گستره کاری بازوهای متحرک در عملیات مختلف به صورت روز افزونی در حال افزایش می باشد، به نحوی که وسعت تحقیقات و پژوهش های انجام شده در این زمینه به خوبی نمایان گر این واقعیت می باشد. در بررسی این سیستم ها که از اجزاء گوناگونی تشکیل شده اند، در نظر گرفتن انعطاف پذیری برای بعضی از اجزاء که فرض صلبیت برای آن ها غیر واقع بینانه است، اجتناب ناپذیر می باشد. به عبارت دیگر، تغییر فرم برخی از اجزاء قابل ملاحظه بوده و فرض صلبیت به معنای ثابت ماندن فاصله بین نقاط آن اجزاء قابل قبول نخواهد بود. وجود چنین انعطاف پذیری به حرکات نوسانی اجزاء مزبور در کنار حرکت جسم صلب می انجامد. این امر، در سیستم های چندجسمی شامل اجزاء صلب و انعطاف پذیر منجر به افزایش پیچیدگی هایی در مدل سازی دینامیک حرکت می شود که مورد بحث بسیاری از محققین قرار گرفته است. از سوی دیگر بازوهای دارای پایه ی متحرک برای انجام وظایفی همچون جابه جا کردن اجسام نیاز به کنترل پیچیده تری دارند. پیچیدگی های ناشی از انعطاف پذیری، کنترل آن ها را دشوارتر نیز می سازد چراکه عضو انعطاف پذیر می تواند سرعت و یا دقت در انجام وظیفه کنترلی را مختل کرده و استفاده از یک رویکرد مناسب در مهار آن، ضروری خواهد بود. در این پژوهش، ابتدا برای سیستم های رباتیک با اجزاء انعطاف پذیر به تدوین یک رویکرد مناسب در مدل سازی دینامیکی این سیستم ها می پردازیم تا از انباشتگی و پیچیدگی در مدل دینامیکی کاسته شده و بتوان از آن در طراحی و پیاده سازی سیستم کنترلی بهره برداری نمود. در ادامه، برخی روش های مطرح در کنترل جابجایی جسم توسط چند بازوی همکار با پایه متحرک را برای این سیستم ها بهبود داده و عملکرد آن ها را مقایسه خواهیم نمود. سپس، با توجه به مشکلات ناشی از انعطاف پذیری اجزاء و با توجه به ویژگی ذاتی این سیستم ها ناشی از کمبود عملگری و همچنین دینامیک به شدت غیرخطی، به ارائه راهکارهای کنترلی جدید برای حل مسئله، یعنی کنترل جابجایی جسم در سیستم های رباتیک با اجزاء انعطاف پذیر می پردازیم. این راهکار ها در دو فصل برای سیستم های رباتیک با اجزاء انعطاف پذیر فعال و سیستم های رباتیک با اجزاء انعطاف پذیر غیرفعال مستقلاً مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین با شبیه سازی و پیاده سازی این کنترلرها بر روی یک سیستم رباتیک با اجزاء انعطاف پذیر مفروض وهمچنین برروی دستگاه تست طراحی شده به بررسی تجربی و مقایسه نتایج عملکرد درعملیات مختلف پرداخته می شود.

