یافتن پیکربندی های تکینه نقش مهمی را در طول طراحی، طراحی مسیر مسیر و مرحله کنترل مکانیزم ایفاء می کند. زیرا در این پیکربندی ها، سینماتیک آنی بطور موضعی نامعین شده و مکانیزم یک یا چند درجه آزادی غیرقابل کنترل بدست آورده و یا یک یا چند درجه آزادی از دست می دهد، بنابراین این پیکربندی ها می بایست تشخیص داده شده و از آنها پرهیز شود. در این پایان نامه تکینگی های مکانیزم های صفحه ای و کروی به دو روش تحلیلی- هندسی و هندسی مورد بررسی قرار می گیرند. در این کار از خصوصیات مراکز و قطب های آنی دوران استفاده شده است. در بخش اول پایان نامه به تحلیل تکینگی مکانیزم های صفحه ای با استفاده از مفاهیمی چون ماتریس های ژاکوبین و مراکز آنی دوران و مزیت مکانیکی پرداخته می شود و در بخش دوم آن تکینگی مکانیزم های کروی با استفاده از مفاهیمی چون قطب های آنی دوران و مزیت مکانیکی بررسی می شود. از مزایای روش های ارائه شده، جامع و فراگیر بودن آنها می باشد به طوری که این روش ها می توانند برای همه انواع مکانیزم ها و ربات های صفحه ای و کروی مورد استفاده قرار گیرند.

در این پایان نامه توزیع تنش در دیسک های دوار با ضخامت و چگالی متغیر در حالت کشسان و کشسان-مومسان با مدل رفتاری مواد به صورت کشسان–سخت شونده خطی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته می شود. برای انجام این امر از روش های تحلیلی و عددی استفاده شده است. تئوری های مورد استفاده در حل معادلات غیر خطی حاکم بر دیسک ها هموتوپی پرتوربیشن، حساب تغییرات تکراری و جداسازی آدومین می باشند. به علت مشکلات و محدودیت های روش های دیگر از جمله رو ش های قدیمی پرتوربیشن، از این روش ها برای مدل کردن دیسک های دوار در حالت کشسان و کشسان-مومسان استفاده شده است. در مورد روش عددی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر دیسک ها به وسیله روش رونگ-کوتا مرتبه 4 برای نواحی کشسان و کشسان-مومسان حل شده است. در این تحلیل معیار تسلیم ترسکا مورد نظر است و رفتار مواد به صورت کرنش سختی خطی فرض گردیده است. نتایج هر دو روش به صورت تئوری و عددی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت و سازگاری بسیار زیادی ما بین نتایج روش ها مشاهده شد.

هدف این تحقیق معرفی و بررسی رباتی جهت شبیه سازی حرکت شناور می باشد. برای این کار ربات 4pus+1ps با سه درجه آزادی دورانی و یک درجه آزادی انتقالی مورد مطالعه قرار گرفته است. این ربات شامل یک صفحه ثابت متصل به زمین و یک صفحه متحرک می باشد که با چهار پایه مشابه عملگر با مفاصل کشویی، یونیورسال و کروی و یک پایه غیر عملگر با مفاصل کشویی و کروی به هم متصل می باشند. جهت طراحی سینماتیک ربات ابتدا درجات آزادی ربات مورد مطالعه قرار گرفته است. برای بررسی درجات آزادی ربات از یک الگوریتم جدید با کمک روش پیچواره استفاده گردیده که بر خلاف روشهای کلاسیک نظیر روش گروبلر، همواره به پاسخ صحیح منجر می گردد. سپس سینماتیک معکوس و مستقیم ربات بررسی گردیده است. بررسی سینماتیک مستقیم منجر به حل دستگاه معادلات غیر خطی گردیده است. برای حل این دستگاه با ساده کردن معادلات و با کمک روش سیلوستر تمام پاسخهای سینماتیک مستقیم ربات محاسبه گردیده است. در مرحله بعد نقاط تکین ربات مورد مطالعه قرار گرفته و ربات در حالتهای مختلف تکین رسم گردیده است. از اهداف طراحی دستیابی به ساختاری از ربات با بزرگترین اندازه فضای کاری می باشد. اما در عین حال عملکرد ربات در فضای کاری آن نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. جهت دستیابی به این اهداف در این نوشتار از تابع هدف جدیدی استفاده گردیده است که طراحی بر اساس آن منجر به رباتی با بزرگترین فضای کاری و بهترین عملکرد گردیده است. طراحی سازه ربات منجر به مسئله بهینه سازی ربات گردیده است. برای حل این مسئله الگوریتم pso برای بهینه سازی سازه مورد استفاده قرار گرفته است. سپس ربات بهینه شده با کمک این روش معرفی شده و فضای کاری و عملکرد آن مورد مطالعه قرار گرفته است.

