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 نماید. در این پایان نامه ابتدا با مفهوم اگزواسکلتون ها آشنا شده و سپس مبانی عملکردی آنها را مرور خواهیم کرد، در ادامه بررسی جامعی خواهیم داشت از بیومکانیک بدن انسان، دینامیک راه رفتن و مکانیک اندام و عضلاتی که نقش اصلی را در انجام حرکات و مانورهای بدن در هنگام راه رفتن به عهده دارند، طراحی و ساخت یک اگزواسکلتون بدون آشنایی با نحوه انجام حرکات توسط بدن امری بیهوده و مسلما" خطرناکی است، زیرا اگزواسکلتون در تماس با بدن انسان بوده و دائما" در حال تراکنش نیرو می باشد و هرگونه اشتباهی در تخمین میزان نیروی اعمالی می تواند باعث آسیب رساندن به بدن کاربر شود. در ادامه با استفاد از اطلاعات به دست آمده از بیومکانیک بدن انسان، اقدام به طراحی و مدل سازی یک اگزواسکلتون پایین تنه نموده ایم، نکته مهمی که در مدل سازی یک اگزواسکلتون باید در نظر داشت این است که اگزواسکلتون در فرایند راه رفتن در وضعیت های متفاوتی قرار می گیرد که هر وضعیت نیاز به مدلی جداگانه برای توصیف فیزیک مسئله دارد. در یک ربات اگزواسکلتون الگوریتم کنترلی تضمین می کند که ربات در هماهنگی کامل با فرد پوشنده به گونه ای حرکت کند که کمترین تبادل نیرو بین آنها به وجود بیاید. در ادامه روشی برای کنترل یک اگزواسکلتون ارائه شده است، نتایج پیاده سازی این کنترلر بر روی یک اگزواسکلتون بسیار ساده نشان می دهد که می توان توان مصرفی کل برای انجام یک حرکت را بین عضلات بدن و موتور اگزواسکلتون به هر نسبتی تقسیم نمود. در ادامه یک عملگر نیرو به عنوان مهمترین و حساس ترین بخش یک اگزواسکلتون طراحی و مدل سازی شده و در نهایت این عملگر نیرو با امکانات موجود ساخته شده است. به طور کل می توان ادعا کرد که در این پایان نامه فناوری طراحی و ساخت اگزواسکلتون ها بومی سازی شده است.

در این پایان نامه ربات اسکرا طراحی، ساخته و کنترل شده است. هدف اصلی، طراحی یک ربات صنعتی بوده که از لحاظ سرعت و دقت قابل مقایسه با بهترین محصولات تولید شده توسط کمپانی های معتبر باشد. طراحی ربات بر مبنای دو مسیر تست انجام شده است. این دو مسیر سخت ترین شرایط کاری ربات را در بر می گیرد. سینماتیک و دینامیک ربات تشریح شده و صحت آن با نتایج شبیه سازی عددی بررسی شده است. کنترل ربات به روشهای pid و smc انجام شده و نتایج پیاده سازی عملی دو کنترلر مقایسه شده است. دو مسیر تست به صورت عملی طی شده و نتایج آن تشریح شده است. ماکزیمم سرعت خطی در صفحه افقی کسب شده است. تکرارپذیری ربات به صورت عملی آزمایش شده و تکرارپذیری بدست آمده است.

چکیده در دهه¬های اخیر نگرش جدیدی در طراحی و ساخت بازوهای مکانیکی رخ داده است. این نگرش که کاهش هزینه¬های طراحی و ساخت و کاهش مصرف انرژی را دنبال می¬کند، به دنبال استفاده از لینک¬های انعطاف¬پذیر بجای لینک¬های صلب می¬باشد. از طرفی ربات¬های با وزن کمتر قابلیت حرکت با سرعت و شتاب¬های بالاتری را دارند. اما ربات¬ها در اثر این کاهش سفتی ارتعاش می¬کنند که باید بررسی شود. هدف کلی این پایان¬نامه، ارائه مدل تحلیلی و حل تحلیلی- تقریبی برای دینامیک و ارتعاشات ربات¬هایی است که لینک¬های انعطاف¬پذیر آنها مفصل کشویی داشته باشند. مدلسازی دینامیکی مکانیزم¬های انعطاف¬پذیری که در آنها بیش از یک مفصل کشویی فعال یا غیر فعال روی لینک¬های انعطاف¬پذیر بلغزند، با استفاده از روش¬های تحلیلی یا تحلیلی- تقریبی به ندرت انجام شده است. مدلسازی این نوع از مکانیزم¬ها حتی با استفاده از روش اجزاء محدود نیز کمتر مورد توجه قرار گرفته است. به خصوص در مورد ربات¬های موازی و حتی ربات¬های سری با چندین مفصل کشویی روی لینک¬های انعطاف¬پذیر گزارشی ارائه نشده است. لذا در این پایان¬نامه، در ابتدا ربات¬های ساده¬تر pp و pr-prp با یک مفصل کشویی روی یک لینک انعطاف¬پذیر ارائه می¬شود. سپس ربات¬های پیچیده¬تر 3-prp ، 3-psp و ppp با چندین مفصل کشویی و لینک انعطاف¬پذیر با استفاده از روش دینامیک مقید مدل می¬شوند. برای مدلسازی مفصل¬های کشویی، قیدهای هندسی که از ترم¬های مشتق اول و دوم بهره می¬برند برای توابع پیوسته مودشیپ نوشته می¬شوند. از این قیدها در روش¬های تحلیلی و به خصوص برای مکانیزم¬ها استفاده نشده است. علاوه بر این برای مدلسازی نقطه اتصال چندین زیرسازه تیرمانند، در حرکت¬های دو بعدی و سه بعدی قیدهای هندسی جدیدی ارائه می¬شوند. برای استفاده از قیدهای هندسی فوق روی توابع پیوسته و مشتق¬پذیر، روش مودهای فرضی معمولی به روش مودهای فرضی مقید توسعه داده می¬شود. انتخاب توابع مودشیپ مناسب برای روش حل مودهای فرضی مقید مورد بررسی قرار می¬گیرد. مدل¬های ارائه شده در این تحقیق اثر متقابل حرکت الاستیک و حرکت صلب ربات¬ها را در نظر می¬گیرند اما به جز برای ربات pp ، در ربات¬های دیگر فقط در حالت¬هایی حل می¬شوند که حرکت الاستیک بر حرکت صلب بی¬اثر است. علاوه بر پاسخ ارتعاشی، نیروهای قیدی و نیروهای راننده ربات¬ها نیز محاسبه می¬شوند. صحت مدل تحلیلی ارائه شده همراه با روش حل مودهای فرضی مقید در مقایسه با مدل اجزاء محدود مورد تأیید قرار می¬گیرند. واژه¬های کلیدی: لینک انعطاف¬پذیر، ربات موازی، ربات سری، مفصل کشویی، روش مودهای فرضی مقید.

