و دو راه کار عملی برای کاهش نوسانات توان ناشی از سرج تانک ارائه شده و نتایج شبیه سازی بررسی می گردد. در راه کار اول ارتفاع مقطع دوم سرج تانک کاهش یافته و در راه کار دوم ضرایب کنترل کننده pid کاهش می یابد. نتایج نشان دهنده ی بهبود پاسخ سیستم می باشند.

در این پایان نامه, مدل سازی و کنترل حرکت خیزش روبات چهار پا مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور مطالعه روبات های چهارپا از ویژگی های فیزیکی روبات سگ کوچک استفاده شده است. یک مدل پنج پیوندی با شش درجه آزادی و چهار بند گاه فعّال برای سامانه پیچیده زیر تحریک روبات چهارپا در حالت خیزش ارائه گردیده که پس از بدست آوردن معادلات پویشی آن, این مدل روباتی کنترل می گردد. نشان داده شده است که سامانه غیر خطی مدل روباتی, دارای ویژگی غیر هلونومیکی مرتبه دوم می باشد و به وسیله بازخورد حالت پویا و یا ایستا نمی توان این سامانه را کنترل نمود. با استفاده از تغییر مختصات و بر اساس تغییر متغیری که اندازه حرکت به هنجار شده نامیده می شود سامانه به ریخت به هنجار بازخوردی اکید انتقال داده می شود سپس با بهره گیری از روش کنترلی بازگشت به عقب مقاوم سامانه مربوطه کنترل می گردد. تحلیل های نظری و شبیه سازی های عددی نشان می دهد که کنترل گر بازگشت به عقب مقاوم, مدل روبات چهارپا را در حالت خیزش پایدار می سازد و سبب می شود که به صورت متعادل بر روی دوپایش قرار گیرد و مسیر دلخواهی را ردیابی نماید. مقاوم بودن روش کنترلی به خاطر وجود نامعینی هایی ناشی از طراحی است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد با اضافه نمودن نامعینی پارامتر ها, کماکان خروجی ها دارای کارایی مناسبی هستند. نتایج این پایان نامه قابل اعمال به سایر سامانه های مکانیکی کنترلی با ویژگی های سامانه روباتی حاضر هستند.

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

روش المان گسسته (discrete element method) dem روشی عددی است که بطور گسترده در شبیه سازی اجسام برخورد کننده در حال حرکت نسبی و شکست به کار می رود. این روش به علت ماهیت بدون مش بندی آن دارای مزایا و فواید آشکار و واضحی است و برای مسائلی که چندین جسم آزاد امکان برخورد با یکدیگر را دارند و بعد از تغییر شکل زیاد می شکنند، یک روش انتخابی مناسب می باشد. در این تحقیق با استفاده از روش dem تحلیل پرتابه ای با سرعت اولیه مشخص تا مرحله عبور کامل از صفحه شیشه ارائه شده است. تحلیل فوق با استفاده از نرم افزار کدباز yade با اضافه کردن مدل مورد نیاز انجام شده است. برای بررسی صحت خروجی نرم افزار تحلیل های ساده کشش، برش و فشار با مدل ساده کره-کره انجام شده و صحت نتایج تایید گردیده است. همچنین برای بررسی صحت و دقت روش المان گسسته، تست تنش یک محوره بر روی یک مدل مکعب مستطیل انجام گردید و نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده در تحقیق دیگران مقایسه گردید. در تحلیل برخورد پرتابه کروی به شیشه، تغییرات انرژی جنبشی و نیروی ضربه پرتابه به دست آمد که تطابق نسبتاً خوبی با نتایج دیگران نشان داد. در انتها اثر تغییرات سرعت، جرم و شعاع پرتابه و همچنین اثر تغییرات ضخامت شیشه بر روی مقدار تغییرات انرژی جنبشی پرتابه و سرعت خروجی آن در حالی که بقیه پارامترها ثابت هستند بررسی گردیده است، نتایج حاصل نشان می دهد تغییرات کاهش انرژی جنبشی پرتابه بر حسب شعاع پرتابه و ضخامت شیشه خطی و بر حسب سرعت و جرم پرتابه غیرخطی می باشد.

