سیستم های تنسگریتی که به طور گسترده در طبیعت یافت می شوند، مزایای چشم گیری دارند. در این اواخر سیستم های تنسگریتی مورد توجه محققین در زمینه علوم رباتیک و مکانیزم ها قرار گرفته است و نمونه هایی از مکانیزم های تنسگریتی معرفی شده است. تحقیقات انجام شده در زمینه مکانیزم های تنسگریتی بسیار اندک و مبهم می باشد. در این پایان نامه، با بررسی ساختار مکانیزم-های تنسگریتی ارائه شده در دهه ی اخیر، یک مکانیزم تنسگریتی فضایی جدید پیشنهاد داده شد. مدل پیشنهاد شده یک مکانیزم تنسگریتی انعطاف پذیر یا سازگار شش درجه آزادی - سه درجه آزادی انتقالی و سه درجه آزادی دورانی - می باشد که بر اساس ربات موازی استوارت طراحی شده است. سه بازوی ربات استوارت با سه محرک فنری جایگزین شده است و در سه بازوی دیگر مکانیزم، پیستون محرک ها با سه فنر خطی بصورت سری متصل شده است. در این مدل، از محرک-های فنری استفاده شده است. این محرک ها شامل یک قسمت فنری و کابلی می باشند و بصورت سری به یکدیگر متصل شده اند. طول کابل قابل تغییر می باشد و توسط یک قرقره جمع می شود. این نوع از محرک ها می توانند جایگزین مناسبی برای بازو ها با مفصل منشوری باشند و در عین حال اینرسی مکانیزم را کاهش دهند. اما مهمترین عاملی که باید در نظر گرفته شود شرط کششی بودن این محرک ها است. این مکانیزم علاوه بر سبک بودن، در عین حال محکم و در مقایسه با سایر سیستم های مشابه دارای نسبت مقاومت به جرم استثنایی می باشند. در این پایان نامه، مسائل تحلیل سینواستاتیکی و تعادل استاتیکی مکانیزم مورد بررسی قرار می-گیرد و صحه گذاری سینواستاتیک معکوس و مستقیم مکانیزم با مثال های عددی انجام می پذیرد. معادلات دینامیکی مکانیزم پیشنهادی با استفاده از اصل کار مجازی بدست آورده می شود و حرکت مکانیزم همراه با سه مثال شبیه سازی می شود. نتایج شبیه سازی نشانگر کارایی مکانیزم های طراحی شده است. از آنجایی که این تحلیل ها در کلی ترین حالت می باشند می توان از آنها جهت الگویی برای تحلیل مکانیزم های مشابه استفاده نمود. در نهایت طراحی مسیر بهینه با کمینه سازی زمان و انرژی همراه با شبیه سازی برای مکانیزم مورد بررسی قرار می گیرد.

مشکلاتی که پس از ضربه مغزی یا بیماریهای دستگاه عصبی رخ میدهد منجر به بروز محدودیتهای حرکتی و کلامی برای مدت طولانی در بیماران میشود. پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه ارتباط مغز انسان و کامپیوتر (bci) امکان شناسایی و طبقه بندی فعالیتهای الکتریکی و متابولیک مغز و تبدیل آنها به یک فرمان کنترلی برای کامپیوتر و یا یک دستگاه توانبخشی را فراهم می نماید. در این پایاننامه طراحی مکاترونیکی یک سیستم واسط مغز و کامپیوتر بر پایه سیگنالهای تصور حرکتی با هدف کنترل حرکت یک بازوی رباتیک مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور در پروسه پردازش سیگنال در مرحله استخراج ویژگی از روش بسته موجک برای تحلیل ویژگیهای فرکانسی و زمانی سیگنالهای مغزی دو کلاسه (مربوط به دو تصور حرکتی متفاوت) استفاده شده است. روشهای dslvq و جستجوی فرکانسی به عنوان راهکاری برای کاهش ویژگی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بررسی عملکرد این روشها، طبقهبندهای خطی و غیرخطی شامل svm، شبکه عصبی چندلایه، mlp)، k-nn، پارزن و طبقه بند