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 حتی شنا کردن در دریاچه ها. به خاطر دارا بودن چنین قابلیت های زیادی، امروزه ربات های مارمانند در مصارف متعددی به کار گرفته می شوند. یکی از اصلی ترین زمینه ها در تحقیقات رباتیک، حل دینامیک ربات است تا از آن طریق بتوان مدل مطلوبی از عملکرد آنرا بدست آورد. پژوهش پیش رو سعی دارد تا گامی موثر در حل دینامیک ربات های مارمانند سه بعدی بردارد. به منظور حل دینامیک ربات، ابتدا یک ربات شش لینکی با قابلیت حرکت در سه بعد در نظر گرفته شده است. قبل از مطالعه رفتار دینامیکی ربات های مارمانند، نیازمند شناخت سینماتیک حرکات هستیم. بدین منظور ابتدا مسئله سینماتیک ربات بررسی شده، سپس با مطالعه اشکال حرکت های سه بعدی، آن ها را مدل سازی می نماییم. بستر حرکت ربات توسط فنر دمپر شبیه سازی شده تا بسیار نزدیک به زمین واقعی باشد، بطوریکه در ضربات عکس العمل های خوبی از خود نشان دهد. آنگاه دینامیک مسئله توسط روش گیبز-اپل بیان شده و گشتاورهای لازم برای حرکت بدست می آید. در نهایت درستی روند حل با مدل شبیه سازی شده در نرم افزار سیمکانیک بررسی خواهد شد.

چکیده ندارد.

امروزه بازو های رباتیک از بخش های جدا ناپذیر صنعت می باشند و گستره ی کاربرد های آنها به زمینه هایی همچون پزشکی، فناوری های فضایی و غیره رسیده است. بازو های رباتیکی که در گذشته به کار می رفتند، ساختاری سری داشتند، بدین معنی که در ساختار مکانیکی آنها حلقه ی بسته ای وجود نداشت. 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 برتری هایی نسبت به ربات های سری هستند. از جمله این برتری ها می توان 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. سینماتیک مستقیم بخشی ضروری در بسیاری از کنترل کننده های ارائه شده برای ربات موازی می باشد. 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 مناسبی برای حل این مسئله ارائه نشده است. یکی از مهمترین بخش های علم رباتیک، علم کنترل می باشد. کنترل ربات نقش بسیار مهمی در دقت ربات در پیمودن مسیر مورد نظر دارد. 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 سینماتیک، دینامیک و کنترل ربات موازی صفحه ای با سه درجه ی آزادی 3-rrr مورد مطالعه قرار گرفته اند. اما از آنجا که بیشترین چالش ها در زمینه ی ربات موازی بر روی نحوه ی حل سینماتیک مستقیم و کنترل آن است، سعی شده است تا چندین روش سریع و دقیق برای حل سینماتیک مستقیم و همچنین کنترل کننده هایی که نسبت به کنترلر های ارائه شده در گذشته دقیق تر و مقاوم تر بوده و نیاز به حجم محاسبات کمتری دارند، ارائه شود. در این راستا از روش هایی چون روش های خطی سازی، سیستم های فازی، الگوریتم ژنتیک و روش های بهینه سازی کمک گرفته شده است. در پایان هر بخش از پروژه، برای مقایسه و بررسی مباحث مورد مطالعه، مثال هایی عددی برای مقایسه ارائه شده است.