با توجه به توسعه روز افزون اتوماسیون و استفاده از عملگرهای مختلف در صنعت، نیاز به استفاده از عملگرهایی که در عین کم هزینه بودن، سرعت و دقت بالایی را تأمین کنند و در عین حال نگهداری و کار کردن با آن ها ساده بوده و نیاز به تجهیزات جانبی کمتری داشته باشند روز به روز بیشتر احساس می شود. عملگرهای هیدرولیکی توان بالایی دارند و خواسته های فوق را به طور مطلوبی تأمین می کنند، به همین دلیل استفاده از آن ها در سال های اخیر در صنایع گوناگون افزایش یافته است. چالشی که هنگام استفاده از این عملگرها با آن مواجه می شویم وجود عواملی که باعث غیرخطی شدن ماهیت سیستم می شوند، می باشد. بنابراین می بایست این عوامل غیرخطی کننده تعیین و میزان و نحوه تاثیر آن ها مشخص گردد. در این پژوهش پس از ذکر مقدمه ای بر مدلسازی دینامیکی و ضرورت انجام آن، به برخی از تحقیقات انجام شده بر روی سیستم های هیدرولیکی اشاره شده است. در ادامه پس از بررسی و معرفی ساختار کلی سروُمکانیزم مورد نظر، یک مدل دینامیکی غیرخطی مناسب که در برگیرنده دینامیک های مهم سیستم باشد، ارائه گردیده است. بدین منظور پس از معرفی تفصیلی عملکرد و اجزاء سیالاتی شیر سروُ، دینامیک سیال عبوری از شیر و ساختار کلی موتور گشتاور، مدل دینامیکی مناسب برای بیان عملکرد شیر ارائه شده است. مدلسازی جک نیز در ادامه گزارش انجام گردیده و بخش انتهایی مدلسازی به تجمیع معادلات حاصل اختصاص داده شده است. سعی بر این بوده که مدل ارائه شده تا حد ممکن عوامل مهم و مؤثر در دینامیک سیستم را در بر داشته باشد. همچنین از دینامیک های غیر مهم صرف نظر شده است، چرا که پیچیده شدن مدل، شناسایی پارامترها و طراحی کنترلر را بسیار سخت می نماید. سپس پارامترهای معرفی شده در بخش مدلسازی را شناسایی می کنیم. بدین منظور به کمک داده های حاصل از آزمایش ابتدا پارامترهای موتور گشتاور و سپس پارامترهای مربوط به معادلات حاکم بر مجموعه جک و صفحه دریافت کننده شناسایی گردیده اند. در پایان به منظور بررسی صحت مدل ارائه شده و پارامترهای حاصل از شناسایی سیستم، نتایج حاصل از آزمایش و شبیه سازی سیستم مقایسه شده اند که نتایج حاصل تطابق خوبی با یکدیگر دارند. در بخش پایانی پژوهش حاضر و پس از تحلیل کارایی مدل ارائه شده و تأیید صحت آن، اثر تغییر در برخی از پارامترهای فیزیکی سیستم بر عملکرد عملگر مذکور نیز مورد بر رسی قرار گرفته است. در نهایت و پس از ارائه نتایج حاصله، پیشنهادهایی برای تحقیقات آتی بیان شده است.

کاربرد های فراوان ربات های پرنده سبب علاقه مندی هر چه بیشتر برای پژوهش و توسعه ی روز افزون آنها گردیده است. از جمله این کاربردها، تصویر برداری های هوایی، برداشتن اجسام و جابه جاکردن آنها، با درنظر گرفتن گیرش های مختلف برای انجام این کار، می باشد. وجود سیستم کنترلی پیچیده و غیر خطی این ربات ها سبب شده است تا توجه بیشتری معطوف به پایدارسازی آنها گردد. در این پایان نامه، مسئله ی اصلی مورد توجه، کنترل پایدار ربات های پرنده ی حامل بار آویزان است. بدین منظور، علاوه بر استفاده از الگوریتم های مناسب و نیز استفاده از تغییر طول کابل، برای اولین بار به طراحی و نصب یک مکانیزم پایدار ساز حرکت دورانی پرداخته شده است. در واقع نوآوری اصلی این پژوهش، ارائه ایده ی استفاده از پایدارساز بر روی ربات های پرنده ی کوادروتور می باشد. در این پژوهش، پس از بررسی تعدادی از مکانیزم های پایدارساز، دو مکانیزم پاندولی و صلیبی برای این مهم برگزیده شده است. پس از استخراج مدل دینامیکی سیستم کوادروتور به همراه بار آویزان و پایدارساز و طراحی کنترلر مناسب برای سیستم، به منظور بررسی عملکرد و انتخاب مکانیزم پایدارساز مناسب و همچنین کنترلر کارآمد مورد استفاده، پرواز کوادروتور بدون در نظر گرفتن بار آویزان شبیه سازی می شود. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده ی عملکرد بهتر مکانیزم صلیبی می باشند. در مرحله ی بعد، پس از اضافه کردن بار آویزان به سیستم، مراحل گذشته، این بار بر روی مسیر پروازی ترکیبی، تکرار می گردد. نتایج حاصله، مؤید موفقیت پایدارساز صلیبی در بهبود عملکرد پرنده در پرواز بر روی مسیر در نظر گرفته شده می باشند. در انتها نیز، به بررسی روشی به منظور از بین بردن نوسانات بار آویزان پرداخته می شود. تا کنون روش های گوناگونی در این زمینه مورد بررسی قرار گرفته است، اما روش مورد استفاده در این پایان نامه، استفاده از تغییرات طول کابل متصل به جرم به منظور کاهش نوسانات بار و اثرات آن بر روی پرنده می باشد. این روش نیز برای اولین بار بر روی این پرنده مورد استفاده قرار می گیرد. بدین منظور، با در نظر گرفتن سه طول مختلف اولیه ی کابل، روش مذکور در پرواز پرنده به همراه بار آویزان به هنگام پرواز بر روی یک مسیر ترکیبی پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده ی افزایش دامنه ی نوسانات جرم آویزان، با افزایش طول اولیه ی کابل و همچنین مقاوم بودن روش مورد استفاده در ازبین بردن نوسانات بار آویزان و اثر آن بر روی پرواز پرنده، نسبت به تغییر پارامتر طول اولیه ی کابل متصل به جرم می باشد.