برای کنترل پنجه ربات در ابتدا بایستی حلّ سینماتیکی ربات صورت پذیرد. از اینرو حلّ کامل سینماتیک مستقیم و معکوس نیاز است. از طرف دیگر برخی ربات های موازی دارای حلّ فرم بسته ای برای سینماتیک مستقیم نیستند. بنابراین روش پیشنهاد شده در اینجا بمنظور حلّ سینماتیک مستقیم که توسط شبکه عصبی ارائه خواهد شد، این محدودیت را از بین خواهد برد. از طرف دیگر روش های عددی مانند نیوتن رافسون و حلّ چندجمله ای وقت گیر بوده و ممکن است برای حلّ سینماتیک مستقیم یک ربات مجبور باشیم یک یا چند پارامتر را ثابت فرض کنیم. محدودیت های اشاره شده در بالا، ما را بر آن داشت تا از ابزاری مفید، قابل اعتماد و سریع بنام شبکه عصبی بهره ببریم. در حلّ سینماتیک مستقیم به روش عددی، معمولاً به نقطه ابتدایی نیاز است که استفاده از شبکه های عصبی این عیب را تحت پوشش قرار می دهد. هدف ما در اینجا یافتن مسیر بهینه عبوری ربات از میان موانع ثابت و نقاط تکین است. از اینرو در حلّ سینماتیک مستقیم برآنیم تا بازای چند دسته از جوابهای سینماتیک معکوس مسیر بهینه را بمنظور طراحی مسیر حل کنیم. بنابراین با استفاده از اطلاعات یافته شده از حلّ سینماتیک معکوس، شبکه عصبی را برای حلّ سینماتیک مستقیم و به تبع آن، طراحی مسیر آموزش دهیم. برای طراحی مسیر نیز از چندجمله ای درون یاب 7-6-5-4 که دارای پیوستگی در مکان، سرعت، شتاب و نیز جرک است بهره گرفتیم. همزمان با طراحی مسیر دو پارامتر عدد شرط و طول مسیر مورد مطالعه قرار گرفته است. یعنی ما در اینجا به دنبال مسیری با ماکزیمم میانگین عکس عدد شرط و یا کوتاهترین طول (با فرض گام زمانی ثابت) خواهیم بود. برای یافتن نقاط تکین نیز از معیار شاخص سینماتیکی موقعیت استفاده شده است. برای بهینه سازی مسیر نیز بایستی مسیری را برگزید تا از گسستگی یا شکستگی بدور باشد چراکه سلامت موتورها بخطر نیافتد. ضرایب چندجمله ای درون یاب نیز توسط شرایط مرزی تعیین خواهد شد. سپس با ایده ای جدید سعی در بهینه سازی مسیر خواهیم کرد.

