در این پژوهش درگام اول به بررسی شکل مقره ها و خطوط انتقال در ایران پرداخته سپس بنا به نیاز خطوط موجود در ایران مکانیزم حرکتی مورد نظر را طراحی کرده و در گام بعدی به مدلسازی سینماتیکی و بخشی از دینامیک ربات پرداخته می شود، همچنین کنترلری طراحی می شود تا ربات بتواند بصورت خودکار از مقره ها عبور کند. بعد از طراحی و تحلیل نتایج اقدام به ساخت نمونه آزمایشگاهی ربات می شود.

طراحی و ساخت موتورهایی با ابعاد نانو یکی از چالش های علمی در سال های اخیر و به ویژه پس از پیشرفت های علمی در زمینه ی فناوری نانو بوده است. باتوجه به اندرکنش ناچیز نور و ماده در ابعاد نانو (گشتاور حاصله ی ناچیز) ابعاد موتورهای ساخته شده تا کنون میلی متری و در بهترین حالت میکرومتری بوده است. مشکل کوچک سازی ابعاد موتورهای ریز مقیاس برای کاربردهای خاص در پژوهش های اخیر با ایجاد ساختارهای رزونانس پلاسمونیک به کلی مرتفع شده است. رزونانس پلاسمونیک توانایی افزایش میزان اندرکنش ماده با نور را داشته و در حالتی که طول موج کاری ادوات فوتونیکی بسیار بزرگتر از ابعاد ساختار باشد؛ به خوبی کارآیی دارد. موفق ترین و کامل ترین گزارش علمی منتشر در این زمینه، پژوهش پروفسور ژانگ و همکارانش در دانشگاه برکلی بوده است وتحلیل سیستم معرفی شده ی آنها گام مهم و بلندی برای طراحی های بعدی است و بخش اعظمی از این پژوهش به این مساله اختصاص داده شده است. مکانیزم کاری این موتورها دوران ناشی از اختلاف فاز ایجاد شده بین جریان های سطحی ایجاد شده است که باعث پدید آمدن نیروهای در خلاف جهت و نهایتا گشتاور می شود. در این پایان نامه ابتدا گشتاور ایجاد شده در یک ساختار پلاسمونیک پایه در اثر تابش یک نور پلاریزه شده بررسی گردید و سپس پارامترهای موثر در ایجاد گشتاور از قبیل شکل ساختار پلاسمونیکی و فرکانس موج تابشی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی کیفی ماهیت ایجاد گشتاور و مبنای نظری و فیزیکی و تفسیر آن و همچنین یافتن مکانیزم مناسبی برای محاسبه گشتاور به طور کمی در هر فرکانس تابشی در محیط نرم افزاری comsol به عنوان یک روش تحلیل اجزای محدود، از دستاوردهای این پروژه است. حال با حل مشکل ابعاد و ساخت نمونه های اولیه تلاش های بعدی برای بهره برداری از یک منبع باند پهن به جای استفاده از نور تک فرکانس در دستور کار پژوهش های بعدی می تواند قرار گیرد.

در این پایان¬نامه، روش جدیدی برای سرکوب ترمور ارائه شده است به¬طوری¬که با تهاجم و عوارض عصبی کمی همراه است. به منظور پیاده¬سازی این روش توان¬بخشی، یک دستگاه توان¬بخشی برای سرکوب ترمور طراحی و ساخت شده است. روش¬های موجود برای سرکوب ترمور دو ایراد عمده دارند؛ اول اینکه با عوارض جانبی آزاردهنده¬ای همراه¬اند و دوم اینکه فاقد فیدبک برای تشخیص و درمان همزمان ترمور می¬باشند که در این تحقیق سعی شده است، هر دو مسأله مد نظر قرار گیرد. روش ارائه شده برای سرکوب ترمور در این پایان¬نامه، تحریک عصب و عضله عضو درگیر ترمور است. مراحل تشخیص و درمان بدین صورت است که با استفاده از یک حسگر شتاب سنج از لرزش¬های دست بیمار فیدبک گیری می¬شود. با پردازش سیگنال های شتاب سنجی به واسطه پردازش موازی میکروکنترلر و کامپیوتر، مولفه های اصلی ترمور آشکار می¬شوند. بر اساس پارامتر های اندازه گیری شده ترمور، سیگنال جدیدی طراحی می¬شود که با اعمال این سیگنال به عضله، با عامل به وجود آورنده ترمور مخالفت می¬شود. این کنترلر که به عنوان کنترلر سطح پایین سیستم شناخته می¬شود، با یک کنترلر سطح بالاتر اصلاح می¬شود. درواقع کارکرد سیستم ارائه شده بدین صورت است که با یک فیدبک آنلاین حلقه بسته با استفاده از روش شتاب سنجی، ترمور را تشخیص داده و با استفاده از تحریک عصب و عضله با الکترود های تحریک سطحی emg، ترمور را سرکوب اجباری می کند. با تحریک موضعی عصب و عضله، حرکات مزاحم ناشی از ترمور، بدون اینکه در محتوای سایر فرمان های حرکتی اثر مخربی ایجاد شود، حذف می¬گردد. این سیستم، یک کنترلر سطح بالاتر دارد که با بررسی نتایج میزان سرکوب ترمور، پارامتر های تحریک کننده را اصلاح و به کنترلر سطح پایین¬تر اعمال می کند. کنترلر سطح بالا با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و یک کنترلر فازی طراحی شده است. این کنترلر وظیفه اصلاح ضرایب کنترلی کنترل کننده، طبقه بندی داده¬ها و اعتبارسنجی را برعهده دارد. اعتبار سنجی این روش درمان با پیاده سازی بر روی بیمار و بررسی نتایج انجام شده است؛ همچنین با طراحی یک طبقه بندی کننده با شبکه¬های عصبی و مقایسه بین افراد سالم و درمان شده، صحت نتایج درمان بررسی شده است.