با توجه به آمارهای جهانی، جمعیت افراد مبتلا به بیماری های منجر به ضعف در اندام های حرکتی، چاقی و کهولت سن رو به افزایش است و یکی از شایع ترین مشکلات این افراد، مربوط به عدم توانایی آنها در تحمل وزن بدن و دردهای ناشی از فشار بر روی مفاصل پا می باشد. لذا استفاده از ربات هایی برای کمک به حرکت این افراد، بسیار ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش پس از آشنایی با مفاهیم اولیه مربوط به ربات های کمک حرکتی و بررسی بیومکانیکی حرکت انسان، به طراحی ساختار حرکتی ربات پرداخته می شود. هدف اصلی از طراحی این ربات اعمال یک نیروی کمکی به کاربر در راستای نیروی وارده به کف پای وی، یعنی در جهت خط واصل مرکز فشار کف پا به نقطه ای موسوم به نقطه اتکای مجازی می باشد. در کنار هدف اصلی طراحی یعنی اعمال نیروی مذکور، در طراحی سعی شده است تا ربات، درجات آزادی طبیعی نیم تنه پایین را محدود نکند و کمترین اثر را بر حرکت طبیعی کاربر داشته باشد. علاوه بر این با توجه به مشکل تأمین انرژی در این ربات ها، تا جای امکان سعی شده است که در ساختار طراحی شده، بیشتر مفاصل غیرفعال باشند تا نیاز به منبع انرژی بزرگ تر کاهش پیدا کند. پس از انجام بررسی های گوناگون در مورد ساختارهای حرکتی مختلف، دو ساختار حرکتی غیر انتروپومورفیک، یکی با مفصل فعال کشویی و دیگری با مفصل فعال دورانی طراحی می شوند. هر دو ساختار طراحی شده شامل یک لینک شبیه به صندلی هستند که نیروی کمکی از طریق آن به کاربر وارد می شود. این دو ساختار همچنین شامل دو لینک به شکل پا و دو لینک به عنوان کفش می باشند که توسط کاربر پوشیده می شود. به منظور بررسی سینماتیک ربات فرض شده است که لینک صندلی دارای 6 درجه آزادی باشد و هر پا نیز 6 درجه آزادی نسبت به آن داشته باشد. این امر سبب می شود تا نیروهای قیدی کف پا وارد مدل دینامیکی شده و حجم مدل نیز نسبت به روش های دیگر مدل سازی کاهش یابد. به منظور اطمینان از صحت مدل دینامیکی، ساختار طراحی شده با استفاده از روش های لاگرانژ و کین مدل سازی شده و مدل به دست آمده صحه گذاری می شود. در نهایت پس از طراحی مسیر برای حرکت ربات ها، با توجه به حرکت واقعی انسان و با استفاده از داده های کلینیکی راه رفتن، نیروی وارد به کاربر و همچنین نیروهای وارد به پاهای تکیه گاهی و متحرک با استفاده از مدل دینامیکی محاسبه می شود. میزان انحراف نیروی کمکی وارده به کاربر نسبت به راستای مطلوب نیز محاسبه شده و مورد بررسی قرار می گیرد. سپس با بهره گیری از نیرو و گشتاور های محاسبه شده، در مورد پایداری ربات بحث می شود. در نهایت نیز عملکرد دو ساختار طراحی شده، مقایسه می شود.