استفاده از ربات های توان بخشی در دهه های اخیر از سوی گروه های تحقیقاتی مختلف مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش ابتدا ربات های توان بخشی پا مورد بررسی کلی قرار گرفت تا پارامترهای اساسی در طراحی یک ربات توان بخشی و مشکلات مدل های موجود شناسایی شود. در نهایت پیشنهادات مختلفی برای طراحی یک ربات جدید با عملکرد بهینه مطرح شد و پس از امکان-سنجی ساخت و اطمینان اولیه از جواب گو بودن مدل ارائه شده، بهترین طرح انتخاب و طراحی و ساخت آن انجام گرفت. در طرح ارائه شده، تلاش بر حد اقل نمودن اینرسی ربات می باشد. برای این منظور موتورهای محرک اصلی، به پایه ربات منتقل شده اند. همچنین بازو های ربات با حداقل اینرسی طراحی شده-اند. برای این که بیمار بتواند حین تمرین توان بخشی با ربات، حرکت طبیعی همانند انسان سالم را داشته باشد، هشت درجه آزادی برای ربات انتخاب شده است که چهار درجه آن از نوع فعال و چهار درجه از نوع غیر فعال هستند. برای این که امکان کنترل نیرو و برگشت پذیری برای ربات فراهم شود، استفاده از عملگرهای جدیدی با عنوان عملگر سری الاستیک در طرح ربات در نظر گرفته شده است. برای راه اندازی ربات نیز از برنامه c# و بردهای واسطه برای برقراری ارتباط بین سخت افزار ربات و نرم افزار کنترلی استفاده شده است. به منظور تایید عملکرد ربات تست های مختلفی طراحی شده است. اندازه گیری وزن، اصطکاک و اینرسی نشان می دهد که طرح مورد نظر نسبت به مدل های دیگر دارای نیروهای مقاوم کمتری است. همچنین الگوریتم های مختلف راه رفتن یک انسان سالم از طریق ربات بر روی یک پای مصنوعی اعمال شده است. تست مذکور نشان می دهد ربات امکان اعمال الگوریتم های مختلف را برای پای انسان فراهم می کند.

در این پژوهش، رفتار کشسان روبات چهارپا در عبور از موانع، مورد بررسی قرار می گیرد. روبات برای حرکت در سطوح ناهموار، به روش گام برداری با حاشیه پایداری امن، نیاز دارد. به این منظور، یک رهیافت طراحی گام جدید با حاشیه پایداری امن پیشنهاد می شود. این رهیافت علاوه بر دارا بودن حاشیه پایداری غیر صفر در تمام زمان ها، به جابه جایی جانبی بدنه در طول حرکت، نیاز ندارد. همچنین به منظور ایجاد رفتار کشسان برای روبات، از کنترل ناگذرایی به منظور کنترل نیرو و موقعیت هر پا، استفاده می شود. در این گزارش، به منظور چیره شدن بر خطای مدل سازی و مقاوم کردن رفتار روبات در لحظه برخورد به سطح زمین، دو رهیافت جدید برای کنترل ناگذرایی پیشنهاد می گردد. برخلاف رهیافت های موجود، در رهیافت های پیشنهادی، اعمال نیروی مرجع در مدل ناگذرایی، امکان پذیر است؛ و همچنین در لحظه برخورد، رفتار روبات پایدار بوده و بدون ضربه می باشد. نتایج شبیه سازی، مزایای استفاده از رهیافت طراحی گام و کنترل گر پیشنهادی را در افزایش حاشیه پایداری برای حرکت روبات در سطوح ناهموار، نشان می دهد.

