بهینه سازی یکی از شاخه های مهم رشته رباتیک می باشد. در ابتدا به معرفی کامل ربات پرداخته و با استفاده از روش اسکرو به محاسبه نوع و تعداد درجات آزادی ربات پرداختیم. سپس به بررسی ماتریس ژاکوبی و تکینگی و سرانجام با تعاریف مختلف از تابع هدف، به بهینه سازی ربات پرداختیم.

در این تحقیق، کنترل حداقل زمان ربات های چند لینکی سری با افزونگی درجات آزادی در دو حالت حرکت نقطه به نقطه و حرکت مسیر مشخص پنجه با درنظر گرفتن قید گشتاور عملگر و تکانه عملگر بررسی می شود. برای بررسی کنترل حداقل زمان در حرکت نقطه به نقطه از اصل حداقل سازی پنتریاگین استفاده می شود. باتوجه به پیچیدگی مساله مقدار مرزی منتجه از مساله حداقل زمان، روشی تکراری برای حل حداقل زمان سیستم با استفاده از حل حداقل انرژی ارایه می گردد تا حل حداقل زمان از کاهش زمان درنظر گرفته شده برای حل حداقل انرژی محاسبه شود. همچنین، راهکاری برای محدود کردن تکانه عملگرها نیز ذکر می شود. در ادامه، باتوجه به این که مساله سینماتیک معکوس ربات های افزونه حالت- ناقص می باشد، حالت عمومی شرط مرزی درنظر گرفته می شود. همچنین به منظور اجتناب از برخورد ربات با مانع، ربات و مانع بصورت دایروی مدل شدند و جمله ای به تابع هزینه اضافه شد تا فاصله حداقلی بین ربات و مانع حفظ شود. برای بررسی کنترل حداقل زمان در حرکت مسیر مشخص، آنالیز صفحه فاز و بهینه سازی خطی استفاده می شود، و نیز روشی برای درنظر گرفتن قید تکانه عملگرها ارایه می گردد. در ادامه، بااستفاده از مفهوم ناحیه تله و مسدود، روشی برای تعیین نقاط سوییچ و تولید خط سیر حداقل زمان پیشنهاد شد. چند شبیه سازی عددی نیز انجام می گیرد تا علاوه بر تایید قابلیت، صحت و دقت روش های مذکور، تاثیر اعمال قید تکانه عملگر نیز بررسی شود.

با گسترش و پیشرفت علم رباتیک مطالعه و تحقیق بر روی ربات های دوپا افزایش یافته است و توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی و صنعتی را به خود جلب کرده است. به نحوی که در سال های اخیر ربات های انسان نمای متعددی در سراسر دنیا ساخته شده است. ربات های دوپا به دلیل اینکه از نظر ساختاری شبیه انسان هستند، توانایی انجام بسیاری از فعالیت های انسان را دارند. همچنین به علت ماهیت ناپیوسته حرکت ربات دوپا، بسیاری از مشکلاتی که ربات های چرخ دار و مارسان در عبور از سطوح ناهموار، پله ها، موانع و شکاف ها دارند برای این دسته از ربات ها وجود ندارد. از میان تحقیقات زیادی که بر روی ربات های دوپا انجام شده می توان به بررسی پایداری، طراحی مسیر، بهینه سازی راه رفتن و کنترل آن ها اشاره نمود. در کنار روش های ارائه شده برای طراحی مسیر ربات های دوپا، بهینه کردن این مسیرها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بهینه کردن انرژی مصرفی ربات، میزان ترک عملگرها و سرعت راه رفتن ربات از جمله مهمترین مواردیست که مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این میان سرعت ربات دوپا همواره یکی از نشانه های پیشرفت و برتری نسل های مختلف ربات های انسان نما بوده است. با وجود اینکه تحقیقات زیادی برای افزایش سرعت حرکت ربات دوپا انجام شده است ولی روش معینی برای تعیین حداکثر سرعت راه رفتن با در نظر گرفتن تمام محدودیت های موجود، ارائه نشده است. در این پروژه تلاش می شود تا روش مناسبی برای یافتن حداکثر سرعت راه رفتن ربات دوپای هفت عضوی صفحه ای برای داشتن حرکت پایدار و بدون لغزش و با وجود محدودیت گشتاور عملگرها ارائه شود. به این منظور ابتدا با بررسی پارامتری طول و زمان گام و با استفاده از بهینه سازی از طریق الگوریتم ژنتیک حداکثر سرعت ربات بدست می آید. اما این روش زمانبر بوده و نیازمند محاسبات زیاد است. با توجه به معایب این روش در ادامه سعی شده تا به کمک آنالیز صفحه فاز، مسیر حرکت حداقل زمان ربات دوپا در یک گام حرکت طراحی شود. برای اینکار از الگوریتم های حل حداقل زمان موجود برای ربات های پایه ثابت استفاده می شود. ازآنجایی که ربات در فاز تک تکیه گاهی یک ربات سری است و در فاز دو تکیه گاهی مشابه یک ربات موازی عمل می کند، برای یافتن مسیر حداقل زمان در یک گام حرکت از الگوریتم های حل حداقل زمان موجود برای ربات های سری و موازی به ترتیب برای فاز تک تکیه گاهی و دوتکیه گاهی استفاده می شود. سپس الگوریتم مناسبی برای یافتن منحنی حل در صفحه فاز ارائه می شود به طوری که پیوستگی سرعت در شروع و خاتمه گام برداشتن برآورده شود. در انتها تاثیر برخی از پارامترهای فیزیکی و حرکتی ربات نظیر ضریب اصطکاک، طول گام و ... بر حل حداقل زمان بدست آمده و سرعت راه رفتن ربات بررسی شده است.

