ربات های موازی دارای کاربردهای فراوانی در صنعت می باشند، از بسته بندی و مونتاژ قطعات با دقت بالا گرفته تا همکار جراح. این ربات ها مکانیزم های حلقه بسته ای هستند و شامل زنجیره های سری مستقل می باشند که توسط آن ها صفحه متحرک به صفحه ثابت متصل می شود. ربات های موازی در مقایسه با ربات های سری دارای قابلیت هایی ازجمله صلبیت بالا، دقت بالا، سختی بهتر، سرعت و شتاب بالاتر و نسبت بار به وزن بیشتر هستند. اشکال عمده ربات های موازی فضای کاری نسبتاً کوچک آن ها می باشد. ربات موازی صفحه ای 3-prr رباتی است شامل یک صفحه ی ثابت و یک صفحه ی متحرک و دارای سه لینک. سه درجه آزادی ربات شامل حرکت در راستایx و y و چرخش حول محور z می شود. در این پروژه ابتدا مسأله ی سینماتیک ربات موازی 3-prr بررسی می گردد. سینماتیک مستقیم ربات های موازی دارای پاسخ چندگانه است. روشی به منظور یافتن پاسخ های صحیح سینماتیک مستقیم از میان همه-ی پاسخ های سینماتیک مستقیم معرفی می شود. سپس فضای کاری و تکینگی برای ربات بررسی می شود. مناطق یگانه برای ربات معرفی خواهند شد و روشی جهت یافتن پاسخ دقیق و مطلوب سینماتیک مستقیم ارائه می گردد. در ادامه به بررسی دینامیک ربات می پردازیم. روش متعامد تکمیلی طبیعی(noc) برای محاسبه دینامیک بکار می رود. نتایج روش noc توسط مدل ایجاد شده ربات در جعبه ابزار simmechanics نرم افزار matlab و نیز جعبه ابزار cosmosmotion نرم افزار solidworks مقایسه می شود. سپس دو نوع کنترلر از دو دسته ی مختلف بر روی ربات پیاده سازی و نتایج آن مقایسه می شود. تحلیل ایزوتروپی و سختی نیز انجام می پذیرد. صحت نتایج بدست آمده برای سختی توسط نرم افزار ansys چک می شود. در انتها نیز بهینه سازی ربات برای فضای کاری از قبل مشخص توسط الگوریتم ژنتیک و کنترلر فازی ارائه خواهد شد.

هدف از ارائه این پایان نامه، معرفی یک روبات موازی کروی جدید و بررسی تعدادی از ویژگی های آن است. مقایسه این ویژگی ها با سایر روبات های موازی می تواند منجر به انتخاب روبات مورد نظر در کاربرد ویژه خود شود. همچنین از اهداف این پایان نامه می توان به ارائه روش ها و ایده های جدید و نو در تحلیل سینماتیک، تحلیل سفتی و دینامیک اشاره کرد که می توانند برای سایر روبات های موازی کروی و غیر کروی امکان استفاده داشته باشد. فضای کاری زیاد (حرکت مجری نهایی روی تمام سطح مثلث کروی ثابت)، دقت سینماتیکی بالا در مقایسه با سایر روبات های موازی و عدم وجود نقاط تکین در فضای کاری اش از ویژگی های ممتاز این روبات جدید به شمار می رود. برای تحلیل سینماتیک این روبات روشی جدید ارائه می شود که می توان آن را برای سایر روبات های کروی مشابه نیز به کار برد. در این روش با استفاده از فرمول ردریگز و یا نمایش محور-زاویه مساله سینماتیک مستقیم و معکوس روبات کروی جدید معرفی شده حل می شود. حل مساله سینماتیک مستقیم به یک معادله درجه 8 منجر می شود که با بیان مثالی نشان داده می شود که معادله به دست آمده، یک معادله بهینه است. همچنین با استفاده از روش ارائه شده، مساله سینماتیک مستقیم یک روبات موازی کروی دیگر حل می شود تا قدرت روش پیشنهادی آشکار شود. همچنین با استفاده از حل مساله سینماتیک معکوس روبات پیشنهادی، فضای کاری آن به دست آورده می شود و نشان داده می شود که این روبات از فضای کاری زیادی برخوردار است. تحلیل سرعت روبات پیشنهادی به صورت پارامتری انجام می شود و با استفاده از آن به تحلیل تکینگی روبات پیشنهادی پرداخته می شود و نشان داده می شود که برای طرح ایزوتروپ این روبات هیچ حالت تکینی در فضای کاری اش اتفاق نمی افتد. همچنین طراحی ایزوتروپی این روبات صورت می گیرد و شاخص های اندازه گیری دقت سینماتیکی روبات برای طرح ایزوتروپ مورد مطالعه قرار می گیرد و با مقایسه مقادیر به دست آمده برای این شاخص ها و مقایسه آن با سایر روبات ها، نشان داده می شود که این روبات از دقت سینماتیکی بالایی برخوردار است. همچنین تحلیل سفتی روبات پیشنهادی و به دست آوردن ماتریس های سفتی روبات با استفاده از مدل پیوسته و به دست آوردن سفتی روبات در فضای کاری اش با معرفی شاخص های اندازه گیری سفتی انجام می گیرد. برای اعتبار سنجی روش محاسبه سفتی روبات، نتایج این روش با نتایج روش اجزای محدود مقایسه می شود. در پایان نیز به تحلیل دینامیک معکوس روبات پیشنهادی با استفاده از روش کار مجازی پرداخته می شود. نتایج این روش نیز با نتایج نرم افزارهای تجاری شبیه سازی دینامیکی مقایسه می شود تا اعتبار سنجی لازم صورت گرفته باشد.

آلیاژهای تیتانیم با داشتن خواص منحصر بفرد جزء مواد پر کاربرد در صنایع مختلف و مهم همچون هوا فضا، پزشکی، شیمیایی و نظامی محسوب می شوند، و بدلیل قیمت بالا و مصرف روز افزون از اهمیت بالایی برخوردار هستند. از طرفی ماشینکاری این آلیاژها بواسطه قابلیت براده برداری ضعیف آنها، بسیار مشکل می باشد. امروزه امکان بکارگیری روش های ماشینکاری مخصوص، از جمله فرآیند جت آب ساینده (awjm)، برای ماشینکاری این گروه از مواد مورد توجه صنعتگران و محققان قرار گرفته است. این پایان نامه دو هدف کلی را دنبال می کند: 1) شناخت و بررسی کمّی تأثیر پارامترهای فرآیند جت آب ساینده بر دو خروجی میزان شیبدار شدن شیار برش و زبری سطح برش آلیاژ تیتانیم (ti-6al-4v) و 2) بسط و ارائه روشی مدون جهت تعیین سطوح بهینه پارامترهای تنظیمی، جهت نیل به کیفیت ماشینکاری مورد نظر. بدین منظور، با انجام یک سری آزمایش طرح ریزی شده با تکنیک طراحی آزمایشات و استفاده از روش مدلسازی رگرسیونی، در مرحله اول ارتباط معنی دار بین پارامترهای ورودی با دو متغیر خروجی برقرار گردید. در این راستا، ابتدا با استفاده از داده های تجربی و روش رگرسیون، مدل های ریاضی مختلف از خروجی ها بر حسب پارامترهای تنظیمی بدست آمده است. سپس با تجزیه و تحلیل آماری، معتبرترین مدل به عنوان مدل رگرسیونی برتر فرآیند انتخاب شده است. در بخش دوم این تحقیق، با بکار گیری الگوریتم تبرید تدریجی (sa) و حل معکوس معادلات بدست آمده در مرحله اول، سطوح بهینه پارامترهای تنظیمی به ازاء مقادیر مطلوب خروجی های فرآیند تعیین گردید. نتایج محاسباتی مبین کارایی بسیار خوب رویکرد پیشنهادی در هر دو مرحله تحقیق است.