در این پژوهش نحوه مدل سازی، ساخت و کنترل یک عملگر الاستیک سری مورد بررسی قرار خواهد گرفت.در ابتدا نیازهای عملگر را مشخص نموده و با توجه به این نیازها مدلی از عملگر ارائه خواهد شد. سپس با استفاده از یک حلقه کنترلی مناسب، عملگر کنترل خواهد شد. اولین آزمایش عملگر، آزمایش دقت اندازه گیری گشتاور توسط فنر می باشد. نتایج حاصل از این آزمایش نشان دهنده خطی بودن فنر می باشد. دومین آزمایش، اندازه گیری پهنای باند می باشد، نتایج حاصل از این آزمایش نشان می دهد که عملگر توانایی دنبال نمودن گشتاور در بسامدهای مورد نیاز توان بخشی را دارا می باشد. سومین آزمایش، کنترل مقاومت صفر می باشد. نتایج حاصل از این آزمایش نشان می دهد که عملگر در حالت بیمار محور، کم ترین گشتاور را در مقابل حرکت بیمار نشان می دهد. با توجه به نتایج آزمایشاتی که ذکر شده است، عملگر طراحی شده می تواند تمامی نیازهای توان بخشی را به خوبی تأمین نماید.

با افزایش قیمت نفت و تاکید بر کاهش آلاینده های احتراق سوخت برای حفاظت محیط، رقابت در صنعت خودرو برای تولید خودروهای دو رگه افزایش یافته است. هدف از انتخاب موضوع مدیریت خودروی دو رگه، بهینه کردن مصرف سوخت خودروی دو رگ? برقی با عملکرد موتور احتراقی در نقاط پر بازده( کمترین استفاد? موتور احتراقی در دورهای پایین) می باشد. شبیه سازی خودروی مذکور در محیط سیمولینک متلب و بر گرفته از الگوهای موجود در محیط ادوایزر (به علت دقت بالای الگوهای موجود) صورت گرفته است. به منظور بهینه سازی مصرف سوخت، دو روش تعیین انداز? اجزاء در محیط ادوایزر و راهبرد کمین? مصرف سوخت معادل ( به هدف مدیریت توزیع گشتاور بین دو منبع توان) در محیط سیمولینک متلب استفاده شده است. نتایج حاصل از اجرای راهبرد کمین? مصرف سوخت، در حدود 6-28 درصد کاهش در مصرف سوخت را نسبت به راهبرد پایشگری(کنترلی) پیش فرض ادوایزر(مدیریت تعویض دنده و راهبرد روشن – خاموش کردن منابع توان) نشان می دهند. بررسی آلاینده های خروجی نشان می دهد که با استفاده از راهبرد کمین? مصرف سوخت معادل، کمین? hc,co به کمین? مصرف سوخت وابسته است ولی با کمین? nox در یک ناحیه قرار ندارد، لذا آزمونی به منظور کمینه کردن nox با مصرف غنی سوخت انجام شده است. نتایج همچنین نشان می دهند که روش مدیریتی مذکور در چرخه های رانشی داخل شهری کاهش مصرف سوخت بیشتری را نتیجه می دهد که علت آن عملکرد کم بازد? موتورهای احتراقی در دورهای کند و بیشتر بودن تعداد دفعات ترمزگیری می باشد. به منظور اعتبار سنجی راهبرد پایشگری استفاده شده، خودروی پریوس به صورت تجربی مورد آزمون قرار داده شده که نتایج حاصل از پیاده سازی راهبرد کمینه مصرف سوخت، سبب کاهش مصرف سوخت به انداز? 14 درصد شده که با نتایج حاصل برای خودروی دو رگ? برقی سمند در چرخ? رانشی برون شهری تطابق دارد. از ویژگی های بارز طرح انجام شده، بهینه سازی به صورت زمان واقعی و حل به صورت آفلاین و ذخیر? نتایج در جداول جستجو برای پیاده سازی واقعی می باشد.