سیستم های موقعیت دهی با دقت میکرو و نانو، یکی از اجزای لاینفک سیستم های پیشرفته و مدرن امروزی می باشد. در این سیستم ها اصطکاک یکی از مشکلات اساسی می باشد، که دقت موقعیت دهی را کاهش داده و گاهی در لحظه ای که سرعت سیستم بسیار کم می باشد سبب توقف حرکت می شود. زمینه های مربوط به کاربرد مفاصل انعطاف پذیر و مواد هوشمند در موقعیت دهی میکرونی در سیستم های مکانیکی مختلف گزارش شده است. مفاصل انعطاف پذیر به دلیل دارا بودن مزیت هایی از قبیل یک پارچه بودن و عدم وجود اصطکاک مورد استقبال قرار گرفته اند و آلیاژهای حافظه دار به عنوان گروهی از مواد هوشمند، پتانسیل بالایی در کاربرد به عنوان عملگرهای جدید دارا می باشند. این آلیاژها دسته ای از مواد فلزی هستند که در صورت تغییر شکل در دمای پایین، با گرم شدن به شکل قبلی خود بازمی گردند. یکی از انواع آن که مورد استفاده قرار می گیرد نیتینول است که در این پژوهش از آن استفاده می شود. در این کار پژوهشی طراحی یک میز موقعیت دهی میکرونی دو درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته، سپس نمونه ساده سازی شده آن مدل می شود و پس از آن به کنترل آن پرداخته می شود. مدل سازی رفتار عملگر با استفاده از مطالعه معادلات حاکم بر رفتار آن انجام می شود. در مطالعه رفتار آن، حالات مختلف قرارگیری عملگر مورد بررسی قرار گرفته و رفتار آن برای عملگر تحت خمش در حالت کنترل شده که نمونه ساده شده ای از سیستم موقعیت دهی مدنظر است، بررسی می-شود. سپس مسأله کنترل این سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. کنترلرهای مختلف pid و pwm روی سیستم موردنظر اجرا گردید. نظر به مزایا و معایب دو نوع کنترلر در نهایت این دو نوع کنترلر با یکدیگر ترکیب گردید. و ساختار یک کنترلر مقاوم به دست آمد. محدوده ضرایب کنترلر pid و pwm به صورت تجربی بدست آمد.

تمامی اجزای هواپیماها، موشک ها و به طور کلی تمامی وسایل پرنده با سرعت بالا که در جریان هوا حرکت می کنند، ممکن است دچار مشکلات ساختاری شدیدی مانند فلاتر شوند. تغییر شکل های بزرگ ایجاد شده به دلیل وجود غیرخطی های سازه ای در ترکیب با نیروهای آیرودینامیکی منجر به پدیده های آیروالاستیک پیچیده ای می گردند. استفاده از مواد هوشمندی از قبیل آلیاژهای حافظه دار و پیزوالکتریک ها در کنترل فعال و یا غیر فعال خصوصیات آیروالاستیک سیستم بسیار مفید می باشد. هدف از این پژوهش، بررسی و کنترل رفتار آیروالاستیک مدل بال مستطیلی به کمک سیم های آلیاژهای حافظه دار و تحریک کننده های پیزوالکتریک تحت جریان مافوق صوت می باشد. مدل بال مورد بررسی یک ورق یک سر گیردار می باشد. در این بررسی، برای بدست آوردن معادلات ورق از تئوری کلاسیک و تغییرشکل برشی مرتبه اول، و برای بررسی تاثیر غیرخطی های سازه ای از روابط کرنش-جابجایی ون-کارمن استفاده شده است. به دلیل نسبت زیاد طول به دیگر ابعاد سیم های آلیاژ حافظه دار، این سیم ها به صورت تیر مدل گردیده اند. معادلات حرکت تیر از تئوری اویلر-برنولی و تیموشنکو استخراج شده اند. مدل سازی جریان آیرودینامیکی بر طبق تئوری شبه پایای مرتبه اول پیستون صورت پذیرفته است. در ادامه، از آلیاژهای حافظه دار به عنوان کنترلرهای غیرفعال و از عملگرهای پیزوالکتریک به عنوان کنترلرهای فعال به صورت همزمان استفاده شده است. کنترل فعال سیستم آیروالاستیک بر اساس روش کنترلی معادله ی ریکاتی وابسته به متغیر حالت می باشد. همچنین، تاثیرات تعداد، دما، پیش کرنش و چیدمان سیم های آلیاژ حافظه دار، نسبت منظری بال و روش کنترلی ذکرشده بر روی سرعت فلاتر و دامنه ی نوسانات سیکل حدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن بود که سیم های آلیاژ حافظه دار تاثیر بسیار خوبی در افزایش محدوده ی پایداری و کاهش دامنه ی سیکل حدی داشته است.