بیزین مورد استفاده قرار گرفت. دقت حاصل از این روشها بین 67 تا 90 درصد و بیشینه مقدار ضریب kappa برابر با 0.8 میباشد. در انتها به عنوان یک راهکار ابتکاری و نوین، با هدف افزایش دقت طبقه بندی سیگنالهای مغزی، ترکیب نتایج طبقه بندها در دستور کار قرار گرفته است. از این رو، روش میانگین وزندار مرتب شده (owa) و روشهای مبتنی بر انتگرال فازی (سوگنو و چکوئت) برای اجماع نظر بین نتایج طبقه بندها به کار گرفته شده است. به کمک روشهای owa، سوگنو و چکوئت دقت نتایج طبقه بندی به ترتیب به 93، 95 و 97,5 درصد افزایش یافته است ضمن آنکه زمان مورد نیاز برای پردازش سیگنال در روش owa کوتاهتر می باشد. با توجه به اینکه سیگنالهای مغزی مورد استفاده از بانک داده مربوط به دو کلاس تصور ذهنی مختلف است، بنابراین از نتایج طبقه بندی سیگنالهای مغزی برای کنترل حرکت یک دستگاه توانبخشی آرنج استفاده شده است. دستگاه توانبخشی موردنظر بر اساس پروتکلهای توانبخشی آرنج با هدف افزایش سرعت بهبود بیماران طراحی گردیده است. همچنین با بکارگیری محرک کابلی امکان شبیه سازی هرچه بهتر تغییرات سختی آرنج انسان فراهم شده است. از جمله مزایای مکانیزم ارزان و سبک پیشنهادی، ایجاد حرکت هموار برای مفصل با سختی قابل تنظیم، جبران اثرات گرانش، کاهش ابعاد موتورهای محرک و در موارد توسعه یافته، توانایی کنترل همزمان چند مفصل و انتقال قدرت به میلههای متصل به آنها تنها با استفاده از یک منبع قدرت است. همچنین با ایجاد شرایط حرکتی برگشت پذیر با استفاده از محرک کابلی، تعاملی ایمن و بی خطر بین دستگاه و کاربر شکل گرفته است.

ناوبری در محیط پیرامونی برای هر وسیله متحرکی مهم است. اجتناب از موقعیت های پرخطر نظیر برخوردها و شرایط غیر ایمن به یک مسئله بهینه سازی مسیر منجر می شود. این مسئله، طراحی مسیری است که تعدادی معیار را با رعایت شرایط مرزی کمینه و یا بیشینه می نماید. مسئله طراحی مسیر بدون برخورد برای ربات های سیار در این رساله مطرح می شود و روش های تکاملی متعددی برای حل مسئله بهینه سازی به کار گرفته می شود. بعلاوه برای اجتناب از موانع، گرادیان تابع پتانسیل واقع شده روی موانع بر پایه الگوریتم میدان پتانسیل در نظر گرفته می شود. این مسئله بهینه سازی می تواند با اثرات شیب سطح حرکت و دینامیک ربات تلفیق گردد. به منظور ارزیابی بازدهی انرژی مسئله جدیدی تدوین می گردد. تابع هدف بر پایه انرژی ربات و به منظور افزایش زمان اجرای عملیات ربات و شارژ باتری کمینه می شود. این انرژی اغلب در موتورها هدر می رود که این هدر رفت به منحنی سرعت ورودی ربات سیار وابسته است. الگوریتم های ارائه شده برای تولید مسیر حرکت ربات های سیار چرخ دار، کلیت و بازدهی مناسبی دارند. آزمایشات عملی به منظور اعتبار سنجی رویه پیشنهاد شده انجام می شود. نتایج گزارشات با داده های حرکتی از ربات رومبای شرکت آی¬ربات جمع آوری می¬شود. تلاش ها روی بهبود این ربات خانگی به یک سامانه تحقیقاتی رباتیک متمرکز می¬شود تا از حسگرهای ربات بهره ببرد. شبیه ساز گرافیکی برای دسترسی به جزئیات داده¬های مورد نیاز الگوریتم ها طراحی می شود. شبیه سازی و آزمایشات تجربی صورت گرفته و مقایسه می شوند. انطباق آن ها نشان می دهد که عملکرد خوبی در حل مسائل بهینه سازی برای اجتناب از کمینه های محلی محقق شده است.