برخی از انواع توسعه یافته سیستم های واقعیت مجازی معروف به دستگاه های هپتیکی هستند که علاوه بر حس سمعی و بصری، حس لمسی و فیزیکی نیز به کاربر منتقل می کنند. محققان زیادی برای شبیه سازی تغییر شکل و برش بافت نرم در فضای مجازی از سیستم های هپتیکی استفاده نموده اند. در این پایان نامه هدف مدلسازی و شبیه سازی بافت نرم برای استفاده در شبیه سازهای هپتیکی می باشد. ابتدا مدل های مختلف موجود برای تغییر شکل بافت نرم بررسی شده است. سپس با توجه به نیازهای سیستم های هپتیکی به لحاظ دقت، واقعیت و همچنین زمان محاسباتی(زمان واقعی بودن محاسبات) مدل های موجود، روش اجزاء محدود صریح برای این شبیه سازی انتخاب شده است. ابتدا با بررسی کلی بافت نرم به استخراج معادلات حرکت برای تغییر شکل بافت نرم در حالات استاتیکی و دینامیکی پرداخته شده است، در مرحله بعدی با منطق روش اجزاء محدود، معادلات بدست آمده به روابط المانی ریز شده اند و در نهایت با بکار گیری روش انتگرالی صریح اختلاف محدود مرکزی روابط حاصله در حوزه زمان بصورت دینامیکی حل شده اند. در این شبیه سازی ها خواص خطی و غیر خطی (فرمول بندی لاگرانژ کلی و مدل هایپر الاستیک و تابع انرژی کرنشی اگدن) برای جنس بافت در نظر گرفته شده است، همچنین رابطه کرنش- جابجایی نیز بصورت خطی (تانسور کرنش بسیار کوچک) و غیر خطی (تانسور کرنش لاگرانژی) در نظر گرفته شده اند. در ادامه تمامی حالات فوق کد نویسی شده و برای بافت نرم مغز شبیه سازی شده اند و از نظر زمانی با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند. برای اطمینان از صحت نتایج بدست آمده، شبیه سازی های مشابهی در نرم افزار تجاری اجزاء محدود صورت گرفته است و نتایج مشابهی میان دو شبیه سازی بدست آمده است. در مرحله بعدی به منظور قابلیت پیاده سازی مدل در واسط هپتیکی، کدهای نوشته شده به زبان های برنامه نویسی پایه و منطبق بر دستگاه بازنویسی شده اند. همچنین با در نظر گرفتن مکانیزم برخورد مناسب ابزار با بافت نرم نتایج نیرویی مناسبی در اثر برخورد ابزار با بافت نرم حاصل شده است.

در رساله ی پیش رو، مدلی برای رفتار مفاصل اندام تحتانی انسان حین راه رفتن ارائه شده، و از این مدل در کنترل رباتهای توان بخشی پا استفاده میشود. در مدل سازی، با استفاده از نتایج آزمایش های آنالیز راه رفتن، رفتار مفاصل در فازهای مجزا بررسی میشود و به کمک منحنی های گشتاور-زاویه ، مدلهای فنر-میراگری برای تخمین گشتاور مفاصل ارائه میشود. سپس، این مدل ها به کمک سیستم های فازی در قالب مدل های یکپارچه بیان میشوند. در طراحی کنترلر، روشی ارائه میشود که بتواند آزادی عمل بیماران در تمرینهای توانبخشی پا را افزایش دهد و تنها متناسب با نیاز بیماران نیروی کمکی اعمال کند. برای این منظور، الگوهای نامطلوب راه رفتن در بیماران ضایعات مغزی-نخاعی معادل اختلال در رفتار مفاصل آنها در نظر گرفته میشود و برای اصلاح آن ها از فنرهایی مجازی در مفاصل ربات استفاده میشود. تاثیر اعمال این فنرها بر الگوی راه رفتن انسان به کمک شبیهسازی و آزمایشهای تجربی بررسی میشود. برای شبیه سازی، مدلی از راه رفتن انسان بر روی تردمیل توسعه پیدا می کند. برای آزمایشهای تجربی، ربات توانبخشی آرمان توسعه پیدا می کند. سپس، روش کنترل رفتار مبتنی بر مدلهای رفتار مفاصل اندام تحتانی ارائه میشود. پایداری کنترلر رفتار، همگرایی ضرایب آن و امکان اختصاصیسازی تمرین ها به کمک این روش بحث میشود. برای تضمین ایمنی بیمار در تمرینهای توانبخشی روش کنترل رودخانهای توسعه مییابد و به موازات کنترلر رفتار استفاده میشود. تاثیر روش کنترل رفتار بر الگوی راه رفتن سه فرد سالم و یک بیمار فلج یک سویه بررسی میشود و نتایج آن با نتایج روش کنترل امپدانس مقایسه می شود. در مقایسه ی دو روش کنترلی، آزادی عمل افراد در تعیین مسیر راه رفتن و در انتخاب زمان بندی گام برداشتن ملاک عمل قرار میگیرد. همچنین میزان گشتاورهای اعمالی به مفاصل در هر دو روش، به عنوان ملاکی برای اعمال نیروی کمکی در صورت نیاز مقایسه میشوند.