در این تحقیق، تحلیل ناپایداری دینامیکی، کمانش و پس کمانش نانولوله های کربنی تک جداره و دو جداره حامل جریان سیال براساس تئوری الاستیسیته ی غیر موضعی مورد بررسی قرار گرفته است. نخست رفتار دینامیکی نانولوله ها مطالعه شد، که در آن نانو لوله ها به صورت تیر اویلر-برنولی، تیر تیموشنکو و تیر ردی با در نظر گرفتن روابط کرنش-جابجایی خطی و روابط تنش-کرنش غیر موضعی ارینجن، مدل شده اند. سیال داخل نانو لوله ها، به صورت پیوسته، با سرعت ثابت و بدون لزجت فرض شده است. نیروی واندروالسی بین جدارهای نانولوله ها به صورت فنر گسترده مدلسازی شده است. معادلات حاکم بر حرکت وشرایط مرزی با به کار بستن اصل همیلتون و در نظر گرفتن انرژی پتانسیل سازه ای، جنبشی، کار نیروهای وارده از سیال به سیستم و نیروی واندروالسی بین دو لایه بدست آمده است. این معادلات با روش عددی گالرکین برای حالت هایی با تکیه گاه های پین-پین، پین-گیردار و گیردار-آزاد حل گردید تا فرکانس های سیستم بر حسب تغییرات سرعت سیال بدست آید، و سپس ناپایداری های از نوع واگرایی و از نوع فلاتر مشخص شود. در نانولوله ها با دو سر ثابت، ناپایداری از نوع کمانش (واگرایی) نیز رخ خواهد داد؛ لذا تحلیل کمانش و پس کمانش در این موارد مفید می باشد. بدین منظور ، معادلات غیر خطی حاکم بر سیستم و شرایط مرزی با در نظر گرفتن روابط کرنش-جابجایی غیرخطی ون-کارمن، کار نیرو های استاتیکی وارد بر سیستم و استفاده از تئوری های تیر غیرموضعی اویلر-برنولی و تیموشنکو بدست آورده شده است. معادلات بدست آمده به صورت تحلیلی برای حالت هایی با تکیه گاه های پین-پین و پین-گیردار حل گردید تا سرعت های کمانشی و جابجایی پس کمانشی با افزایش سرعت، بعد از سرعت کمانش بدست آید. در تحلیل نتایج، اثرات پارامتر غیرموضعی، تغییر شکل برشی و شرایط مرزی بر روی مقدار فرکانس سیستم، ناپایداری های کمانشی، فلاتر، سرعت کمانش و جابجایی پس کمانش مورد بررسی قرار گرفت.

همزمان با افزایش کاربرد ربات ها در صنعت، مسئله قابلیت اطمینان ربات ها نیز روز به روز اهمیت بیشتری پیدا می کند. آنچه این قابلیت اطمینان را کاهش می دهد وقوع خطا های مختلف در ربات ها می باشد. بنابراین طراحی سیستم های تشخیص خطا، در افزایش کارایی سیستم های رباتیک تاثیر بسزایی دارد. در این پایان نامه به تشخیص و جداسازی (مکان یابی) خطا در ربات ها پرداخته می شود. خطای مورد بررسی، خطا در عملگرهای ربات می باشد. به منظور تشخیص و جداسازی خطاها از شبکه های عصبی استفاده می شود. طرح مورد استفاده، تولید و ارزیابی مانده مبتنی بر شبکه های عصبی می باشد. به منظور تخمین دینامیک ربات از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه استفاده می شود. از مقایسه بین خروجی شبکه و مقادیر واقعی اندازه گیری شده توسط سنسورها، مانده تولید می شود. مانده ها در صورت عدم وقوع خطا رفتاری نزدیک به صفر و در صورت وقوع خطا از صفر انحراف پیدا می کنند. به منظور تشخیص خطا از آستانه سازی ساده استفاده می شود. همچنین به منظور جداسازی خطا از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه دیگری استفاده می شود.

صفحات و غشاءهای جاسازی شده با مواد آلیاژ حافظه دار امروزه کاربرد بسیار زیادی در طراحی و ساخت سازه-های هوشمند دارند. با چیدمان های مختلف این مواد هوشمند به صورت موازی و مشبک در ساختار صفحات و یا غشاء ها می توان خصوصیات رفتاری مورد نظر را ایجاد نمود. در این کار پژوهشی مطالعه و تحلیل یک غشاء جاسازی شده با مواد هوشمند که قابلیت تولید شکل حروف را به صورت اشکال مختلف، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با جاسازی و تغییر دما در این غشاءها به دلیل مدول الاستیسیته ی متغیر آلیاژ حافظه دار به سفتی های متفاوتی دست پیدا خواهیم کرد. در این پژوهش تحلیل استاتیکی نوار آلیاژ حافظه دار و غشاء قبل و بعد از فعال شدن گرمایی آلیاژ حافظه دار مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین با تحلیل دینامیکی این سیستم، فرکانس طبیعی و شکل مد در حالات مختلف اعمال بار به نقاط مختلف بدست خواهد آمد. با ایجاد دماهای متفاوت قادر به تولید پروفیل های متنوع با استفاده از تغییر شکل های آلیاژ حافظه دار موجود در یک غشاء تحت بارهای ثابت عمودی می شویم که تعداد و مکان استقرار این بارها بسته به نوع الگوی مورد نظر تعیین می شود. با استفاده از این پروفیل ها می توان به افراد نابینا در تشخیص حروف کمک کرد.