عملگرهای یونی کامپوزیت پلیمری فلزی (ionic polymer metal composite) نمونه جدیدی از مواد هوشمند جدید می باشند که توجه بسیاری از محققان را جهت استفاده در کاربردهای رباتیک و سنسوری را به خود جلب کرده است. این عملگر که از نظر عملکرد شبیه پیزوالکتریکها می باشد یک المان الکترومکانیکی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و بالعکس تبدیل می کند. در این پایان نامه مدل سازی و کنترل این عملگرها مورد مطالعه قرار می گیرد. نظر به وجود پدیده های الکتریکی و مکانیکی در این عملگرها مدل پیشنهادی یک مدل گسسته شده می باشد که از سه قسمت الکتریکی، الکترومکانیکی و مکانیکی تشکیل شده است. شکل عملگر مورد مطالعه در این پایان نامه به صورت یک نوار ipmc است که به یک تیر یک سرگیردار تحریک شده مدل می گردد. ورودی زیر سیستم الکتریکی ولتاژ و خروجی آن جریان کشیده شده از طرف عملگر است. معادله دیفرانسیل نسبت تورم بیان کننده رفتار زیرسیستم الکترومکانیکی می باشد. معادله ارتعاشی تیر یک سر گیردار اویلر – برنولی مبین رفتار زیر سیستم مکانیکی است. بعد از استخراج معادلات فضای حالت این سه زیر سیستم، در نهایت معادله فضای حالت کلی سیستم از ترکیب این سه زیر سیستم بدست آمد. نظر به بالا بودن مرتبه سیستم استخراج شده، با استفاده از روش کاهش مرتبه تخمینی نرم هنکل مرتبه سیستم کاهش یافت. برای کنترل این سیستم خطی از کنترلر تعقیبی فیدبک خروجی استفاده شده است. نتایج و نمودارهای مدل سازی و تاثیر ضرایب الکتریکی و الکترومکانیکی بر آن ارائه می شود. نتایج کنترل با توجه به تغییر سه مولفه موثر در کنترلر، بررسی می شود و در نهایت ضرایب مناسب برای کنترلر پیشنهاد می شود. کلمات کلیدی: عملگر های یونی، ولتاژ تحریک، جابجایی تیر، جریان ورودی، نسبت تورم، فضای حالت، کنترلر تعقیبی فیدبک خروجی.

در این پایان نامه با توجه به اهمیت و کاربرد روز افزون ربات های موازی در صنعت، به بررسی و مقایسه دو شاخص مهم چالاکی و سفتی ربات های موازی صفحه ای سه درجه آزادی با ساختار دوپا، سه پا و چهار پا پرداخته شده است. اهمیت این کار در انتخاب مبنایی مناسب و منطقی برای مقایسه شاخص ها، در نظر گرفتن انعطاف پذیری اعضای ساختار و طراحی بهینه بر اساس شاخص های ذکر شده قبل از مقایسه است. از جمله دستاوردهای پایان نامه تحلیل سفتی با استفاده از انرژی کرنش ساختار، معرفی الگوریتم جدید بهینه سازی و طراحی های بهینه با استفاده از آن است. از این رو در فصل اول، تعاریف و مفاهیم اولیه ربات های موازی ذکر شده است. در فصل دوم با معرفی چند ربات موازی صفحهای سه درجه آزادی، حل سینماتیک معکوس و استخراج ماتریس ژاکوبین بیان شده است. در فصل سوم با توجه به اهمیت سفتی در ربات های موازی، آنالیز نیرویی برای هر کدام از رباتهای مورد بحث انجام شده و با استفاده از قضیه معروف کاستیلیانو مبتنی بر روش انرژی کرنش، ماتریس سفتی استخراج میشود. همچنین در این فصل روش و الگوریتم محاسبه فضای کاری ربات شرح داده میشود. در فصل چهارم روشی مناسب برای عملیات همگن سازی ماتریسهای ژاکوبین و سفتی برای استفاده از شاخصهای چالاکی و سفتی بیان میشود، همچنین یک الگوریتم بهینه سازی جدید برای بدست آوردن بهترین ساختار برای هر کدام از رباتهای مورد بحث معرفی میشود. در فصل پنجم نتایج بهینه سازی، مقایسه و پیشنهادهایی جهت ادامه کار آورده شده است.