هدف از اکثر تحقیقات انجام شده در زمینه ی ربات های توان بخشی پا، مقایسه ی میان درمان معمولی و درمان به کمک ربات می باشد و مطالعاتی که منحصراً به بررسی کیفیت درمان به کمک ربات بر روی بیماران پرداخته باشند بسیار کم هستند. در مطالعات انجام شده تحلیل کاملی از جزئیات الگوی راه رفتن بیماران، ناهنجاری های حرکتی و تغییرات آنها بعد از دوره ی درمان به کمک ربات ارائه نشده است و معمولا به ارائه ی گزارش هایی از تغییرات حاصل شده در یک سری از تست های کلینیکی پر کاربرد بسنده شده است. از این رو در این تحقیق با پیاده سازی الگوریتم کنترلی امپدانس بر روی ربات توان بخشی آرمان و با انجام اصلاحات سخت افزاری لازم بر روی این ربات و فراهم نمودن بستر مورد نیاز، کیفیت درمان به کمک ربات بر روی اندام تحتانی دو بیمار سکته مغزی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در این پروژه یک ربات متحرک شنی دار به همراه بازوی رباتیکی 5 درجه آزادی، با استفاده از نرم افزار یونیورسال مکانیزم مدل سازی شده و جهت نشان دادن تاثیر شرایط محیطی و پارامتر های ربات بر عملکرد آن، رفتار دینامیکی مدل شبیه سازی شده در شرایط مختلف بررسی شده است. در ابتدا عملکرد ربات شبیه سازی شده در بستر های با جنس مختلف بررسی شده است. به منظور نشان دادن اهمیت فرورفتگی، عملکرد مدل شبیه سازی شده در دو حالت بستر صلب و بستر غیر صلب مقایسه شده است. در مرحله بعدی مدل ساده ای از سیستم تعلیق به مدل اضافه شده و عملکرد آن بررسی شده است. در ادامه به منظور بررسی تعاملات بازو و ربات، با مدلسازی بازوی رباتیکی بر روی ربات، اثر متقابل بازو و ربات بررسی شده است. و در آخر با هدف جلوگیری از واژگونی ربات در شرایط مختلف و افزایش پایداری، پس از تعیین وضعیت پایداری ربات با استفاده معیار پایداری نیرو-زاویه، یک الگوریتم پایدارساز برای ربات طراحی شده است. همچنین با استفاده از معیار پایداری و تست های عملی نشان داده شده است که حضور نیرو های دینامیکی، پایداری را تحت تاثیر قرار می دهد و همچنین محل مناسب کارگیر می تواند سبب افزایش محدوده کاری ربات گردد به طوری که حداکثر شیب عرضی پایدار برای ربات افزایش می یابد.