در این پایان نامه، تحلیل استاتیکی، کمانش، پس کمانش و نمودار نیرو- جابجایی تیرهای با حالات پایدار دو تایی با یک یا چند گیر میانی با تکیه گاه های مختلف بر اساس مدل تیر های اویلر- برنولی با خیزهای بزرگ مطابق با تئوری ون- کارمن مورد بررسی قرار گرفته است. گیر میانی بصورت یک تیر در نظر گرفته شده است. معادلات استاتیکی بر پایه ی روابط کرنش- جابجایی غیرخطی ون-کارمن استخراج گردید و با روش تحلیلی و عددی گالرکین برای شرایط مرزی متفاوت حل شد. نمودارهای نیرو- جابجایی و سفتی منفی این ساختارها بر اساس تحریک نیرویی متمرکز و گشتاوری تحریک پیزوالکتریکی بدست آمده اند. در کار حاضر برای محاسبه نمودار نیرو-جابجایی ابتدا یک تیر با یک یا چند گیر میانی در نظر گرفته شده است. سپس برای ایجاد تغییر شکل در تیر به آن یک نیروی محوری بزرگتر از نیروی بحرانی کمانش اعمال شده است تا در تیر تغییر شکل ایجاد شود. پس از آن با ایجاد شدن شکل منحنی درتیر به مرکز آن یک نیروی عمودی وارد شده تا آن را از حالت پایدار اول خارج کرده و وارد حالت پایدار دوم کند که نتیجه آن به صورت نمودار نیرو-جابجایی نمود پیدا کرده است و تاثیر تغییر پارامتر مختلف بر روی آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی های انجام شده در کار حاضر نشان می دهند که استفاده از تحریک کننده تکه ای پیزوالکتریک می تواند جایگزین مناسبی برای تحریک متمرکز خارجی باشد. به دلیل اینکه تحریک تیرهای mems با یک نیروی متمرکز خارجی، به دلیل ابعاد کمی که این سیستم ها دارند و آستانه تحمل پایین کار مشکلی می باشد. همچنین بدلیل اینکه با نصب شدن تحریک کننده پیزوالکتریک بر روی تیر، این تحریک کننده ها جای کمتری می گیرند در نتیجه برای استفاده در mems بسیار مناسب می باشند. همچنین در نتایج کار حاضر میزان تاثیر تغییر پارامترهای مختلف بر روی نمودارهای نیرو-جابجایی بدست آمده است. علاوه بر این ها تمامی نتایج بدست آمده در کار حاضر به صورت بی بعد می باشند که قابل استفاده برای شرایط ابعادی مختلف می باشد.

در بسیاری از کاربرد ها به مفصل های یونیورسال با نسبت سرعت زاویه ای واحد نیاز است. تا علیرغم تغییر زاویه مابین محور های ورودی و خروجی، سرعت زاویه ای مقداری ثابت باقی بماند. در این تحقیق، سینماتیک دو نمونه از مفصل های یونیورسال سرعت ثابت مورد بررسی قرار می گیرد. این دو مفصل، مفصل تامسون و مفصل پرشین می باشند، که به تازگی ارائه شده اند و تا به حال هیچ گونه تحلیل تئوری برای بررسی سینماتیک این مفصلها ارائه نشده است. در ابتدا با استفاده از تئوری پیچه درجه آزادی مکانیزم مفصل تامسون مورد بررسی قرار می گیرد. مکانیزم مفصل تامسون دارای زنجیره سینماتیکی مرکب می باشد و از طرفی فرمولاسیونی که برای محاسبه درجه آزادی مکانیزم ها با استفاده از روش پیچه ارائه شده، این دسته از مکانیزم ها را در بر نمی گیرد. در نتیجه فرمولاسیون مربوط به محاسبه درجه آزادی این دسته از مکانیزم ها گسترش می یابد. سپس معادلات مربوط به سینماتیک موقعیت مفصل تامسون فرموله و به حل سینماتیک مستقیم آن پرداخته می شود و نشان داده می شود که سرعت زاویه ای در این مفصل یونیورسال به صورت دقیق ثابت باقی می ماند. ویژ گی های این مفصل بیان می گردد و پارامتر موثر برای افزایش زاویه انحراف مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه با استفاده از تئوری پیچه درجه آزادی مفصل پرشین محاسبه و نواقص آن بیان می گردد. سپس برای اصلاح این مفصل یونیورسال یک مکانیزم شش میله ای فضایی 6r مقید افزونه پیشنهاد می شود. در ادامه یک سنتز نوع برروی مکانیزم پیشنهاد شده ارائه می شود. سپس سینماتیک موقعیت مفصل پرشین اصلاح شده بررسی می شود و حل سینماتیک مستقیم ارائه می گردد. در نهایت ویژگی های مربوط به این مفصل یونیورسال مورد بررسی قرار می گیرد.