abstract type-ii fuzzy logic has shown its superiority over traditional fuzzy logic when dealing with uncertainty. type-ii fuzzy logic controllers are however newer and more promising approaches that have been recently applied to various fields due to their significant contribution especially when the noise (as an important instance of uncertainty) emerges. during the design of type- i fuzzy logic systems, we presume that we are almost certain about the fuzzy membership functions which is not true in many cases. thus t2fls as a more realistic approach dealing with practical applications might have a lot to offer. type-ii fuzzy logic takes into account a higher level of uncertainty, in other words, the membership grade for a type-ii fuzzy variable is not any longer a crisp number but rather it is itself a type 1 linguistic term [25, 24, 17, 41, 27, 26]. parallel robots on the other hand, are rather new sort of industrial and scientific tools that are being used in diverse research and industrial academia. the most problematic issues that engineers and designers face when using such robots are the high computational complexity needed for calculation of the inverse dynamics which should be recalculated at each movement step along with the structural uncertainty present in the underlying robot. in this thesis i’ll try to consider the effects of uncertainty in dynamic control of a parallel robot. more specifically, it is intended to incorporate the type-ii fuzzy logic into a model based controller, the so-called computed torque control method, and apply the result to a 3 degrees of freedom parallel manipulator. one of the most well-known dynamic controllers that relies on the dynamic calculation of parameters of the underlying robot (in the feedback) is called the computed torque control method. the ctc converts the non-linear dynamics of a robot into a linear one provided that the dynamics of the system at hand is completely identified. having designed a system with a linear dynamic, it is easy for a control engineer to design a pid (or maybe pd) controller for it so that the final motion of the robot would be to follow a predetermined trajectory precisely. the problem with the aforementioned method is that even if we manage to determine the foregoing parameters accurately we are yet to recalculate each matrix for every time step. this imposes a high amount of computational burden. therefore to overcome this demanding task, we should find a closed form formula for each of the dynamic terms so that not to perform intense computations that eventually leads to calculation of theoe parameters again and again. one way as a remedy is to do approximation using classical fuzzy function approximators. however as there is a high amount of uncertainty available in our crisp data samples, we cannot trust on the outputs so much so it might entails an unstable situation. accordingly, a type-ii fuzzy approximator probably performs better although it might add up more complexity. keywords: robot dynamic control, parallel manipulator, 3psp robot, type-ii fuzzy logic, computed torque control metho

این پروژه به ارائه ی مدلی با هدف تولید مسیر برای حرکت ربات چهارپا می پردازد. در میان ربات های چهارپای مختلف، دو نوع ربات چهارپای حشره مانند و ربات چهارپای سگ مانند برای بررسی انتخاب شده اند. علت نام گذاری این دو ربات با نام های بیان شده به دلیل شباهت این ربات ها به موجودات هم نام در طبیعت است. در این پروژه دو حرکت غیرپیوسته ی پیش روی آهسته و دور زدن درجا مورد بررسی قرار می گیرند. به کمک طرح کننده ی مسیر که یک استراتژی است، ربات قادر خواهد بود در یک سطح هموار به هدف های معینی در صفحه ی دو بعدی دست پیدا کند. هر کدام از دو حرکت نام برده ( پیش روی آهسته و دور زدن درجا) به همراه جزئیات مربوط، در دل متن توضیح داده شده اند. برای تداوم پیش روی ربات، ربات در خلال حرکت باید دارای تعادل باشد. پیش از انجام هر گونه حرکتی از جانب ربات باید تعادل پیشاپیش بررسی شود. به همین منظور در این پروژه با فرض آهسته گی حرکت، تعادل استاتیکی پیش از هر حرکتِ ربات بررسی می شود. به همین منظور برای تضمین حرکت ربات، پیش تر چک می شود تا تصویر مرکز جرم ربات در داخل چندضلعی تکیه گاهی قرار داشته باشد. برای اینکه هر کدام از پاهای رباتتنها یک گام بردار، باید با نظمی مشخص، مسیر معینی را برای گام برداشتن طی نماید. لذا در این پروژه مسیر حرکت نوک پای ربات در طی حرکت با رابطه های ریاضی معین شده است. سپس با استفاده از سینماتیک معکوس ربات، مسیر نوک پا که در دستگاه کارتزین بیان شده است، به صورت تابعی از زاویه ی مفاصل ربات در آمده است. برای محاسبه ی سینماتیک مستقیم ربات ابتدا جدول dh برای هر کدام از ربات ها مشخص شده است. سینماتیک معکوس با توجه به شرایط فیزیکی ساختار ربات، از سینماتیک مستقیم آن ها استخراج شده است. به علاوه به منظور پیش بینی سایز موتورهای محرک ربات معادلات دینامیکی ربات گسترش یافته است. در انتها برای سهولت در کنترل ربات چهارپا، از کنترلر عصبی-فازی استفاده شده است. برای کنترل ربات، دینامیک معکوس به شبکه ی عصبی -فازی تعلیم داده شده است و سپس از این شبکه عصبی-فازی تعلیم یافته به عنوان کنترلر ربات استفاده شده است. همچنین برای تضمین کارکرد کنترلر عصبی-فازی به موازات این کنترلر از کنترلر بنگ-بنگ استفاده شده است. برای شبیه سازی ربات از نرم افزار webots استفاده شده است. به کمک نرم افزار matlab زاویه ی هرکدام از مفاصل ربات از سینماتیک معکوس محاسبه شده، سپس به عنوان ورودی به موتورهای ربات در نرم افزار webots استفاده شده است. در نتیجه ی آن حرکت ربات مشاهد شده است.

رباتهای مار مانند اولین بار توسط هیروس در اوایل سال 1970معرفی شده-اند. از آن زمان به بعد رباتهای مار مانند زیادی طراحی شد. رباتهای مار مانند برای انجام دادن ماموریتهایی همچون اکتشاف، عملیات نجات، عملیات بازرسی و اکتشاف پیشنهاد شده اند. تعدادی از انواع حرکت در این چند سال مورد بررسی قرار گرفته اند. دو مدل اصلی صفحه ای، حرکت سرپنتین(یا حرکت افقی) و حرکت موج شکل (یا حرکت عمودی) در ربات مار مورد استفاده قرار می گیرند. همه حرکتها معمولاً نیاز به چرخ دارند. برخلاف بیشتر حرکتها، حرکت موج شکل نیاز به چرخ ندارد . عرض اشغال شده این نوع حرکت به طور تقریبی با عرض ربات مار یکی می باشد. در حالی که فضای اشغال شده توسط حرکت سرپنتین به دامنه حرکتی بدنه مار بستگی دارد، که از عرض مار بزرگتر می باشد. لذا حرکت عمودی دارای ویژگیهای زیادی نسبت به حرکت افقی می باشد. اما حرکت عمودی دارای بازدهی کمی می باشد. در این پایان نامه، پس از بررسی مختصری در مورد منحنی های بدن مار، روش جدیدی برای تولید این منحنی ارائه می شود. سپس سینماتیک و همچنین دینامیک ربات مار مانند در حرکت موج شکل به کمک روشهای نیوتن و لاگرانژ مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین سینماتیک و دینامیک این حرکت بر روی سطح شیبدار بررسی می شود. در انتها سعی می شود که مدلهای جدیدی برای نیروی اصطکاک ارائه شود. برای تصدیق نتایج بدست آمده از نرم افزار جدیدی به نام وباتس استفاده می شود. بعلاوه تعدادی آزمایش نیز مورد مطالعه قرار می گیرد که در ساخت ربات مار مانند مورد استفاده قرار بگیرند.

