نام پژوهشگر: امیرحسین حاجی آقا معمار

طراحی، تحلیل و کنترل یک ربات با ستون فقرات پیوسته
پایان نامه وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه کاشان - دانشکده مهندسی 1390
  امیرحسین حاجی آقا معمار   مهدی کشمیری

در سال های اخیر محققان با الهام گرفتن از طبیعت و مشاهده نمونه های بیولوژیکی از اندام هایی همانند خرطوم فیل، بازوی اختاپوس و زبان به تحقیق و بررسی در مورد ربات هایی با پیکره انعطاف پذیر پرداخته اند. برخلاف ربات های رایج که از اتصال بازوهای صلب ساخته می شوند، پیکره اصلی این ربات ها از مواد انعطاف پذیر تشکیل می شود. در این تحقیق به طراحی، تحلیل و کنترل یک ربات با ستون فقرات پیوسته پرداخته شده است. مدل سازی سینماتیکی این ربات با فرض شعاع انحنای ثابت هر بخش از ربات انجام شده است و معادلات حاکم بر سینماتیک مستقیم ربات استخراج شده اند. آنالیز نیرویی ربات نیز به کمک اصل کار مجازی و تکنیک های رفع افزونگی محرک به منظور بهینه سازی نیرویی مورد بررسی و شبیه سازی قرارگرفته است. به دلیل وجود افزونگی سینماتیکی در ربات های چند بخشی، حل بسته ای برای مسئله سینماتیک معکوس این ربات ها وجود ندارد. بنابراین طراحی مسیر برای این ربات به صورت عددی و با استفاده از روش معکوس تعمیم-یافته ژاکوبین انجام شده است. نوآوری در تحقیق انجام شده در ارتباط با کاربرد افزونگی برای انجام وظایف ثانویه در حین طراحی مسیر حرکت ربات، از قبیل اجتناب از منفرد شدن، محدودیت حرکتی مفاصل و برخورد با موانع فضای کار و همچنین تطبیق پیکره ربات بر منحنی دلخواه، است. سپس نمونه ای آزمایشگاهی از یک ربات پیوسته دو بخشی با ستون فقرات سوپرالاستیک و چهار درجه آزادی حرکت طراحی و ساخته شده است. طراحی و انتخاب قطعات مکانیکی و سخت افزارهای الکترونیکی به نحوی انجام شده است که کوچک-سازی قطر پیکره اصلی ربات تا حد زیاد امکان پذیر بوده و کشش و فشار ستون های فقرات ربات با دقت بالا انجام شود. از یک سیستم بینایی استریو نیز برای تشخیص موقعیت سه بعدی دیسک انتهایی ربات در فضای کارتزین استفاده شده است. سرانجام یک کنترل کننده بر پایه مدل سینماتیکی طراحی شده و عملکرد آن با پیاده سازی روی ربات مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق قابلیت بالای ربات با ستون فقرات پیوسته در کاربرد های دقیق و حساس که نیازمند عبور از مجراهای تنگ با فضای کاری محدود است را نشان می-دهد. همچنین نتایج حاصل از پیاده سازی عملکرد مطلوب کنترل کننده طراحی شده در فضای مفاصل ربات را نشان می دهد.