در این پژوهش سعی می شود با تعریف فاکتور مناسب، تاثیر فاز دو تکیه گاهی در رفتار حرکتی ربات دو پا بررسی شود. اثر محدودیت گشتاور مفاصل و پارامترهای حرکتی ربات در درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر حداقل زمان ربات را برآورده می کند، مورد بررسی قرار می گیرد.سپس مسیر بهینه حداقل زمان ربات توسط الگوریتم بهینه سازی پرندگان طراحی می شود. بدین منظور ابتدا مسیر حرکت ربات با استفاده از قیود سینماتیکی به صورت پارامتری طراحی می شود. با تعریف معیار پایداری ممان صفر، توسط روش بهینه سازی اجتماع پرندگان پایدارترین مسیر حرکت ربات تعیین می شود. نتایج با کارهای پیشین مورد مقایسه می گیرد و صحت الگوریتم استفاده شده جهت تعیین مسیر با حداکثر پایداری تایید می شود. سپس اثر فاز دو تکیه گاهی بر توان مصرفی پایدارترین مسیر ربات به صورت پارامتری مورد بررسی قرار داده می شود و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی مناسب درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی، برای مسیر با حداکثر پایداری و حداقل توان مصرفی تعیین می شود. در این تحقیق از الگوریتم پرندگان جهت تعیین مسیر حداقل زمان استفاده شده است. جهت بررسی صحت الگوریتم ارائه شده، مسیر حداقل زمان ربات با حداکثر پایداری برای مقدار معین درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی تعیین می شود و نتایج با کارهای پیشین مقایسه می شود. پس از صحت الگوریتم ارائه شده، مسیر حداقل زمان برای مقدار معین درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی و محدودیت گشتاور مفاصل بدست می آید. سپس اثر فاز دو تکیه گاهی در تعیین مسیر پایدار حداقل زمان ربات مورد بررسی قرار می گیرد و مقدار درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر پایدار با کمترین زمان حرکت برای ربات را برآورده می کند، تعیین می شود. اثر محدودیت گشتاور اعمال شده بر مفاصل ربات و پارامترهای حرکتی ربات در تعیین مقدار درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر با کمترین زمان حرکت برای ربات را برآورده می کند، مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها توسط روش بهینه سازی اجتماع پرندگان پارامترهای حرکتی و درصد مشارکت فازهای حرکتی به نحوی تعیین می شوند که مسیر حداقل زمان با محدودیت گشتاور مفاصل مطلوب ربات را برآورده کنند.

در این پروژه سعی بر آن بوده تا با بررسی و تحلیل مکانیزم چهارمیله ای و چهار نوع از مکانیزم های شش میله ای، یک زانوی مصنوعی مناسب طراحی شود. بدین ترتیب، ابتدا طراحی سینماتیکی مکانیزم های زانوی فعال، با هدف رسیدن به حداکثر شباهت مسیر مچ پای نرمال انجام گرفته، سپس به طراحی دینامیکی مکانیزم های فوق با مفاصل صلب و با هدف تمرکز بر حصول حداقل گشتاور موتور پرداخته می شود. در ادامه و جهت تقلیل انرژی مصرفی مفاصل انعطاف پذیر جایگزین مفاصل صلب در مکانیزم ها شده و مجدداً عملکرد دینامیکی زانو ها مورد بررسی قرار می گیرد. سرانجام با مقایسه عملکرد سینماتیکی و دینامیکی پنج مکانیزم مذکور، مکانیزمی که بهترین عملکرد سینماتیکی و دینامیکی را به طور همزمان ارائه می دهد، به عنوان مکانیزم مطلوب انتخاب می شود. همچنین طراحی مکانیزم زانو ی پسیو (غیر فعال) که در آن مکانیزم زانو فاقد گشتاور موتور است، و تولید حرکت تنها از طریق نیرو و گشتاور مفصل ران در فرد معلول صورت می گیرد، نیز مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد. در اینجا نیز مکانیزمی که دارای عملکرد سینماتیکی مناسب، توام با حداقل گشتاور مفصل ران باشد، به عنوان مکانیزم زانوی بهینه تعیین می شود.

در پایان نامه ی حاضر به مدل سازی دینامیکی و کنترل تطبیقی یک ربات موازی همکار پرداخته می شود. ربات موازی مورد نظر از دو شاخه ی اصلی و یک جسم میانی تشکیل شده است، که هر شاخه شامل یک ربات بازوی ماهر سه-عضوی است. این دو شاخه به صورت مشارکتی به مهار و تغییر موقعیت جسم میانی می پردازند. در این پروژه، برای مدل سازی دینامیکی از روش معادلات لاگرانژ استفاده می شود، که روشی کارآمد در استخراج معادلات حرکت سیستم های مقید است. در استخراج روابط دینامیکی حاکم بر سیستم، از اصطکاک ها ی موجود در اتصالات و همچنین از انعطاف پذیری عضوها صرف نظر می شود. هدف اصلی از طراحی کنترلر، این است که با وجود عدم قطعیت در برخی از پارامترهای ربات نظیر جرم و ممان اینرسی جسم میانی، بتوان موقعیت ربات را کنترل نمود. برای رسیدن به این هدف، از کنترل تطبیقی مدل مرجع استفاده می شود. در این پایان نامه، یک روش کلی برای طراحی سیستم کنترل تطبیقی که قابلیت پیاده سازی بر انواع ربات های موازی را داشته باشد، ارایه می شود. روش مورد نظر، به صورت تلفیقی از روش کنترل خطی سازی پسخوراند و روش پایداری لیاپانوف می باشد و در دسته ی کنترلرهای تطبیقی مدل مرجع قرار می گیرد. قانون کنترل به روش خطی سازی پسخوراند و قانون تطبیق (تنظیم پارامترها) با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف طراحی می گردد. به منظور صحه گذاری و بررسی عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده، مدل نرم افزاری سیستم حلقه بسته با استفاده از ابزار سیمولینک در نرم افزار متلب شبیه سازی می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از آن است که با اعمال کنترلر طراحی شده می توان ربات را در یک موقعیت مطلوب قرار داده و در آن پایدار نمود. همچنین مشاهده می شود که سیستم کنترلی طراحی شده مقاومت قابل قبولی در برابر عوامل مدل نشده در سیستم، نظیر نویز و اغتشاش دارد.