هدف از این پایان نامه، معرفی روبات موازی 3-psp بعنوان یک روبات موازی کامل که دارای 3 درجه آزادی ترکیبی در فضا است، می باشد. این روبات توسط گروه روباتهای موازی دانشگاه فردوسی مشهد طراحی و ساخته شده است. در ابتدا، اجزا و ساختار روبات و نیز مختصه های حرکتی و بردارهای مکان مربوط به روبات معرفی خواهند گردید. بر اساس نحوه انتخاب متغیرهای مستقل حرکتی مربوط به صفحه متحرک انتهایی روبات، دو مد عملکرد ناخالص انتقالی و ترکیبی جفت شده برای روبات معرفی و تحلیل سینماتیکی برای روبات بر اساس این دو مد انجام خواهد گرفت. برای حل سینماتیک معکوس روبات دو روش عددی و تحلیلی برای هر مد ارائه و سینماتیک مستقیم نیز با استفاده از یک روش هندسی حل گردیده است. نشان داده خواهد شد که بر خلاف اغلب روبات های موازی، برای سینماتیک مستقیم روبات موازی 3-psp یک حل منحصر بفرد وجود دارد. تحلیل فضاهای کاری مد ناخالص انتقالی و مد ترکیبی جفت شده برای روبات 3-psp با استفاده از دو روش به کمک سینماتیک مستقیم روبات و نیز روشdiscretization ارائه خواهد گردید. همچنین برای تحلیل ژاکوبین روبات، دو روش برداری و عددی ارائه و ماتریس های ژاکوبین روبات در مدهای عملکردی مختلف بدست آورده شده است. برای تحلیل تکینگی روبات 3-psp، سه نوع تکینگی عرفی برای روباتهای موازی و نیز تکینگی در هر مد عملکردی، با استفاده از ماتریس ژاکوبین بدست آمده برای آن مد، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. تحلیل دینامیک با استفاده از روش noc برای روبات 3-psp ارائه و الگوریتم حل معادلات دینامیک در فضای اتصالات معرفی خواهد گردید. برای بررسی صحت معادلات دینامیک، نتایج بدست آمده از دینامیک معکوس روبات با مدل شبیه سازی شده با نرم افزار adams مقایسه گردیده است. اثر اینرسی آرمیچر موتورها و نیز اصطکاک بال اسکروها با انجام آزمایشاتی روی روبات تقریب زده شده و این اثرات به معادلات دینامیک در فضای اتصالات اضافه گردیده است. همچنین، روشی برای ساده سازی معادلات دینامیک ارائه و نیز معادلات دینامیک در فضای کارتزین به منظور طراحی کنترلرهای نیرویی برای روبات ارائه گردیده است. در این پایان نامه، درباره نحوه راه اندازی و کنترل، مشخصات فنی، مدار کنترل، قدرت و ارتباط میان اجزای روبات و نیز آزمایشات انجام شده روی روبات، بحث خواهد شد. سپس، برای کنترل روبات 3-psp، دو دسته کنترلر ارائه شده است. در ابتدا، کنترلری غیرخطی که بر پایه مدل دینامیک روبات استوار بوده و موسوم به روش کنترل گشتاور محاسبه شده، ctc، می باشد، ارائه و سپس کنترلرهایی که بر پایه کارایی سیستم استوارند همانند کنترلرpd، pid و pid اصلاح شده طراحی خواهند گردید. نتایج شبیه سازی با نتایج حاصل از آزمایش و پیاده سازی کنترلر روی روبات مقایسه خواهند شد. آنالیز سختی روبات 3-psp نیز با سه روش مختلف تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در روش تحلیلی اول از اصل کار مجازی و در روش تحلیلی دوم سختی روبات با استفاده از محاسبه انرژی کرنشی اجزای روبات و تئوری کاستیگلیانو و بصورت یک سیستم توزیع شده مدل گردیده که با استفاده از این روش، صفحه متحرک ستاره شکل روبات انعطاف پذیر و خمش نیز در تمامی اجزای روبات در نظر گرفته شده است. ماتریسهای ارتباط دهنده میان نیروهای عکس العمل مفاصل و بردار نیرو/گشتاور خارجی با استفاده از ماتریس های ژاکوبین نیروهای عکس العمل تکیه گاهی و همچنین ماتریس های compliance هر عضو از روبات به شکل invariantبیان گردیده اند. برای ارزیابی صحت جواب های بدست آمده از دو روش تحلیلی، یک مدل المان محدود توسط نرم افزار ansys برای روبات 3-psp ارائه و جوابهای دو روش تحلیلی با جوابهای حاصل از مدل المان محدود با یکدیگر مقایسه خواهند گردید. با استفاده از مقادیر ویژه ماتریس سختی در هر نقطه از فضای کاری روبات و نیز معیار ضریب سینماتیکی سختی، ksi، سختی روبات در فضای کاری اش مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. در انتها، تحلیل و بررسی روی تولید مسیرهای حرکتی روبات 3-psp انجام گردیده و با توجه به دو مد عملکردی، چندین مسیر حرکتی متفاوت برای اجرا روی روبات معرفی خواهد گردید. سپس، روشی برای طراحی مسیر حرکت با توجه به پروفیل سرعتی خاص ارائه گردیده که این روش بر پایه چیدن نقاط روی یک مسیر حرکت معلوم بصورتی که این نقاط با فاصله های زمانی برابر نسبت به یکدیگر، پروفیل سرعت دلخواهی را تولید نماید، استوار است.

در سال های اخیر بازو های رباتیک با ساختار های حلقه بسته مورد توجه دانشمندان و صنعت مردان بسیاری قرار گرفته اند. این ربات ها که ربات های موازی نامیده می شوند، به علت وجود حلقه های بسته در ساختار خود دارای برتری هایی از جمله دقت بالا و سرعت کاری زیاد نسبت به ربات های سری هستند. . از آنجا که ربات ها دینامیکی غیر خطی دارند، طراحی کنترل کننده مناسب برای آنها همواره امری چالش برانگیز بوده است. در ربات های موازی به علت پیچیدگی ساختار، تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات بسیار پیچیده تر از ربات های سری است و به همین دلیل کنترل آنها نیز بسیار دشوار تر می باشد. در این پروژه یک روش پی-آی- ترمینال لغزشی فازی تطبیقی برای کنترل یک ربات موازی 3 درجه آزادی 3-psp ارایه و بر روی یک نمونه آزمایشگاهی از این ربات که در آزمایشگاه رباتیک دانشگاه فردوسی مشهد ساخته شده پیاده سازی شد.این کنترلر ترکیبی از کنترلر فازی چند متغیره، مد ترمینال لغزشی، قانون تطبیقی و کنترلر تناسبی-انتگرالگیر می باشد. از ویژگی های مهم این روش این است که نیازی به مدل دقیق سیستم ندارد و این الگوریتم کنترل را می توان به رباتهای با دینامیک های مدل نشده ، دارای عدم قطعیت های بدون ساختار و اغتشاش های خارجی ، اعمال کرد . tsmc باعث می شود این کنترلر همگرایی خطای ردیابی سیستم در زمان محدود را تامین کند.ftsmc نه تنها تعداد قوانین را در کنترلر فازی کاهش می دهد ، بلکه باعث کاهش چترینگ در tsmc می شود. برای بهبود کارایی سیستم کنترل ftsmc ، با استفاده از قانون تطبیقی پارامتر ها ی کنترلر بصورت آنلاین تطبیق داده می شوند. پایداری این کنترلر با استفاده از قانون پایداری لیاپانوف تضمین شده است. در نهایت این کنترلر با دو کنترلر pid و کنترل به روش گشتاور محاسبه شده مقایسه شده و برتری های آن از جمله مقاوم بودن و سرعت بالای آن نشان داده شده است

از حدود سه دهه قبل نگرش جدیدی در طراحی و ساخت بازوهای مکانیکی رخ داده است. این نگرش که کاهش هزینه های طراحی و ساخت را دنبال می کند، مبتنی بر استفاده از لینک های انعطاف پذیر بجای بازوهای صلب می باشد. در واقع راه حل ارائه شده، طراحی و ساخت ربات ها با وزن سبک تر می باشد که ربات بتواند با سرعت بالا قابلیت حرکت خود را نشان دهد. هدف از این پایان نامه، معرفی یک ربات موازی صفحه ای از نوع 3-prr با لینک های انعطاف پذیر می باشد. علاوه بر این برای درک بهتر رفتار این نوع از ربات ها ابتدا ربات موازی 3-prr با لینک های صلب به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرد. لذا ابتدا در این پایان نامه، تحلیل سینماتیک معکوس و مستقیم ربات 3-prr با لینک های صلب بررسی می-شود. حل سینماتیک مستقیم آن با استفاده از روش حذفی بزوت انجام می گیرد. همچنین تحلیل ژاکوبین ربات به روش برداری ارائه و ماتریس های ژاکوبین ربات بدست آورده می شود. سپس دینامیک ربات با استفاده از روش لاگرانژ بدست می آید. معادلات استخراج شده از نوع معادلات دیفرانسیل جبری می باشند که با ارائه ی روشی جدید به حل تحلیلی آن ها پرداخته می شود. در ادامه کنترل ربات مورد بررسی قرار می گیرد و با شبیه سازی انجام شده در نرم افزار simmechanic مقایسه می گردد. سپس به تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات موازی 3-prr با لینک های انعطاف پذیر می پردازیم با این تفاوت که باید مدل دینامیکی لینک های انعطاف پذیر نیز در معادلات لحاظ شود. پس از آن کنترل مسیر ربات بهمراه کنترل فعال ارتعاشات انجام می شود. جهت کنترل فعال ارتعاشات از عملگرهای پیزوالکتریک استفاده می شود. سپس دو شرط مرزی مختلف برای مدل کردن لینک های انعطاف پذیر بررسی می شود و نتایج حاصل از آن با شبیه سازی انجام شده در نرم افزار adams مقایسه می گردد. در نهایت با بررسی نتایج حاصل از حل تحلیلی و شبیه سازی مورد نظر به حل درست و صحیح برای مدل کردن لینک های انعطاف پذیر می پردازیم.