امروزه ربات های پادار، یکی از موارد مورد توجه پژوهشگران علم رباتیک می باشند. این ربات ها به دلیل قابلیت مانور بهتر نسبت به انواع دیگر ربات ها، توانایی عبور از موانع موجود در محیط زندگی انسان را دارند. ربات های دوپا یکی از انواع ربات های پادار بوده که مهم ترین و اساسی ترین مسئله در آن ها، ایجاد مسیر پایدار برای حرکتشان است. در بسیاری از منابع علمی، ربات دوپا به صورت دو بعدی و بدون حرکت فعال پنجه پا مدل سازی و تحلیل شده است. به منظور نزدیک تر شدن مدل سازی حرکت ربات به حرکت پای انسان در این پایان نامه، ربات به صورت سه بعدی و همراه با در نظرگیری حرکت فعال پنجه پا بررسی شد. در این میان، از کاربردی ترین معیار پایداری در ربات های دوپا یعنی، معیار نقطه گشتاور صفر بهره گرفته شد. در این پژوهش، ابتدا به معرفی ربات های دوپا، تاریخچه، ویژگی ها، اصول و اصطلاحات رایج مربوط به آن ها پرداخته شده و همچنین نگاهی اجمالی به منحنی های حرکتی انسان به منظور درک بهتر راه رفتن صورت گرفته است. سپس به طراحی مسیر گام پایدار برای یک ربات 9 عضوی فعال به کمک پایداری نقطه گشتاور صفر اقدام شده است. یکی از ویژگی های گام برداشتن انسان به منظور ایجاد گام های بلندتر، وجود حالتی است که در آن کف پا حول مفصل پنجه پا دوران می کند. از این رو در این پایان نامه از گامی استفاده می شود که همانند انسان در لحظاتی از حرکت، پای تکیه گاه ربات حول مفصل پنجه پا به صورت فعال دوران می کند. روش مورد استفاده برای حل معادلات حرکت این ربات استفاده از قیدی فرضی برای نقطه گشتاور صفر است. با استفاده از این روش معادله اولیه قابل قبولی برای حرکت ربات به دست می آید و به کمک الگوریتمی مسیر حرکت مفاصل ربات محاسبه می شود. سپس با بررسی پایداری نقطه گشتاور صفر ربات و به کمک الگوریتم دیگری مبتنی بر آزمون و خطا، حرکت مطلوب ربات و مسیرهای مطلوب حرکت مفاصل حاصل می شود. در نهایت برای کنترل ربات دوپای فوق از روش کنترل گشتاور محاسبه شده برای ردگیری مسیرهای مطلوب حرکت مفاصل ربات استفاده شده است. ضرایب بهره تناسبی و مشتقی این کنترل کننده به کمک روش بهینه سازی اجتماع ذرات که الگو گرفته از زندگی اجتمایی حیوانات است، بدست آمد.

قلب و سیستم انتقال خون، از مهم ترین ارگان های بدن انسان می باشند. هر اختلالی در این ارگان ها بر روی عملکرد کل بدن تأثیر بسیار محسوسی داشته، زیرا سیستم انتقال خون مسئولیت تأمین انرژی مورد نیاز تمام ارگان های بدن (از جمله خود قلب) را برعهده دارد. بیماری های قلبی هر ساله در جهان تعداد زیادی از انسان ها را از بین می برد یا بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد. آمار مرگ و میر ناشی از مشکلات قلبی بسیار بیشتر از هر سانحه یا اتفاق طبیعی دیگر است. این امر علت اصلی توسعه فعالیت های علمی و پژوهشی در دانش پزشکی و در زمینه بیماری های قلبی و گسترش وسیع و سریع آن به حوزه سایر علوم نظیر علوم مهندسی برای یافتن راه های موثر پیشگیری از این دسته بیماری ها می باشد. پایان نامه حاضر در چنین مسیری و با هدف کمک به توسعه الگوریتم های شناسایی آریتمی های قلبی با استفاده از داده های حاصل از سیستم های اندازه گیری مشخصات قلب، نظیر سیگنال الکتروکادیوگرام تدوین گردیده است. در فصل اول به توضیحاتی درباره اهمیت توجه به موضوع پرداخته شده و مقدمه ای مختصر آورده شده است. در فصل دوم به شرح آناتومی و چگونگی عملکرد قلب در سیستم گردش خون پرداخته شده است. فصل سوم مروری بر کارهای انجام شده در مقالات بوده و تاریخچه موضوع بیان شده است. فصل چهارم حاوی تئوری ها و روش های پردازش داده و تولید آمارگان تصمیم گیری مناسب با استفاده از سیگنال های حاوی اطلاعات از عملکرد قلب می باشد. در فصل پنجم که اصلی ترین قسمت پایان نامه حاضر است، روش ها و الگوریتم های تجمیع نظرات طبقه بندها شرح داده شده است و نتایج شبیه سازی این الگوریتم ها در فصل ششم آورده شده است. در نهایت درفصل هفتم به جمع بندی مطالب ارائه شده پرداخته و پیشنهادهایی برای توسعه موارد مطرح شده در این پژوهش ارائه می گردد.