در حال حاضر پروتز زیر زانوی غیرفعالی که بتواند عملکرد متغیر پای انسان را در بازه ی سرعت های پایین تا متوسط راه رفتن تقلید کند، وجود ندارد. در این پژوهش مکانیزم غیرفعالی طراحی و ساخته شده است که رفتار قوزک پا را در سرعت های پایین راه رفتن تقلید می کند. این مکانیزم از قابلیت پذیرش تنظیم پذیری، برای پوشش بازه ی سرعت های پایین تا متوسط راه رفتن برخوردار است. در مکانیزم پیشنهادی با استفاده از گاز محبوس، سختی مطلوب تأمین شده و با روغن هیدرولیک و روزنه، میرایی موردنظر ایجاد می شود. مدل مکانیزم در نرم افزار شبیه سازی شد که پاسخ مدل، نشان دهنده ی امکان کارکرد مشابه با قوزک پا است. درنهایت محرک ساخته شد و مورد تست قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد این مکانیزم، پتانسیل ایجاد عملکردی مشابه با قوزک در سرعت های مختلف راه رفتن را دارا است.

مدلسازی، حل معادلات غیرخطی حاکم، شناسایی و کنترل مقاوم یک بازوی انعطاف پذیر هدف این رساله است. پس از مدلسازی غیرخطی با ابزار قرتمندی بنام مشتق عمومی فرچت به خطی سازی معادلات پرداخته و سپس با روش مشتق درونیاب تعمیم یافته، حل عددی معادلات انجام شده است. از نطر شناسایی نیز توابع تبدیل متعددی برای نشان دادن سیستم حاکم بدست آمده اند که نتایج بدست آمده هم تئوری و هم تجربی بوده اند. پس از شناسایی به امر کنترل مقاوم بازوی انعطاف پذیر در حضور نامعینی ها و مدلهای نامی شناسایی شده اشاره شده است و برای اجرای کنترل و طراحی کنترلر از روش پایدارسازی همزمان چندجمله ایها بهره گرفته شده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

یک بازوی رباتیکی نصب شده بر ربات متحرک را بازوی رباتیکی متحرک می نامند. معمولاً برای جلوگیری از انتقال ضربه به بازوی متحرک (ناشی از حرکت بر روی سطوح ناهموار)، تکیه گاه های بستر از مواد انعطاف پذیر ساخته می شوند. انعطاف پذیری بستر موجب ایجاد ارتعاشات نامطلوبی در بستر و بازو خواهد شد، که می تواند ناشی از حرکت بستر بر روی سطوح ناهموار و یا نیروهای عکس العملی وارده از بازو به بستر، هنگام حرکت بازو، باشد. در این تحقیق روش های مختلف از بین بردن ارتعاشات مذکور معرفی شده، همچنین برای یک بازوی رباتیکی متحرک سه درجه آزادی با بستر انعطاف پذیر، که در آزمایشگاه مکاترونیک دانشگاه تربیت مدرس موجود می باشد، یک کنترلر ترکیبی بر اساس روش ریاضی آشفتگی منفرد ارائه شده است. برای بررسی عملکرد کنترلر، ابتدا کنترلر بر روی یک مدل شبیه سازی شده در نرم افزار matlab و سپس بر روی ربات مذکور نصب و آزمایش، و نتایج حاصل شده با تحقیقات گذشته مقایسه شده است. لازم به ذکر است که با انجام آزمایشات مودال بر روی بستر ربات، مدل دینامیکی بستر ربات استخراج گردیده است. همچنین به منظور جلوگیری از نصب تجهیزات اضافی بر روی ربات، از یک رویتگر، برای محاسبه شتاب بستر استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که کنترلر ارائه شده قابلیت از بین بردن ارتعاشات بستر را، در هر دو حالت حرکت بستر بر روی سطوح ناهموار و نیز حرکت بازو، دارا می باشد. همچنین به دلیل کوچک بودن مقادیر ورودی ها، در قسمت تند کنترلر، خطای زوایای مفاصل بسیار ناچیز است (پاسخ لایه مرزی)، و در نتیجه کنترلر اختلالی در مکان کارگیر ایجاد نخواهد کرد.