در این پایان نامه، کنترلر هوشمند عصبی فازی رشدکننده پویا معرفی شده و در عمل برای کنترل موقعیت و امپدانس مکانیکی یک سیستم رباتیک موازی استفاده شده است. مکانیزم خودسازمانده، ضمن اینکه کنترلر را از دانستن مدل سیستم بی نیاز میکند، با توجه به کارایی و حفظ پایداری کل سیستم، ساختار کنترلر عصبی فازی را تولید و تنظیم می نماید. در مقایسه با رویکردهای خودسازمانده دیگر، مکانیزم رشدپویای پیشنهادی، اضافه کردن قوانین را با توجه به معیارهای معرفی شده، با دقت بیشتری انجام داده و همچنین معیار سخت گیرانه تری را برای هرس قوانین بکار می گیرد. در مقابل، یک استراتژی تطبیقی، سیستم کنترل را همراه با تغییرات پارامترهای کل سیستم تطبیق می دهد. بعلاوه، برای تضمین محدود ماندن اندازه خطا، یک کنترلر غیرخطی مدلغزشی به عنوان کنترلر نظارتی با کنترلر اصلی همکاری می کند. سیستم کنترل پیشنهادی در نهایت مزایایی ازجمله، طراحی بدون نیاز به مدلسازی دینامیک سیستم به کمک ساختار خودسازمانده، حفظ همزمان کارایی بالا و پایداری مجانبی اثبات شده، حجم کم محاسبات و درنتیجه پاسخ سریع، تطبیق سریع و برخط، مقاوم بودن نسبت به اختلال خارجی و تغییرات غیرخطی سیستم تحت کنترل، قابلیت تعمیم و پیاده سازی برای کنترل دیگر سیستمهای خطی و غیرخطی بطور کلی و بطور خاص برای رباتها را دارا می باشد. برای نمایش این مزایا، کنترلر پیشنهادی در کنترل موقعیت و امپدانس مکانیکی ربات موازی 3psp بکار گرفته شده و در طی شبیه سازی های کامپیوتری و پیاده سازی های عملی روی این ربات، کارایی کنترلر مذکور نشان داده شده است. همچنین، ربات موازی مورد نظر، که دارای دینامیک غیرخطی و پیچیده و همچنین سرعت کار بالا می باشد، در آزمایشگاه رباتهای موازی دانشگاه فردوسی مشهد ساخته و راه اندازی شد. و در نهایت، متن پیش رو، فعالیتهای انجام گرفته در این پژوهش را گزارش می کند.

کنترل سیستم های غیر خطی که دارای پارامترهای متغییر سریع می باشند همواره به عنوان یک چالش مطرح بوده است. در این پروژه یک کنترلر فازی نوع-2 عمومی تطبیقی غیر مستقیم معرفی شده است که علاوه بر بی نیازی از دانستن مدل سیستم، با استفاده از قوانین تطبیقی و بهره جستن از مزایای سیستم های فازی نوع-2 عمومی در مقابل تغییرات سریع پارامترها نیز مقاوم می باشد. کنترلر مورد نظر از توانایی سیستم های فازی نوع-2 عمومی، برای تقریب دینامیک های غیر خطی سیستم تحت کنترل استفاده می کند. سیستم های فازی نوع-2 عمومی در مقایسه با سیستم های فازی نوع-1 و فازی نوع-2 بازه ای از قابلیت بیشتری در برخورد با نویز و انواع عدم قطعیت نظیر، عدم قطعیت در ورودی ها، خروجی ها، اطلاعات جمع آوری شده و قوانین فازی برخوردار هستند. برای کنترلر مورد نظر، قوانین تطبیقی فازی نوع-2 عمومی را توسط توابع لیاپانوف بدست آورده و با استفاده از روابط ریاضی، پایداری سیستم حلقه بسته را اثبات خواهیم نمود. کنترلر مورد نظر در برابر انواع اغتشاشات مقاوم بوده و نیازی به دانستن دامنه اغتشاشات ندارد. همچنین نتایج بدست آمده از کنترلر پیشنهادی درعین پیچیدگی، دارای تحلیل قطعی می باشند. برای بررسی کارایی و عملکرد کنترلر پیشنهادی در مقایسه با کنترلرهای فازی نوع-1 و فازی نوع-2 بازه ای تطبیقی، این سه نوع کنترلر را بر روی سیستم های غیر خطی نوسانگر دافینگ و پاندول معکوس در محیط متلب شبیه سازی نموده ایم. همچنین برای بررسی زمان واقعی بودن محاسبات سیستم فازی نوع-2 عمومی، کنترلر مورد نظر را بر روی ربات موازی 3psp ساخته شده در گروه رباتیک دانشگاه فردوسی به صورت عملی پیاده سازی نموده ایم. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی بالای کنترلر طراحی شده در حضور نویز و اغتشاش در مقایسه با کنترلر های دیگر می باشد، بطوریکه هرچه دامنه اغتشاشات و مقدار نویز افزایش یابد اختلاف بین آنها نیز محسوس تر خواهد بود.

در این پایان نامه، ابتدا به معرفی ربات های دو پا، تاریخچه، ویژگیها، اصول و اصطلاحات رایج مربوط به آنها پرداخته شده است. سپس تئوری مولدهای الگوی مرکزی ( cpg) بررسی می شود. cpg ها شبکه های عصبی الگو گرفته از موجودات زنده هستند که می توانند سیگنال های مورد نیاز برای کنترل حرکت هر عضو را فراهم کنند. cpgها دارای خواص جالبی هستند که استفاده از آنها را در تولید الگوی حرکتی اعضای ربات بسیار پر کاربرد کرده است. در ادامه عبور آنلاین یک ربات دو لینکی از مانع مورد بررسی قرار می گیرد، ترژکتوری مفاصل این ربات به صورت سینوسی در نظر گرفته شده و با استفاده از تکنیک طراحی آزمایشات یک رابطه برای هر پارامتر برحسب ابعاد مانع تعیین می شود. از نتایج و استراتژی های استخراج شده از این مدل ساده در فصول بعدی برای عبور ربات دوپا از مانع استفاده شده است. از آنجا که ربات های دوپا ذاتاً ناپایدار هستند و بدون بررسی پایداری این ربات ها امکان کوچکترین حرکتی برای آنها وجود ندارد، بنابراین در ادامه انواع روش های پایداری ربات معرفی شده اند. سپس طراحی ترژکتوری مفاصل ربات دوپا به نحوی انجام می گیرد که بیشترین شباهت را به حرکت انسان داشته باشد و در عین حال با استفاده از جبران سازی تنه پایداری آن نیز حفظ شود. پس از آن، با انجام اصلاحات لازم بر روی الگوی حرکت ربات مذکور و نامتقارن کردن حرکت پاهای آن، عبور ربات دوپا از مانع بررسی شده است. در پایان نیز شبیه سازی دینامیکی حرکت ربات دوپا صورت گرفته است.