ربات های موازی علی رغم وجود مزایای زیاد، دارای معایبی نظیر فضای کاری کوچک، نقاط تکینگی زیاد و ... می باشند که کاربرد آن ها را محدود می کند. در این پژوهش ربات های موازی صفحه ای مورد مطالعه قرار می گیرند و کیفیت آن ها با استفاده از افزونگی سینماتیکی بهبود می یابد. در ربات ها با افزونگی سینماتیکی، با توجه به بیشتر بودن متغیرهای فضای مفاصل نسبت به متغیرهای فضای کاری، تحلیل سینماتیکی ربات بی نهایت جواب دارد. از این رو حل مسائل افزونگی دشوار و پیچیده می باشد. در این پژوهش، یک الگوریتم حل مسئله افزونگی جدید برای ربات های موازی صفحه ای ارائه می شود. در این روش، مسئله افزونگی سینماتیکی با بی نهایت جواب به یک مسئله بهینه سازی مقید تبدیل می شود تا جواب های بدست آمده مناسب و هدفمند باشند. همچنین تابع هدف در این روش بصورتی انتخاب شده است که بخوبی تمامی رفتار و ویژگی های ربات را مورد بررسی قرار دهد. با همگن سازی ماتریس ژاکوبین و انتخاب توابع هدف، بصورت توابع بی بعد، وابستگی جواب ها به پارامترهای هندسی ربات کاهش می یابد. از مزایای دیگر روش ارائه شده، جامع و فراگیر بودن آن می باشد به طوری که می توان از این روش برای تمامی انواع ربات های فضایی و کروی نیز استفاده نمود. در پایان چند شبیه سازی عددی ارائه می شود تا کارایی، دقت و صلاحیت روش ارائه شده در بهبود کیفیت ربات های موازی تایید گردد و سرانجام شاخصهای عملکردی مختلف رباتهای موازی از قبیل فضای کاری، قابلیت حمل بار و سفتی بهینه سازی می شوند.

یکی از روش های درمان و بازسازی استخوان های معیوب و از دست رفته استفاده از داربست های استخوانی است. داربست ها امکان مهاجرت، رشد و تکثیر سلول های استخوانی را برای تشکیل بافت جدید استخوانی فراهم می کنند. تا بدین وسیله منطقه معیوب یا از دست رفته استخوان از نو بازسازی شود. داربست باید از لحاظ ساختار و ویژگی های مکانیکی مانند استحکام مشابه بافت استخوان باشد تا بتواند نقش خود را به درستی ایفا کند. هدف از این کار ارایه روش نوینی برای ساخت داربست استخوانی سه بعدی ازجنس پلی متیل متااکریلات (pmma) با استفاده از فرآیند سوراخ کاری با لیزر دی اکسید کربن می باشد. برای دست یافتن به این هدف آرایه ای ازسوراخ های راه به در توسط لیزری که با کامپیوتر کنترل می شد درپلیمر مکعبی شکل از جنس pmma ایجاد شد. بدین روش سه گروه داربست با درصد تخلخل %43 ، %53 و %60 با قطر سوراخ حدود µm 500 ایجاد شدند، سپس استحکام مکانیکی این قطعات مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از این مرحله، یک لایه کامپوزیت کایتوسان-بتا تری کلسیم فسفات که یک کامپوزیت زیست فعال است، بر روی نمونه ها پوشش داده شد تا داربست از لحاظ زیستی فعال شود، به این معنا که سلول ها بتوانند درون و بیرون آن رشد کنند و تکثیر شوند. مورفولوژی سطح داربست و داربست پوشش داده شده باکامپوزیت با استفاده ازمیکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد ارزیابی قرارگرفت. همچنین میزان زیست فعالی پوشش کامپوزیتی داربست توسط آزمایش کشت سلولی ارزیابی شد. نتایج حاکی ازآن بود که این روش امکان ساخت داربست های استخوانی با درصد پروزیتی کنترل شده، قطرسوراخ دلخواه و میزان تداخل داخلی بالا را فراهم می کند. ازطرف دیگر تست سلولی نشان دادکه کامپوزیت پوشش داده شده، تعامل بین سلول های استخوانی و داربست را بهبود می دهد که این امر موجب رشد هرچه سریع تر بافت جدید استخوانی می شود.