در این پایان نامه به مسئله شبیه سازی حرکت هواپیما توسط یک رباط موازی پرداخته می شود. جهت دستیابی به هدف مذکور ابتدا حرکت هواپیما را شبیه سازی می کنیم. برای شبیه سازی حرکت هواپیما، معادلات دینامیکی حاکم بر هواپیما را بطور عام استخراج می نماییم. نیروها و ممان های وارده بر هواپیما در معادلات دینامیکی مذکور، شامل نیروها و ممان های وارده بر هواپیما در معادلات دینامیک مذکور، شامل نیروها و ممان های آئرودینامیکی، جلوبرنده و جاذبه زمین می باشد. با توجه به این مطلب که شبیه سازی حرکت هواپیما بایستی برای هر زاویه حمله (angle of attack) و زاویه جانبی (side slip angle) دلخواه (کوچک و بزرگ) انجام گیرد. در نتیجه نیروها و ممان های آئرودینامیکی تابعی از مولفه های سرعت و شتاب خطی و زاویه ای و زوایای حمله جانبی و نیز تغییرات زوایای سطوح کنترلی همچون: aileron, elevator, flap, rudder, spoiler, aileron control tab, elevator control tab, rudder control tab. و مشتق اول کلیه متغییرهای فوق، خواهد بود. و همچنین نیروهای و ممان های حاصل از سیستم جلوبرنده تابعی از مولفه های سرعت و شتاب خطی و زاویه ای، ارتفاع، تغییرات دسته گاز، تغییرات مساحت دهانه ورودی و خروجی موتور، می باشند. یا به عبارت دیگر می توان چنین بیان نمود که،برای زوایای حمله و جانبی بزرگ معادلات دینامیکی حاکم بر هواپیما غیرخطی بوده و نیز مودهای طولی (longitudinal) و عرضی (lateral) آن با یکدیگر ترکیب (coupled) می شوند. و با شرایط فوق معادلات دینامیکی مذکور را در غالب ماتریس بدست آورده، سپس جهت حل عددی آن، ابتدا روش rung-kutta رتبه چهار و پنج را در شکل ماتریسی تعمیم داده و برنامه نویسی می کنیم. برای اثبات صحت و سقم شبیه سازی، شرایط فاز cruise هواپیما f-4 را به عنوان ورودی به برنامه ورودی به برنامه داده و سپس بر روی خروجی بحث و نتیجه گیری می کنیم. در بخش دیگری از این پروژه، ربات های موازی مورد مطالعه قرار گرفته و معادلات سینماتیکی نوع خاص از آنها تحت عنوان stewart platform که جهت شبیه سازی حرکت هواپیما استفاده می شود، بدست می آوریم. معادلات فوق جهت محاسبه طول و سرعت عمل کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد. برای محاسبه طول و سرعت عمل کننده ها (actudtor) یک برنامه کامپیوتری ارائه می گردد. جهت اثبات صحت معادلات مستخرج شده، مشخصات مربوط به هواپیما f-4 از طریق محاسبات دینامیکی بدست آورده و به عنوان ورودی به برنامه می دهیم و سپس بر روی خروجی برنامه بحث و نتیجه گیری می کنیم. در انتها برای عملکرد مناسب هر یک از عمل کننده ها یک کنترل کننده طراحی می کنیم.