طبیعت همواره نمایانگر بهترین شیوه های حرکت برای موجودات است. مطالعات فیزیولوژیکی اعصاب بدن موجودات زنده نشان داده است که حرکات پایه ای و تکراری بدن با شبکه های عصبی، تحت عنوان ایجادکننده الگوی مرکزی (cpg) ایجاد می شود. با توجه به شباهت های موجود مابین رباتیک و بیولوژی و همچنین فراگیر شدن استفاده از مطالعات زیستی در حوزه رباتیک، در این پژوهش از cpg به عنوان رهیافتی زیستی جهت حرکت ربات استفاده شده است. در این پایان نامه، روشی روی خط برای ایجاد مسیرهای مفاصل ربات با استفاده از cpg بر مبنای سیستم فازی t-s و روش doe، ارائه شده است. با مشخص نمودن تنها دو پارامتر (طول گام و سرعت راه رفتن) زوایای مورد نیاز جهت حرکتی پایدار به دست می آیند. ابتدا، در ربات دو پای هفت لینکی صفحه ای، طول گام و سرعت راه رفتن به سایر پارامترهای راه رفتن مربوط می شوند. به منظور انجام حرکتی تکراری، توابع پریودیک فوریه برای تعریف هر زاویه مفصل مورد استفاده قرار گرفته اند. در مرحله بعد، از یک مدل cpg استفاده شده است که مقادیر مناسب برای زوایا را ایجاد کند. جهت انجام این کار، پارامترهای cpg توسط روش fal-cpg تنظیم شده اند. استفاده از cpg امکان تغییر نرم بین مسیرهای مختلف را فراهم می نماید. بنابراین، تغییر روی خط دامنه و یا دوره تناوب مسیر، به سادگی و با تغییر چند پارامتر cpg فراهم می شود. از سیستم فازی t-s جهت مربوط نمودن پارامترهای cpg به دو پارامتر مسیر بهره گرفته شده است. روش طراحی آزمایشات برای ساختن سیستم فازی t-s استفاده شده است. با ایجاد رابطه بین پارامترهای راه رفتن و پارامترهای cpg، امکان تغییر در راه رفتن به شکل روی خط فراهم می شود. به منظور حفظ بالانس دینامیکی ربات در حین راه رفتن، مدل ساده شده پاندول معکوس استفاده شده است. زاویه تنه بر مبنای مسیر دلخواه zmp و همچنین حرکت پایین تنه محاسبه می شود. شبیه سازی راه رفتن حالت پایدار و همچنین راه رفتن فعال بررسی شده است. نشان داده شد که با حفظ بالانس دینامیکی، تغییرات روی خط در طول گام و سرعت راه رفتن قابل انجام است. از نتایج این پژوهش می توان برای طراحی مسیر و بهبود حرکت ربات های صنعتی، ربات های انسان نما، اندام های مصنوعی و ربات های پوشیدنی بهره گرفت.

مزایای فراوان ربات های مارمانند، از جمله داشتن سطح مقطع کوچک، پایداری بالا و درجات آزادی فراوان، توانایی های حرکتی آنان را بسیار بالا برده است. آن ها می توانند طیف وسیعی از حرکات را به نمایش بگذارند؛ از خزیدن بر روی ریگ و نقب زدن در آوار گرفته تا بالا رفتن از درخت و حتّی شنا کردن در دریاچه ها. به خاطر دارا بودن چنین قابلیت هایی زیادی، امروزه ربات های مارمانند در مصارف متعدّدی به کار گرفته می شوند. آنان به ما در کار های مختلف، از جمله در مأموریت های امداد و نجات و یا آتش نشانی یاری می رسانند. از این رو، طبیعی است که چنین ربات های مفیدی نظر دانشمندان را به خود جلب کند؛ به همین خاطر است که شاهد تحقیقات فراوان انجام شده بر روی ربات های مارسان می باشیم. یکی از اصلی ترین زمینه ها در تحقیقات رباتیک، حل دینامیک ربات است تا از آن طریق بتوان مدل مطلوبی از عملکرد آن بدست آورد. پژوهش پیش رو سعی دارد تا بخشی از خلع موجود در زمینه حل دینامیک ربات های مارمانند در حرکت سه بعدی را پر نماید. به منظور حل دینامیک ربات، ابتدا یک ربات شش لینکی با قابلیت حرکت در سه بعد در نظر گرفته شد. سپس چندین فرم حرکتی سه بعدی در نرم افزارهای adams و webots و همچنین در تول باکس simmechancis شبیه سازی گشت تا صحت ایجاد حرکات مورد نظر توسط زوایای وارد شده به موتورها اطمینان حاصل گردد. پس از آن، از روش دنویت-هارتنبرگ و یک ساختار مجازی با نام vsop که در نقش سر ربات ظاهر شده و شش درجه آزادی مجازی به آن اضافه می کند، استفاده گردید تا سینماتیک ربات حل گردد. بعد از آن، از روش نیوتون-اویلر در نرم افزار matlab گشتاورهای مورد نیاز برای ربات بدست آمد. برای مدل سازی بهتر، دو مدل اصطکاکی (مدل های کولمب و ویسکوز) پیاده سازی گشت. همچنین، تعداد نقاط در تماس با زمین ربات ارزیابی شد و تعداد نقاط بهینه برای چند فرم حرکتی مشخص شد. گشتاورهای موتورها نیز با نتایج بدست آمده از تول باکس simmechanics تطبیق داده شد و با خروجی های گشتاور نرم افزار adams نیز مقایسه گردید. تحقیق دیگری که در این پایان نامه به انجام رسیده است در مورد دقت هندسی ربات های مار مانند می باشد. به همین خاطر، دو روش بدیع مطرح گردیده است که با کمک دو روش تاگوچی و آنالیز واریانس، عواقب منفی ناشی از تغییرات و اغتشاشات فرآیند های کنترل و تولید را بر روی دقت هندسی ربات مار مانند کمینه می کند. این مصونیت از اغتشاشاتی این چنین، ما را به سمت مفهوم طراحی رباست این دسته از ربات ها سوق می دهد.

اگرچه ربات های چرخدار قابلیت تحرک بالاتری نسبت به ربات های پادار دارند، ربات های چندپا نسبت به ربات های چرخدار این مزیت را دارند که می توانند در سطوح ناهموار نیز حرکت کنند.. امروزه در حوزه تحقیقات رباتیک، ربات های دوپا توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در این بین یکی از مهم ترین و اساسی ترین موضوعات در این ربات ها، ایجاد مسیر پایدار است به نحوی که ربات در طول حرکت تعادل خود را از دست ندهد. یکی از کاربردی ترین معیارهای پایداری در ربات های دوپا، معیار نقطه گشتاور صفر است. در این پروژه ، از این معیار پایداری برای ایجاد مسیری پایدار در یک ربات 7 لینکی صفحه ای استفاده شده است. یکی از ویژگی های گام برداشتن انسان در هنگام ایجاد گام های بلندتر وجود فازی است که در آن، کف پا حول پنجه دوران می کند. از این رو در لحظاتی از حرکت ربات (فاز دورانی)، پای تکیه گاه ربات حول نوک پا دوران می کند. ربات در فاز دورانی، دینامیک متفاوتی با حالت معمول(فاز بدون دوران) دارد. در بخش نتایج پایان نامه، مسیرهای پایدار در نوع دو گام متفاوت بررسی شده اند. گام نوع اول از توالی فازهای تک تکیه گاهی پاصاف بوجود می آید که هیچ دورانی حول نوک پا وجود ندارد در حالیکه گام نوع دوم از توالی فازهای تک تکیه گاهی ایجاد می شود که شامل دو فاز پاصاف و دورانی می باشد. در ربات های دوپا، علاوه بر نوع گام (نوع اول و نوع دوم)، سطح حرکت نیز اهمیت بالایی دارد. از سطوح پرکاربرد و معمول در راه رفتن ربات علاوه بر سطح افقی، می توان به سطح پله و سطح شیب دار اشاره کرد. اکثر مطالعات انجام شده در زمینه ارائه مسیرهای پایدار ربات دوپا، در سطح افقی اانجام شده است. از این رو در این پروژه علاوه بر سطح افقی، به بررسی حرکت در سایر سطوح نیز پرداخته می شود در این پایان نامه،. حرکت ربات در هر دو نوع گام (نوع یک و دو) در هر سطح (افقی، پله، شیب دار) بطور جداگانه بررسی شده و مسیرهای پایدار حرکت ربات در حالت های مختلف بدست می آیند. علاوه بر این، در بخش انتهایی پایان نامه، سطحی ترکیبی از هر سه سطح مذکور (افقی، پله، شیب دار) ایجاد شده و حرکت پایدار ربات در آن سطح ارائه می شود.