در این پایان نامه به مدلسازی دینامیکی و کنترل یک ربات موازی شش کابلی شش درجه آزادی پرداخته شده است. ربات-های موازی کابلی، نوع خاصی از ربات های موازی می باشند که به جای بازو های صلب از کابل و به جای استفاده از عملگر های هیدرولیکی و پنوماتیکی از کابل جمع کن هایی استفاده می شود که توسط موتور های الکتریکی تحریک می شوند. اولین گام در طراحی کنترل کننده، داشتن یک مدل مناسب و کامل از ربات می باشد. لذا در این پایان نامه ابتدا به مدلسازی سیستم مورد بررسی با استفاده از روش لاگرانژ پرداخته شده است. در استخراج معادلات حرکت، از انعطاف کابل و دینامیک عملگر ها صرف نظر شده است. در قیاس با حجم زیاد کار های انجام شده در حیطه ی کنترل ربات های سری و موازی، حجم کمتری به بحث و بررسی کنترل ربات های کابلی پرداخته شده است. هدف اصلی این پایان نامه، بهره گرفتن از یک روش کنترل مقاوم و تطبیقی به منظور کنترل موقعیت ربات موازی شش کابلی شش درجه آزادی در حضور اغتشاش و عدم قطعیت در برخی پارامتر های سیستم، همزمان با حفظ کشش مثبت کابل ها می باشد. همچنین عملکرد این کنترلر ها با روش های کنترل معمولی غیر مقاوم مقایسه شده است. تحلیل پایداری مقاوم الگوریتم کنترلی پیشنهادی با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف انجام شده است. کنترل ربات های کابلی به علت ویژگی منحصر به فرد کابل ها، که فقط باید در کشش باشند، چالش برانگیزتر از کنترل دیگر ربات های موازی می باشد و قوانین کنترل، مستقیماً قابل استفاده برای این ربات ها نمی باشد. این محدودیت ذاتی نه تنها باعث عملکرد بدتر می شود بلکه ممکن است باعث ناپایداری سیستم گردد. بنابراین باید الگوریتمی اعمال گردد که ورودی های سیستم از جانب کنترلر را به کشش مثبت کابل مقید سازد. الگوریتم اعمال شده در این پروژه، به گونه ای است که مقادیر کشش کابل ها، تحت مسیر مطلوب و شرایط اولیه ی مختلف، مثبت بدست آید. برای اطمینان از صحت مدل دینامیکی و کارایی کنترلر های طراحی شده شبیه سازی هایی انجام شده است و نتایج مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.

در سیستم های مکانیکی ارتعاشات ناخواسته می توانند توسط روش های مختلفی مانند به کارگیری جاذب های ارتعاشی کاهش یابند. جاذب ارتعاشی مرسوم یک المان یک درجه آزادی است که متشکل از جرم، فنر و میراگر بوده و بر روی یک سیستم مکانیکی ارتعاشی نصب می شود. هدف جاذب کاهش ارتعاشات سازه و جلوگیری از شکست آن در برابر عوامل خارجی و یا داخلی سیستم است. در ابتدا جاذب های خطی معرفی شده و به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار گرفتند. بعدها به دلیل محدودیت هایی که این جاذب ها داشتند مانند محدود بودن پهنای باند موثر، جاذب های غیرخطی معرفی شده که به عنوان چاه انرژی غیرخطی عمل می کنند. در این پژوهش ابتدا یک تیر میرای خطی اویلر-برنولی تحت تحریک هارمونیک سینوسی متصل به یک چاه انرژی غیرخطی با سفتی غیرخطی از مرتبه سوم در نظر گرفته شده است. دینامیک حالت پایا با روش میانگین گیری مختلط تحلیل و با روش پیمایش طول کمان حل شده است. برای این سیستم اثر پارامترهای مختلف چاه انرژی غیرخطی و هم چنین جاذب خطی جرم-میراگر مرسوم در کاهش ارتعاشات سازه تیر بررسی شده و در نهایت بهترین پارامترهای ممکن به منظور کاهش دامنه ارتعاشات تیر به دست آمده است. تحلیل های پایداری نیز انجام شده است. هم چنین بهینه سازی پارامترهای جاذب برای شرایط مرزی متفاوت تیر انجام شده و سپس مقاوم بودن جاذب های خطی و غیرخطی در برابر نیروی تحریک خارجی با دامنه های متفاوت با یکدیگر مقایسه شده است و نتایج از ضعف مقاوم بودن چاه انرژی غیرخطی در برابر تغییرات تحریک خارجی خبر داد. در انتها تیر میرای غیرخطی با تکیه گاه مفصلی تحت تحریک هارمونیک و متصل به چاه انرژی غیرخطی با استفاده از دو تئوری متفاوت اویلر-برنولی و تیموشنکو مورد بررسی قرار گرفته است و فرآیند طراحی بهینه جاذب برای هر دو تئوری انجام شده است. نتایج از جواب های قابل قبولی در کاهش ارتعاشات تیر خبر داد؛ اما فرآیند بهینه سازی برای تیر تیموشنکو همگرایی بهتری نشان داد. دینامیک حالت پایا با در نظرگرفتن سایر هارمونیک های اصلی محاسبه شده و نتایج از حضور نواحی جدید و انواع پدیده های غیرخطی مانند انشقاق ها در دینامیک سیستم خبر داد. مقاوم بودن چاه انرژی غیرخطی متصل به تیر غیرخطی نیز بررسی شده است. در تمامی موارد با استفاده از شبیه سازی های عددی دقت روش تقریبی میانگین گیری مختلط بررسی شده و نتایج از توافق کامل دو روش خبر داد.