دقت یک ربات صنعتی با میزان توانایی آن در موقعیت دهی ابزار متصل به دست ربات به یک نقطه مشخص از فضای کاری تعیین می شود. بدلیل عدم دقت در تعیین ضرایب مدل کنترلر و نیز مسائلی که در حین ساخت و بکارگیری رباتها پدید می آید موقعیت واقعی دست ربات با موقعیت محاسبه شده از مدل تفاوت دارد که این تفاوت بصورت خطا در موقعیت دهی ربات ظاهر خواهد شد. هدف از کالیبراسیون ربات اصلاح خطاهای این مدل جهت کسب موقعیت دهی مطلوب از رباتها است و می توان گفت مسئله اساسی در کالیبراسیون رباتها انطباق مدل نامی کنترلر و ربات واقعی است . در این پروژه کالیبراسیون مستقیم رباتها با شناسایی پارامترهای هندسی که شامل سه مرحله اساسی مدلسازی کینماتیک ، اندازه گیری و تخمین پارامترها است بکار گرفته شده است . در برنامه ریزی مدلسازی از مدل دناویت هارتنبرگ اصلاح شده (تلفیقی از مدل dh و حیاتی) برای دستیابی به ویژگیهای تام بودن و تناسب استفاده شد. این مدل فقط شامل پارامترهای هندسی مانند طول و آفست بازوهغا برای رباتهای با مفاصل تمام دورانی می باشد. نرم افزاری به زبان turbo c++ نوشته شد که با گرفتن مدل نامی ربات و داده های آزمایش عملی کالیبراسیون (مجموعه زوایای مفاصل و داده های اندازه گیری) مدل کالیبره شده ربات را تولید می کند. از روشهای تخمین کمترین مربعات خطی استاندارد و روش تخمین مستقیم برای برنامه ریزی تخمین پارامترها استفاده شده است . ابتدا طراحی پلان یک آزمایش عملی کالیبراسیون ربات با سیستم اندازه گیری دو دوربین تئودولیت انجام گرفت ولی پیاده سازی طرح بدلیل عدم تامین تجهیزات عملی نشد. در نهایت فرآیند کالیبراسیون مستقیم رباتها روی یک ربات سه درجه آزادی شبیه سازی شد. خطاهای ربات با یک منحنی سینوسی حول یک مسیر خطی برنامه ریزی شده شبیه سازی شد و برای شناسایی پارامترها از روش تخمین مستقیم استفاده شد. پس از انجام تخمینهای مکرر و مقایسه نتایج و تنظیم نهایی الگوریتم تخمین، مدل کالیبره شده ربات استخراج و مورد ارزیابی قرار گرفت . نتایج حاصله از شبیه سازی کاهش در خطای rms از 8.6424mm به 5.0320mm را نشان می دهد.

رباتهای راهرونده از پیچیده ترین محصولات تکنولوژی امروزه می باشند که تحقیقات فراوانی را به خود اختصاص داده اند. در این پایان نامه، یک مکانیزم مناسب برای تحلیل این گونه رباتها ارائه گردیده است. این مکانیزم، یک ربات ‏‎p2r‎‏ می باشد که بعنوان یک پا از ربات راهرونده چندپایی یا یک ربات پا - چرخ ‏‎(leg-wheel robot)‎‏ با توجه به امکانات ساخت و آزمایش در این پروژه مورد استفاده قرار گرفت. معادلات دینامیکی ربات مذکور با استفاده از روش کین ‏‎(kane)‎‏ بدست آمده است. معادلات فوق سپس خطی شده و در دو حالت دینامیک مستقیم و معکوس حل شده اند. و حرکت ربات بصورت مدار باز شبیه سازی شده است. در مرحله بعد، معادلات حالت سیستم با استفاده از معادلات دینامیکی خطی شده بدست آمده و بهمراه تابع تبدیل موتور، ‏‎dc‎‏ و مدل زمین به صورت مدار بسته در نرم افزار ‏‎simulink‎‏ شبیه سازی شده است. در ادامه یک کنترلر مقاوم ‏‎id‎‏‏‎p‎‏ بر اساس ضرایب محک ‏‎(itae) integral time absolute error‎‏ طراحی شده است. علاوه بر کنترلر ‏‎pid‎‏، یک کنترلر ‏‎h ‎‏ نیز برای ربات طراحی شده است که علی رغم داشتن شرایط پایداری مناسب، عملکرد لازم را فراهم نمی سازد. در انتها ربات مورد مطالعه ساخته شده و در عمل کنترلر ‏‎pid‎‏ در حالتهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و برای بررسی پایداری مقاوم، دینامیک ربات با استفاده از تغییر وزن مورد آزمایش قرار گرفته که از عملکرد و پایداری مناسب برخوردار بوده است.