امروزه از ربات های پادار در موارد گوناگونی بهره گرفته می شود. این ربات هابه منظور انجام فعالیت هایی که به نحوی برای سایر ربات ها نامقدور بوده و یا خطر جانی برای انسان را دربردارند، بکار می روند. همچنین در برخی از موارد، از ربات های پادار انسان نما، برای بررسی رفتار انسان نیز استفاده می شود. ربات های دوپا برای حرکت نمودن، از دو فاز مختلف حرکتی بهنام های فاز تک تکیه گاهی و فاز دو تکیه گاهی استفاده می نمایند. همچنین بسته به نوع حرکت یا شرایط مورد نظر در طراحی ربات، می توان زمان هر یک از این دو فاز را تغییر داده یا حتی یکی از آن ها را حذف نمود. به منظور حرکت بهتر ربات های انسان نما در مقایسه با حرکت انسان، از روش های مختلفی استفاده می گردد که یکی از آن ها، تفکیک فازهای حرکتی به دو یا چند زیرفاز با حالات ترکیبی می باشد. دو نمونه از این زیرفازها، زیرفازهای پا- صاف و دورانِ پا می باشند که در فاز تک تکیه گاهی در نظر گرفته می شوند. در این پایان نامه به بررسی هر دو زیرفاز پرداخته شده تا حرکت مشابه تری با رفتار حرکتی انسان شبیه سازی گردد. بدین منظور دینامیک ربات از محاسبات تئوری بر مبنای معادلات حرکتی لاگرانژ- اویلر محاسبه شده و با شبیه سازی های نرم افزاری توسط نرم افزار matlab صحت یابی گردیده است. سپس با فرض توابعی برای مفاصل ربات بر حسب زمان و تعیین شرایط مرزی مرتبط با ویژگی های ربات مورد بررسی و بهینه سازی بر روی ضرایب این توابع، مسیر حرکتی و زاویه هر مفصل در طول گام تک تکیه گاهی برای زیرفاز پا- صاف و احتساب پارامتر مجازی تکامل هندسی (مختصات s) در طول فاز تک تکیه گاهی و زیرفاز دوران پا بدست آمده و گام بهینه برای آن ها محاسبه گردیده است. قیودی از قبیل نیروهای عکس العمل سطح، وجود نقطه ممان صفر در چندضلعی تکیه گاهی، نیروهای اصطکاکی و قیود هندسی دیگر مسئله نیز بهعنوان شرایط مرزی بهینه سازی لحاظ گردیده است. همچنین نوآوری امکان قرارگیری نقطه ممان صفر در یک نقطه (و نه یک سطح) بر خلاف مدل های مشابه در حالت حرکت ربات انسان نما در زیرفاز دوران پا بهعنوان معیاری تازه که محصول ترکیب معیارهای zmp و مفهوم مومنتوم زاویه ای ربات می باشد، در این پایان نامه ارائه گردیده است که می تواند علاوه بر حل مشکلات اجباری بودن قرارگیری نقطه ممان صفر در حاشیه پایداری تعریف شده برای ربات های دوپا، به حل مشکل کم محرکی ربات در زیرفاز دوران پا کمک نماید. با نتایج حاصله از این پایان نامه در مسیر بهینه سازی حرکت ربات انسان نما در فاز تک تکیه گاهی و بدون احتساب ضربه و فاز دو تکیه گاهی آنی (لحظه ای) می توان حرکتی مشابه با حرکت انسان را در سرعت های نسبتاً بالاتری از حالات دیگر حرکت ربات بدست آورد که در انتقال مکان و کمک های ربات های دوپا به انسان ها در حرکات از پیش تعیین شده و مسیرهای آماده، کارایی بیشتری دارند.

در این پروژه کنترلر ترکیبی h2/h? بر پایه سیستم های فازی نوع دو عمومی برای دسته ای از سیستم های غیرخطی ارائه شده است. از کنترل مقاوم ترکیبی h2/h? برای کاهش اثر عدم قطعیت‎ها، خطای تقریب سیستم فازی و همچنین کمینه کردن تلاش کنترلی استفاده شده است. در این راستا یک تابع معیار کنترل h2 با توجه به محدودیت های کنترل h? کمینه شده است. با توجه به اینکه سیستم های فازی تقریب گرهای عمومی هستند؛ برای تخمین بخش های نامعلوم سیستم استفاده شده اند. همچنین پارامترهای سیستم فازی توسط قواعد تطبیق مناسب به روز می شوند. کراندار بودن سیگنال های موجود در سیستم و همچنین پایداری کنترلر پیشنهادی به اثبات رسیده است.سیستم کنترلی بر روی سیستم غیرخطی پاندول معکوس شبیه سازی شده است و کارایی خود را از لحاظ مقابله با اغتشاش خارجی و همچنین نویز در مقایسه با کنترلرهایh2/h? فازی نوع یک وh2/h? فازی نوع دو بازه ای، کنترلرهای h? فازی نوع یک،h? فازی نوع دو بازه ای و همچنین h?فازی نوع دو عمومی نشان داده است. برای نشان دادن کارایی سیستم کنترلی پیشنهادی آزمایشات عملی نیز بر روی ربات 3-psp واقع در کانون رباتیک دانشگاه فردوسی انجام شده است. نتایج آزمایش عملی بر روی ربات، خطای کمتر و همچنین ورودی کنترلی هموارتری را در مقایسه با کنترل کننده های فازی نوع یک و نوع دو بازه ای برای سیستم کنترلی پیشنهادی نشان دادند.

کامپوزیتهای فلزی پلیمری یونی (ipmcs) یکی از انواع پلیمرهای الکترواکتیو یونی می باشند که در اثر تحریک الکتریکی حرکت خمشی ایجاد می کنند. وزن کم، مقاومت الکتریکی پایین، عملکرد مناسب در شرایط مرطوب، قابلیت تکرار پذیری زیاد و قابلیت تولید در مقیاس میکرومتر از ویژگیهای بارز این گونه مواد در مقایسه با دیگر مواد هوشمند است. با توجه به ساختار پیچیده و چند حوزه ای این نوع عملگرها، مدل کردن آنها بر اساس قوانین فیزیکی کار بسیار پیچیده و طاقت فرسایی است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی فرآیند ساخت عملگرهای تخت و مارپیچ از جنس ipmc خواهیم پرداخت. سپس با ارائه یک مدل توزیع یافته الکتریکی rc، رابطه ای تحلیلی از تغییرات امپدانس الکتریکی و مدل تحریک عملگر بر اساس پارامترهای الکتریکی استخراج می شود. در مقایسه با مدلهای فیزیکی موجود، در مدل حاضر با جایگزینی دینامیک یون با خازن های توزیع یافته، رابطه ای به مراتب ساده تر ولی با همان اثر دینامیکی استخراج می شود. جهت بررسی اثر فشار تکیه گاهی روی عملکرد عملگر ipmc، با انجام آزمایشات مختلف و با در نظر گرفتن مقاومت الکتریکی تماسی در محل تماس ابزار گیره و الکترودها، یک مدل تحلیلی برای توصیف رفتار عملگر ارائه می نماییم. در بخش کنترل، با توجه به عدم قطعیت های موجود در سیستم با استفاده از تئوری فیدبک کمی یک کنترلر مقاوم جهت کنترل موقعیت عملگر طراحی می شود. در ادامه با استفاده از روابط هندسی و مکانیکی مربوط به تیرهای منحنی الشکل فضایی، یک مدل تحلیلی برای پیش بینی رفتار یک عملگر مارپیچ از جنس ipmc ارائه خواهیم داد. جهت بررسی اثر تغییرات پارامترهای هندسی روی عملکرد عملگر مارپیچ، از روش طراحی به کمک آزمایشات پارامتر بهینه را بدست خواهیم آورد.

امروزه سازه های رباتیکی به بخش جدا ناپذیری از کارهای صنعتی تبدیل شده اند و به طور گسترده ای در زمینه های مختلف کاربرد دارند. به دلیل غیرخطی بودن دینامیک های ربات، طراحی یک کنترلر مناسب همواره چالش برانگیز بوده است. به طور خاص، این امر در مورد ربات های موازی از اهمیت بیشتری برخوردار است. علت این است که در این ربات ها، علاوه بر وجود دینامیک های غیرخطی، ساختار و معادلات دینامیکی و سینماتیکی پیچیده سبب شده است که طراحی یک کنترلر مبتنی بر مدل مناسب سخت تر باشد. به همین دلیل در این پروژه، یک کنترلر شبکه ای فازی نوع2 عمومی رشد کننده ی پویا برای کنترل یک کلاس از سیستم های غیرخطی و همچنین پیاده سازی عملی آن بر روی ربات موازی 3-psp پیشنهاد شده است. کنترلر پیشنهادی مستقل از مدل بوده و از مزیت سیستم های خودسازمانده و سیستم های فازی نوع2 عمومی بهره می برد. استفاده از منطق فازی نوع2 سبب می شود که کنترلر پیشنهادی قادر باشد که با عدم قطعیت های بالا در پارامترها ، دینامیک های مدل ربات و عدم قطعیت های موجود در دانش انسانی مقابله کند. همچنین، کنترلر پیشنهادی از یک سازوکار پویا که در آن هرس قوانین حذف شده است و اضافه شدن قوانین با محافظه کاری بیشتری انجام می شود بهره می برد. بهره گیری از این مزایا در کنترلر پیشنهادی، منجر به تعداد قوانین کمتر، بار محاسبات کمتر و دقت بالاتر شده است. همچنین، در ساختار پیشنهادی یک کنترلر فازی سلسله مراتبی به منظور تنظیم دینامیکی پارامترهای از پیش داده شده پیشنهاد شده است. کنترلر پیشنهادی طراح را از تنظیم دستی پارامترهای از پیش داده شده – که امری بسیار زمان بر است- بی نیاز می کند. همچنین، پایداری کنترلر پیشنهادی با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات شده است.