امروزه ربات ها در زندگی انسان در بخش های مختلفی مورداستفاده قرار می گیرند. ربات های دوپا به دلیل شباهت ظاهری به انسان در بین دیگر ربات ها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. ربات های دوپا در راه رفتن و دویدن دینامیکی با استفاده از واژگونی خود دارای بازدهی بالاتر نسبت به ربات هایی است که گام های متناوب حرکت آنها به صورت استاتیکی انجام می پذیرد. بدون شک در شرایط موردنیاز ربات باید قادر به دویدن باشد؛ سرعت دویدن نیز می تواند بسته به موقعیت، حائز اهمیت باشد. استفاده از لینک های فنری موجب کاهش ضربه سطح به ربات، افزایش بازدهی و همچنین حرکت روان تر می شود. مشکل اصلی استفاده از لینک های انعطاف پذیر، کنترل دشوار ربات می باشد. تاکنون مدل های مختلفی برای دویدن ربات با استفاده از لینک های انعطاف پذیر ارائه شده است؛ که مدل آونگ فنری وارون slip)) را می توان به عنوان یکی از بهترین مدل های ارائه شده برای دویدن با لینک های انعطاف پذیر نام برد. در این مدل کل ربات بر اساس حرکت یک آونگ فنری وارون مدل سازی و کنترل می شود. پیاده سازی این مدل در عمل بسیار مشکل است. مکانیسم دویدن سیستم های بیولوژیکی به دلیل دارا بودن قسمت های انعطاف پذیر، دارای بازدهی بالاتری نسبت به سیستم های مکانیکی هستند. در این پایان نامه ابتدا به بررسی فیزیولوژی ماهیچه می پردازیم و سپس مدل مکانیکی هیل را ارائه می کنیم؛ بر اساس فیزیولوژی ماهیچه مدل های مکانیکی مختلفی ارائه شده است که ما به دلیل سادگی و دارا بودن المان های اساسی موردنیاز برای دویدن دوپا، مدل ماهیچه نوع هیل را انتخاب کرده ایم. تا پس ازآن بتوانیم سیستم تحریک فنری عملی دارای کارایی انرژی نزدیک به عملکرد ماهیچه ها را برای ربات های دوپا پیشنهاد دهیم. در این پایان نامه با ارائه یک روش ابتکاری برای تحریک ناقص ربات با استفاده از سینماتیک و دینامیک معکوس برای هر مسیر دلخواه سازگار با شرایط اولیه ربات پروفیل نیروهای مورد نیاز محاسبه می گردد؛که ربات بتواند آن را طی کند و برای اعتبارسنجی آن را با دینامیک مستقیم چک کردیم. در قدم بعد از مدل ماهیچه استفاده شده است که از ثمرات آن می توان به کاهش ضریب مصرف انرژی کل و همچنین کاهش ماکزیمم نیروی محرک ماهیچه نسبت به نیروی لازم کل نام برد.

رباتهای دوپا بیش از سه دهه موضوع تحقیق پژوهشگران بوده است، اما هنوز طراحی مکانیزم و کنترل ربات دوپایی که بتواند راه رفتن و دویدن بهینه و سریع مشابه موجودات زنده انجام دهد، یک مساله تحقیقاتی باز است. کارآیی مدل آونگ وارون فنری (slip) در توصیف دینامیک دویدن موجودات زنده نشان داده شده است و در سالهای اخیر تلاش هایی برای کنترل ربات های دوپای واقعی بر مبنای دینامیک slip صورت گرفته است. محققان نشان داده اند که مدل آونگ وارون فنری در عین سادگی می تواند دینامیک راه رفتن و دویدن انسان را توصیف کند. مدل slip معادل ربات یک مدل جرم-فنر است که جرم متمرکز آن دارای موقعیت و سرعت یکسان با مرکز جرم ربات است و پای فنری آن خطی است که پنجه پای تکیه گاهی را به مرکز جرم ربات وصل می کند. هدف این پژوهش تعیین میزان بهینگی و مفید بودن کنترل دویدن ربات های دوپای واقعی بر مبنای مدل slip می باشد و گام بهینه دویدن را برای ربات دو پا بر مبنای مدل slip طراحی خواهیم کرد.

طراحی و ساخت ربات هایی که از نظر رفتارهای حرکتی از حیوانات، پرنده ها، حشرات و دیگر موجودات زنده تقلید می کنند یکی از زمینه های جذاب پژوهشگران در سال های اخیر بوده است. موضوع این پژوهش در رابطه با ربات هایی است که توانایی جهیدن داشته باشند و به طور مطلوب فرود آیند و بنابراین می توان از حیوانات جهنده در این راستا الهام گرفت. در این پایان نامه ابتدا به بررسی انواع مکانیزم های جهیدن می پردازیم و مکانیزم سیلندر-پیستون پنوماتیکی را به عنوان مکانیزم جهیدن کارآمدتر برای ساخت انتخاب می کنیم. اجزای مکانیکی ربات را طراحی می کنیم و اجزای الکترونیکی و موتورهای لازم را انتخاب می کنیم و سپس مبادرت به ساخت ربات با حداکثر ابعاد 15×35×45 سانتی متر و حداکثر جرم 4 کیلوگرم می پردازیم. این ربات از مکانیزم مخزن گاز co2 و سیلندر-پیستون جهت جهیدن استفاده می کند و یکی از مزایای روش های فوق این است که زمانی برای جهش بعدی نیاز ندارد. ربات ساخته شده به صورت موفقیت آمیز مورد تست تجربی نیز قرار می گیرد