در این پژوهش برداشت انرژی به وسیله مواد پیزوالکتریک در حالت غیرخطی موردبررسی قرارگرفته است. سیستم برداشت کننده انرژی به صورت یک تیر یکسر گیردار با در نظر گرفتن کرنش فون کارمن و مطابق تئوری اویلر برنولی و تیموشنکو مدل سازیشده است. معادلات با استفاده از روش مد مفروض و معادله لاگرانژ استخراج شدند. ضرورت استفاده از یک حل تحلیلی برای به دست آوردن پاسخ سیستم بیان شد. روش نیمه تحلیلیمیانگین گیری مختلط برای به دست آوردن پاسخ سیستم پیشنهاد شد. اعمال این روش بازگو شده و پاسخ های به دست آمدهازاین روش با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفتند و نشان داده شد که پاسخ حاصل ازاین روش برای حل پایا از دقت مناسبی برخوردار می باشد. نشان داده شد که برای تعداد مدهای بالاتر به دست آوردن پاسخ فرکانسی با مشکلاتی مواجه است و روش پیمایش طول قوس به عنوان آسانترین راه ممکن برای به دست آوردن پاسخ فرکانسیمورداستفاده قرار گرفت.پاسخ ها برای سیستم خطی برای دو تئوری مختلف موردبررسی قرار گرفت، نتایج غیرخطی با خطی مقایسه شد. اثر تغییر پارامترها بر پاسخ غیرخطی موردبررسی قرار گرفت و نشان داده شد که سیستم در حالت چند مد عملکرد بهتری نسبت به حالت تک مد دارد. همچنین نشان داده شد که در حالت غیرخطی با وجود نازک بودن تیر تفاوت محسوس و آشکاری بین پاسخ طبق تئوری اویلر برنولی و تیموشنکو وجود دارد. جذب انرژی از رفتار پس کمانشی تیر موردبررسی قرار گرفت و نتیجه گیری شد که سیستم تحت شرایط مشخصی دچار آشوب شده و این امر موجب افزایش کارایی سیستم خواهد شد.

در این پایان نامه به تحلیل کمانشی ستون یک سکوی نیمه شناور، تحت تأثیر نیروی وزنی و عرضی به روش المان محدود پرداخته شده است. به دلیل پیچیدگی هندسی ستون سکوی مورد نظر، با ساده سازی آن به شکل پوسته استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی، به تحلیل کمانشی آن پرداخته شده است. معادلات حاکم برکمانش این پوسته های استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی، از جنس معادلات پایداری خطی سازی شده دانل می باشد. برای نسبتهای مختلف ابعادی از این پوسته ها اعم از نسبت طول به شعاع و ضخامت به شعاع پوسته، تأثیر نسبت نیروی محوری به فشار جانبی بر روی مقدار نیروی کمانش مورد بررسی قرار گرفت و مقایسه ای از نتایج حاصل از حل تحلیلی و حل به روش المان محدود ارائه شده است. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی و حل المان محدود نشان دهنده کارایی معادلات پایداری دانل در محدودهای از نسبتهای ابعادی میباشد. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت نیروی محوری به فشار جانبی مقدار نیروی کمانش ناشی از فشار جانبی و نیروی محوری به ترتیب کاهش و افزایش می یابد که گویای اهمیت فشار جانبی در مقابل نیروی محوری می باشد. از طرفی استفاده از تقویت کننده های طولی و عرضی در پوسته استوانهای باعث ایجاد خواص اورتوتروپیک می شود. لذا معادلات پایداری فلوگه نیز برای یک پوسته استوانه ای جدار نازک اورتوتروپیک بدست آمد و با استفاده از آن به بررسی محدوده کمانش یک پوسته استوانه ای جدار نازک اورتوتروپیک تحت اثر ترکیب فشار جانبی و نیروی محوری پرداخته شد. نتایج حاصل از این بررسی در قالب نموداری ارائه شد که محدوده پایداری و ناپایداری را به ازای نیروهای وارده نشان می دهد. هندسه ستون سکوی مورد نظر دارای پیچیدگی هایی است و به همین دلیل نمی توان از معادلات پایداری بدست آمده، برای تحلیل کمانشی ستون استفاده کرد. بنابراین برای تحلیل کمانشی ستون سکوی مورد نظر، تنها از حل المان محدود به وسیله نرم افزار ansys استفاده و نتایج حاصل از آن ارائه شد. پس از انجام ساده سازی هایی در هندسه ستون، نیروهای محیطی اعم از نیروی باد، نیروی حاصل از فشار آب دریا بر روی ستون و نیز نیروی وزن عرشه سکو محاسبه شده اند. در مدلسازی ستون سکو به وسیله نرم افزار ansys ، از این نیروها به عنوان نیروهای اعمالی به ستون استفاده شد. مقادیر ویژه کمانش به عنوان نتیجه حل کمانشی ستون به روش المان محدود ارائه شده است. مود کمانشی اول به عنوان مهم ترین مود کمانشی مد نظر می باشد؛ بنابراین توزیع جابجایی، تنش و چرخش در مود اول کمانش ستون، نیز ارائه شد. پس از بررسی استانداردهای دریایی موجود در مبحث کمانش، استاندارد دریایی dnv برای بررسی کمانشی سازه، مورد ارزیابی قرار گرفت. با استفاده از قوانین این استاندارد، پایداری یک پوسته استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی بررسی شد. برای این کار از مشخصات پوسته هایی استفاده شد که رفتار کمانشی آنها با استفاده از معادلات پایداری دانلی بررسی شده بود. با در نظر گرفتن این پوسته ها تحت اثر نسبت های مختلف نیروی محوری به نیروی جانبی، ضخامتی که پوسته استوانه ای در آن پایدار محسوب میشود، مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج حاصل از بررسی تأثیر نسبتهای مختلف نیروی محوری به نیروی جانبی بر روی مقدار افزایش ضخامت پوسته برای رسیدن به حالت پایدار ارائه شد.