در این پایان نامه، سعی شده تا با پیشنهاد تابع لیاپانوف جدید، ساختار کنترلی جدیدی در کلاس کنترلگرهای تطبیقی مدل مرجع ارائه شود که علاوه بر مزایای روش معمول، نقاط ضعف آن را بهبود دهد. مبانی و تعاریف روش پیشنهادی کاملا مطابق روش معمول بوده و با ایجاد تغییر در تابع لیاپانوف نتایج مطلوب حاصل شده است. در این روش، پایداری سراسری مجانبی سیستم حلقه بسته اثبات شده و صفر شدن خطای ردیابی تضمین گردیده است. سپس روش پیشنهادی برای سیستم های خطی فضای حالت تک وردی-تک خروجی و چندورودی-چندخروجی توسعه داده شده است. به منظور بررسی و حصول اطمینان از عملکرد مناسب روش پیشنهادی، شبیه سازی های متعددی صورت گرفته اند. این شبیه سازی ها به گونه ای انتخاب شدند تا مسائل مهم کنترلی مانند اغتشاش ورودی، سیستم های غیرمینیمم فاز و سیستم های متغیر با زمان را شامل باشند. همچنین به صورت همزمان ربات اسکرای دانشگاه فردوسی مشهد، با قابلیت های صنعتی طراحی و ساخته شد. هدف از ساخت این ربات، انجام پژوهش های کنترلی و دیگر فعالیت های تحقیقاتی می باشد. این ربات از لحاظ سرعت، دقت همانند رباتهای صنعتی روز دنیا می باشد. پس از محاسبه مدل سینماتیکی و دینامیکی ربات، در چندین آزمایش مختلف، روش پیشنهادی پیاده سازی گردید و نتایج این پیاده سازی ها با شبیه سازی روش پیشنهادی بر روی ربات و کنترلگر کلاسیک pid مقایسه شد. این مقایسه ها نتایج مطلوب و برتری نسبی روش پیشنهادی را نشان می دهند.

با توجه به نیاز مبرم به شبیه سازهایی با توانایی حرکت با شش درجه آزادی که کاربردهای گوناگونی دارند و همچنین بومی سازی دانش فنی شبیه سازی حرکت با چند درجه آزادی این پروژه معرفی می گردد. ربات گوف-استوارت 3-6 یک ربات موازی با شش درجه آزادی می باشد. این ربات با داشتن زنجیره سینماتیکی بسته از مزایای زیادی از قبیل نسبت بار به وزن بالا، دقت زیاد، افزایش صلبیت و استحکام نسبت به وزن، قابلیت کار در سرعت ها و شتاب های بالا نسبت به مکانیزم های حلقه باز کلاسیک (ربات های سری) برخوردار است. در این پژوهش ابتدا سینماتیک مستقیم ربات به صورت کاملأ تحلیلی با ترکیب حل هندسی و روش بزوت و تبدیل ربات 3-6 به ربات 3-3 حل می شود. سپس، سینماتیک معکوس ربات مورد بررسی قرار می گیرد و ماتریس ژاکوبین آن محاسبه می شود. در ادامه، دینامیک معکوس کامل ربات (با درنظر گرفتن جرم پاهای ربات) به روش لاگرانژ به صورت تحلیلی محاسبه خواهد شد. در نهایت به بررسی موقعیت های تکین ربات پرداخته می شود.

در دنیای امروز با پیشرفت تکنولوژی، راحتی و ایمنی انسان بیش از پیش مورد توجه قرارگرفته است. همچنین به دلیل عدم تحرک مناسب انسان، مشکلات زیادی برای مفاصل بدن ازجمله مهم ترین آنها، مفصل زانو پیش می آید. محققین و پژوهشگران زیادی در این زمینه فعالیت کرده و راه حل های متفاوتی را ارائه داده اند. ازجمله این راه حل ها که به مرور زمان بیشتر مورد توجه قرارگرفته است، استفاده از بریس ها (brace) و اگزواسکلتون ها (exoskeleton) است. بریس یا زانوبند، با تحمل قسمتی از گشتاور و بار وارد بر زانو، باعث جلوگیری از آسیب رسیدن بیشتر به زانو و کاهش احتمال بروز بیماری هایی مانند آرتروز می شود. اگزواسکلتون رباتی است که توسط انسان پوشیده شده و ضمن ایجاد یک پوشش محافظ برای بدن فرد، می تواند با افزایش قدرت و مقاومت عضلات، فرد را درحرکت ها، مانورها و همچنین حمل و جابجایی بارها کمک نماید. در این پایان نامه ابتدا با بریس ها و همچنین مفهوم اگزواسکلتون ها آشنا شده و سپس مبانی عملکردی آنها مرور می شود. در ادامه بررسی جامعی بر بیومکانیک بدن انسان صورت می گیرد. همچنین به بهینه سازی ساختار بریس اگزواسکلتون برای گونه های مختلف حرکتی انسان پرداخته شد. در بخش نهایی نیز اقدام به طراحی و ساخت، اولاً یک بریس پزشکی با قابلیت های درمانی در ناحیه زانو کرده و در ادامه، با استفاده از اطلاعات حاصل شده از آنالیزهایی که انجام شده است، اقدام به طراحی، مدل سازی و ساخت یک زانوبند مناسب مربوط به یک اگزواسکلتون پایین تنه برای کمک به افراد، جهت انجام اعمال راه رفتن، دویدن و نشت و برخاست شده است.

هدف از ارائه این پایان نامه، معرفی ربات موازی استوارت به عنوان یک شبیه ساز شش درجه آزادی در فضا است. در ابتدا مروری بر تحقیقات گذشته صورت گرفته است و مزایا، معایب و انواع ساختارهای گوناگون این ربات مورد بررسی قرار می گیرد. سپس مختصه های حرکتی و بردارهای مرتبط با آن معرفی و سینماتیک معکوس ربات حل می گردد. در ادامه مسئله ی سینماتیک معکوس و مستقیم، با استفاده از روش عددی نیوتن-رافسون و روش تحلیلی حذف، سینماتیک مستقیم ربات تحلیل می شود. پس از شبیه سازی ربات در نرم افزار adams، نتایج حاصل از حل تحلیلی با سینماتیک معکوس و روش عددی ارائه شده، مقایسه می شوند. نتایج بدست آمده صحت معادلات استخراج شده را تایید می کند. سپس فضاهای کاری ربات با استفاده از دو روش گسسته سازی و هندسی ارائه شده است. در ادامه با استفاده از ماتریس ژاکوبین و روش تجزیه، به تحلیل سرعت، شتاب و ژاکوبین این ربات پرداخته شده است. پس از آن تکینگی تحلیل شده است و شاخص های سینماتیکی و دینامیکی به عنوان معیاری کمی برای ارزیابی رفتار ربات در بهینه سازی ارائه گردیده است. با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شاخص های چالاکی، ظرفیت انتقال نیرو و نیروی دینامیکی محرک های کشویی به صورت تک هدفه بهینه سازی می شوند. سپس تحلیل دینامیک ربات استوارت با استفاده از روش نیوتن-اویلر در فضای کاری و فضای مفاصل مورد بررسی قرار می گیرد. صحه گذاری بر معادلات دینامیک استخراج شده از طریق شبیه سازی در نرم افزار adams، matlab و simulink انجام می گردد. در نهایت اثر اینرسی لینک ها بررسی می شود