چکیده ربات های کف نورد یکی از کاربردی ترین ربات های متحرک، در امر کاوش هستند. این ربات ها در انواع چرخ دار و مجهز به پا ساخته شده اند و بنا بر کاربرد ساختار مکانیکی متفاوتی یافته اند. این ساختار مکانیکی مشکلاتی را نیز فراهم آورده است؛ که از جمله آن می توان به محدودیت های کارکرد در برخی وضعیت ها اشاره کرد. ربات های چند کارکرد و مولتی مد، توانایی پیمایش و کاوش در بازه گسترده تری از وضعیت ها را دارند. استفاده از یک بازوی مناسب کمک یارِ کاوش، مهم ترین مفهوم پس از انتخاب ساختارِ پایه پویا می باشد. در این راستا اگر ربات با یک محیط ناشناخته رو برو گردد باید توان حمل و برداشت انواع نمونه ها و پویش در انواع سطوح را داشته باشد. دستیابی به این امر با استفاده از ربات های چند کارکرد فراهم می گردد. در این پژوهش تلاش شده تا با ابداع یک ربات پایه پویای نوین چند کارکرد و به کار گیری یک بازوی ساختار پیوسته مهره ای چند کارکرد، بهترین توانمندی دینامیکی برای یک کاوش گر فراهم آید. از سویی مساله پایداری نیز از جمله اصلی ترین مفاهیم در طرح نوین بوده است؛ که پایداری مناسب تری را برای ربات نوین نسبت به نمونه های همکار موجود فراهم می آورد. برای اثبات توانمندی های این ربات و شناساندن مرز های کارکرد و برتری هایش، به نمونه های موجود، از مدل سازی دینامیکی به روش لاگرانژ، در مرحله نخست و معادلات توانمندی مکانیکی(به دست آوردن مرز های شتاب و نیرو و کارکرد)، معادلات زاویه بیشینه پایداری(مقایسه و بررسی پایداری ساختار ها)، معیار پیشنهادی حجم کارکرد(دستیابی به یک عدد برای نمره دهی به توانمندی) استفاده شده است. برای اثبات توانمندی بخش های گوناگون، به تحلیل اکتفا نشده و قسمت های ناملموس و نوینِ ربات، ساخته و آزمایش شده-اند. تا کارکرد آن بخش ها اثبات گردد؛ و از سویی از نتایج عملی در تحلیل ها استفاده شود. ربات نوین روتوپود نامگذاری شده است؛ که برگرفته از یکی از توانمندی های ربات در به کار-گیری چرخ و قلاب و پا است. ایده، به گونه ای پرورش یافته که هیچ المان اضافه ای به یک ربات چهار پا افزوده نشود؛ بلکه با تغییرات هندسی و دینامیکی به مقصود رسید.

جرثقیل بهبودیافته نوع پیشرفته جرثقیل های سنتی است که در آن علاوه بر حمل بار امکان کنترل دقیق آن نیز وجود دارد. جرثقیل بهبودیافته اولین بار توسط سازمان ملی استاندارد و تکنولوژی آمریکا معرفی شده است. از مزایای این نوع ربات می توان به پوشش فضای کاری وسیع، قابلیت حمل بار زیاد و اشغال فضای کم تجهیزات آن اشاره کرد. در این تحقیق، دو مدل ربات موازی کابلی و سه مدل ربات مرکب از ربات های موازی کابلی معرفی شده و روابط دینامیک و سینماتیک استخراج گردیده است. ازآنجایی که مدل های مطرح شده در این تحقیق همگی از نوع زیرمقید می باشند، مسئله سینماتیک و استاتیک در این مدل ها همزمان حل شده است. همچنین برای مدل مرکب فضایی، عدم قطعیت ناشی از تلاطم سیال و عدم قطعیت ناشی از تأثیر بخش سری و بخش موازی بر روی یکدیگر مدل سازی و روابط آن استخراج شده است. با استفاده از یک روش جدید در طراحی ربات جبران سازی دینامیکی صورت گرفته است. در انتها مسیر بهینه برای حرکت بین دو نقطه با توجه به معیار عملکرد موردنظر طراحی شده است. در طراحی مسیر، از روش جدید ترکیبی استفاده شده است.