کامپوزیت ها در دو دهه اخیر کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف همچون کشتی سازی و هوافضا پیدا کرده اند. این مواد از ترکیب دو یا چند ماده در مقیاس ماکروسکوپی جهت به دست آوردن خواص مورد نظر به دست می آیند. این مواد به علت سبکی، مقاومت در برابر عوامل شیمیایی، مقاومت بالا به خستگی مورد استقبال زیادی قرار گرفته اند. از طرفی پیچش مقید وارد به تیر بدنه کشتی و تیرهای جدار نازک می تواند سبب ایجاد جابه جایی طولی، جابه جایی زاویه ای و گسترش تنش طولی در سازه شود. بنابراین تحلیل پیچش مقید برای تعیین استحکام سازه ای ضروری می باشد. بنابراین در این پروژه به مطالعه و تحقیق در مورد رفتار پیچشی تیر بدنه کشتی ساخته شده از مواد کامپوزیتی و ایزوتروپ پرداخته شد. همچنین از آنجایی که سازه کشتی شامل تیرهای جدار نازک می باشد، رفتار پیچشی چهار تیر جدار نازک رایج در بدنه کشتی مورد مطالعه قرار گرفت. روش های تحلیلی مختلفی در این تحقیق به کار گرفته شد. روش اول استفاده از ثوابت مهندسی موثر برای تیرهای کامپوزیتی است. فایده این روش امکان استفاده مستقیم از روابط و معادلات حاکم بر پیچش تیرهای جدار نازک ایزوتروپ خواهد بود. روش تحلیلی دوم، روش انرژی می باشد. نتایج حاصل از این روش برای دو فرض جداگانه صفر بودن تنش محیطی و یا صفر بودن کرنش محیطی استخراج شد. همچنین از روش عددی المان محدود، برای حل معادلات حاکم بر پیچش تیرهای کامپوزیتی استفاده گردیده است. برای حل به روش المان محدود ابتدا مدل المان ماکرو برای تیر بدنه کشتی ارائه خواهد شد. در نهایت تیرهای مورد تحقیق، در نرم افزار انسیس شبیه سازی شدند. شبیه سازی در نرم افزار انسیس به دو صورت انجام گرفت. در مدل سازی اول، از قیدهای پیچشی در مقاطع مختلف تیر استفاده شد. این قیود در واقع باعث می شوند که زوایای پیچش نقاط واقع بر یک مقطع از تیر با هم برابر باشند. مدل دوم بدون اعمال این قیود می باشد. در پایان نتایج حاصل از روش های تحلیلی، روش المان محدود و نتایج استخراج شده از نرم افزار انسیس با یکدیگر مقایسه شدند.

با کاهش قیمت محصولات سخت افزاری و نرم افزاری در سال های اخیر، سیستم های رباتیکی همکار یا چند بازویی کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده اند. استفاده از چند بازو به جای یک بازو، امکان انجام کارهای بسیار پیچیده تری را برای ربات فراهم می سازد، همانطور که وجود دو دست امکان انجام کارهای زیادی را به آدمی می دهد. این گونه سیستم های رباتیکی دارای کاربردهای فراوان در صنایع نظامی و پزشکی هستند. ولی به دلیل پیچیدگی زیاد این گونه سیستم ها، مدلسازی و کنترل آنها بسیار مشکل است. تاکنون تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است. در این پایان نامه مسئله کنترل موقعیت جسم در حال انتقال، بررسی شده است. کنترل موقعیت جسم در حال انتقال را می توان در دو فضای متفاوت، یکی فضای مفاصل و دیگری فضای جسم، انجام داد. مشکل کنترل موقعیت در فضای جسم استخراج متغیرهای جسم بوسیله نگاشت سینماتیکی است. به همین دلیل در این پایان نامه مسئله کنترل ربات ابتدا به صورت مدلسازی سینماتیکی و دینامیکی ربات در فضای مفاصل استخراج شده است. در ادامه طرح های کنترلی گشتاور محاسبه شده فازی، گشتاور محاسبه شده فازی در ترکیب با الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات و مد لغزشی فازی ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می دهد که روش گشتاور محاسبه شده فازی در مدل معین ربات (بدون در نظر گرفتن نامعینی و اغتشاش خارجی) و مد لغزشی فازی در مدل معین و هم چنین نامعین (با وجود نامعینی و اغتشاش خارجی) دارای کارائی مناسبی است.