اگزواسکلتون رباتی است که به وسیله ی یک انسان پوشیده شده و ضمن ایجاد یک پوشش محافظ برای بدن فرد می تواند با افزایش قدرت و مقاومت عضلات، فرد را در حرکت ها، مانورها و همچنین حمل و جابجایی بارها کمک و به افراد ناتوان در حرکت کمک نماید. این پایان نامه به طراحی و ساخت یکی از این اگزواسکلتون ها برای مفصل زانو پرداخته و معادلات دینامیکی این ربات استخراج شده است. ساخت این ربات به دو بخش بریس و عملگر تقسیم می شود. بریس این عملگر بسیار محکم ولی از سبک ترین مواد به منظور حذف نویز محیط بر روی ربات استفاده شده. عملگر ربات با الگو برداری از عضلات پا و کنار هم قرار دادن چند فنر امکان ذخیره و اندازه گیری نیرو را فراهم می کند. نیرو در راستای خطی عملگر با استفاده از یک موتور دورانی و سیستم انتقال قدرت و تبدیل آن به حرکت خطی توسط بالسکرو طراحی شده است. با توجه به گیت حرکت انسان بهینه ترین طول کورس عملگر با نوع موتور انتخابی به دست آمده است. برای دینامیک این ربات بدن انسان را مانند ربات دوپا در نظر گرفته با این تفاوت که مقادیر اولیه آن را مشخصات انسان داده، برای بررسی دینامیک اگزواسکلتون سازه ربات را بر روی ربات دوپا نصب و با استفاده از دینامیک لاگرانژ مقید به حل کامل آن پرداخته شده است.

در علم پزشکی، توانبخشی به مجموعه فعالیت هایی اطلاق می شود که توسط یک متخصص برای بازگرداندن شرایط جسمی، عصبی، روحی و اجتماعی بیمار به حالت طبیعی، انجام می شود. آمارها حاکی از افزایش روز افزون تعداد بیماران مبتلا به اختلالات حرکتی است. انجام تمرین های فیزیوتراپی بر روی بیماران، فرآیندی زمان بر و پرهزینه بوده که نیاز به نیروی متخصص در این زمینه دارد. لذا در سال های اخیر، توجه پژوهشگران به توسعه ی سیستم های روباتیک برای استفاده در توانبخشی حرکتی بیماران، معطوف شده است. اختلال مفاصل گیجگاهی-فکی شامل مجموعه ای از شرایط و اختلالات عملکردی پیرامون این مفاصل و ماهیچه های فک بوده که پیامد آن، سفت شدن ماهیچه ها و محدود شدن بازه ی حرکت فک می باشد. تحقیقات نشان داده است که انجام تمرین های مداوم می تواند در بهبود علائم حرکتی و عصبی این بیماری موثر واقع شود. معدود روبات هایی که تا به حال به منظور توانبخشی حرکتی فک طراحی و ساخته شده اند، یا به علت پیچیدگی ساختاری بالا، قابلیت پوشیده شدن توسط بیمار را نداشته و یا تنها توانایی اعمال حرکات محدودی را دارند. هدف اصلی در این پایان نامه، طراحی و تحلیل مکانیزم یک سیستم روباتیک برای توانبخشی حرکت فک انسان است. در آغاز، پس از مروری بر مفاهیم اولیه و معرفی تحقیقات انجام شده در این زمینه، به بررسی ساختار داخلی دستگاه ماضغه ی انسان و شبیه سازی سینماتیکی حرکت فک پرداخته شده است. سپس با در نظر گرفتن اهداف و نیازهای طراحی، مکانیزم پیشنهادی برای یک روبات توانبخشی پوشیدنی، ارائه می شود. با استفاده از مفهوم گراف ها در ریاضیات، ساختار روبات مورد تحلیل قرار گرفته و پارامترهای مربوطه مشخص می گردند. روبات طراحی شده، در واقع یک مکانیزم ترکیبی چهار درجه آزادی بوده که علاوه بر قابلیت پوشیده شدن توسط بیمار، توانایی اعمال مسیرهای سه بعدی و حرکات اصلی فک به بیمار را نیز دارا می باشد. با بهره گیری از ساختار ترکیبی این روبات، حل تحلیلی سینماتیک مستقیم و معکوس، ارائه شده و با نتایج شبیه سازی عددی مقایسه شده اند. همچنین تحلیل فضای کاری، ژاکوبین و تحلیل تکینگی این روبات نیز ارائه شده است.

تاریخ اتوماسیون صنعتی با دوره¬هایی مشخص می¬شود که در آنها تغییرات سریع و ناگهانی در روش¬های معمول فرایندهای تولید صورت گرفته است. استفاده از ربات¬های صنعتی در فرایندهای تولید و اتوماسیون صنعتی در دهه¬های اخیر رشد قابل توجهی کرده است و استفاده از آنها در محیط-های آلوده صنعتی به شدت رایج شده است. همچنین ربات¬های صنعتی به دلیل دقت و تکرار¬پذیری بالا در جهت تولید محصول بیشتر و مرغوب¬تر همواره مورد توجه صنعتگران قرار داشته¬اند. بازو¬های رباتیکی که در گذشته به کار می¬رفتند، ساختاری با حلقه¬های باز داشتند، که آنهارا در اصطلاح ساختار¬های سری می¬نامند. در سال¬های اخیر بازو¬های رباتیک با ساختار¬های حلقه بسته مورد توجه دانشمندان و صنعت قرار گرفته¬اند. این ربات¬ها که ربات¬های موازی نامیده می¬شوند، به علت وجود حلقه¬های بسته در ساختار خود دارای مزیت¬هایی نسبت به ربات¬های سری هستند. از جمله این برتری¬ها می¬توان به صلبیت ربات، دقت بالا، توانایی کار در سرعت¬های بالا و توانایی حمل بار زیاد نسبت به وزن ربات، را نام برد. این ویژگی¬های ربات¬ موازی باعث شده است که روز¬به¬روز تحقیقات بیشتری بر روی این دسته از ربات¬ها صورت گیرد. تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات¬های موازی به علت ساختار حلقه بسته و پیچیده¬ای که دارند بسیار مشکل¬تر از ربات¬های سری می¬باشد. بخشی از تحلیل سینماتیکی ربات¬های موازی سینماتیک مستقیم نام دارد. برخلاف ربات¬های سری، حل مسئله¬ی سینماتیک مستقیم در ربات¬های موازی بسیار دشوار است و با وجود اینکه پژوهشگران زیادی این مسئله را مورد بررسی قرار داده¬اند تاکنون روش کاملاً معینی با دقت مناسب برای حل این مسئله ارائه نشده است. در این پروژه طراحی، سینماتیک و دینامیک ربات موازی با سه درجه¬ی آزادی در فضا مورد مطالعه قرار گرفته¬ است. این ربات موازی شامل سه بازوی یکسان از لحاظ ساختاری می¬باشد که با کمک یک صفحه متحرک در فضا به هم متصل شده¬اند، بنابراین شامل سه زنجیره سینماتیکی بسته می¬باشد. هر بازوی این ربات شامل سه مفصل است، که به ترتیب عبارتند از یک مفصل کشویی محرک، یک مفصل کروی متحرک و یک مفصل کشویی متحرک در انتهای هر بازو. تا¬کنون مدل¬های عمومی از این ربات در مقالات و کتاب¬های طراحی مکانیزم ربات دیده شده است و حتی سینماتیک آن در حالت عمومی بررسی شده است. اما از آنجا که بیشترین چالش¬ها در زمینه¬ی ربات موازی بر روی نحوه¬ی حل سینماتیک مستقیم و دینامیک آن است، در این پایان¬نامه با توجه به ساختار متمایز طراحی شده، طرحی با خصوصیات منحصر به فرد ارائه شده است. یکی از خصوصیات بارز این طراحی اینست که بر¬خلاف اکثر ربات¬های موازی، دارای حل¬ تحلیلی سینماتیک و دینامیک می¬باشد. کنترل اکثر ربات¬های موازی به دلیل عدم وجود حل تحلیلی نیز بسیار مشکل¬تر از ربات¬های سری می¬باشد. در این پایان¬نامه به بررسی کنترل این ربات نپرداخته¬ایم. از آنجایی که روش¬های تحلیلی دقیق برای حل سینماتیک و دینامیک این ربات به کار رفته، می¬توان ادعا کرد که تمامی روشهای متعدد در کنترل ربات¬ها، پتانسیل کنترل این طرح را خواهند داشت.