هدف این تحقیق بررسی سینماتیک معکوس ربات های سری با 6 مفصل دورانی در حالت کلی می باشد. مسئله سینماتیک معکوس مربوط به این ربات در قله مسائل مربوط به ربات های سری قراردارد یعنی با حل آن? یافتن راه حل هایی برای ربات های سری دیگر به سادگی ممکن می شود بنابراین تمرکز این تحقیق تنها بر روی این ربات می باشد. این پروژه از دو قسمت تشکیل شده است. در قسمت اول با معرفی یک ابزار ریاضی قوی به نام کواترنیون دوگان تمام زاویه که کمتر مورد توجه قرارگرفته به تحلیل سینماتیکی این ربات ها پرداخته و مخصوصا روی چگونگی حل سینماتیک معکوس تمرکز می کنیم. نشان می دهیم که با استفاده از این عملگر جابجایی به همان معادلاتی می رسیم که کوهلی و اسوتیک به منظور حل مسئله معکوس ارائه دادند با این تفاوت که در اینجا پارامترهای کمتری در مسئله وجود دارد. روش به دست آوردن معادلات متفاوت اما برای حل این معادلات روش های قبلی بررسی خواهد شد. یکی از اولین روش های کامل و واضح توسط راقاوان و راث است که منجر به ماتریسی شده که دترمینان آن معادله مشخصه ربات های سری 6r درحالت کلی می باشد. این روش مورد نظر قرار می گیرد تا مارا به بخش دوم این تحقیق سوق دهد. دراین بخش تمرکز روی ضریب بزرگترین جمله در چند جمله ای مشخصه می باشد. هدف پیدا کردن هندسه خاصی از ربات 6r است که از صفر کردن این ضریب بدست می آید. برای ربات های 6r و شش درجه آزادی حداکثر می توان 16 جواب برای معادله مشخصه پیدا کرد یعنی درجه چندجمله ای حداکثر می تواند 16 باشد واین بدان معنی است که 16 راه مختلف برای رسیدن به موقعیت انتهایی ربات می توان یافت. از روش بهینه سازی اجتماع ذرات یکپارچه (upso) برای حداقل کردن مقدار مطلق این ضریب استفاده می شود. هندسه ای که از این کار برای بدست آوردن حالت خاصی از ربات 6r پیدا می شود شرایطی همانند شرایط معرفی شده توسط دافی را تنها با یک تفاوت جزئی داراست.

در بسیاری از کاربرد ها به مفصل های یونیورسال با نسبت سرعت زاویه ای واحد نیاز است. تا علیرغم تغییر زاویه مابین محور های ورودی و خروجی، سرعت زاویه ای مقداری ثابت باقی بماند. در این تحقیق، سینماتیک دو نمونه از مفصل های یونیورسال سرعت ثابت مورد بررسی قرار می گیرد. این دو مفصل، مفصل تامسون و مفصل پرشین می باشند، که به تازگی ارائه شده اند و تا به حال هیچ گونه تحلیل تئوری برای بررسی سینماتیک این مفصلها ارائه نشده است. در ابتدا با استفاده از تئوری پیچه درجه آزادی مکانیزم مفصل تامسون مورد بررسی قرار می گیرد. مکانیزم مفصل تامسون دارای زنجیره سینماتیکی مرکب می باشد و از طرفی فرمولاسیونی که برای محاسبه درجه آزادی مکانیزم ها با استفاده از روش پیچه ارائه شده، این دسته از مکانیزم ها را در بر نمی گیرد. در نتیجه فرمولاسیون مربوط به محاسبه درجه آزادی این دسته از مکانیزم ها گسترش می یابد. سپس معادلات مربوط به سینماتیک موقعیت مفصل تامسون فرموله و به حل سینماتیک مستقیم آن پرداخته می شود و نشان داده می شود که سرعت زاویه ای در این مفصل یونیورسال به صورت دقیق ثابت باقی می ماند. ویژ گی های این مفصل بیان می گردد و پارامتر موثر برای افزایش زاویه انحراف مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه با استفاده از تئوری پیچه درجه آزادی مفصل پرشین محاسبه و نواقص آن بیان می گردد. سپس برای اصلاح این مفصل یونیورسال یک مکانیزم شش میله ای فضایی 6r مقید افزونه پیشنهاد می شود. در ادامه یک سنتز نوع برروی مکانیزم پیشنهاد شده ارائه می شود. سپس سینماتیک موقعیت مفصل پرشین اصلاح شده بررسی می شود و حل سینماتیک مستقیم ارائه می گردد. در نهایت ویژگی های مربوط به این مفصل یونیورسال مورد بررسی قرار می گیرد.

در این پژوهش سعی می شود با تعریف فاکتور مناسب، تاثیر فاز دو تکیه گاهی در رفتار حرکتی ربات دو پا بررسی شود. اثر محدودیت گشتاور مفاصل و پارامترهای حرکتی ربات در درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر حداقل زمان ربات را برآورده می کند، مورد بررسی قرار می گیرد.سپس مسیر بهینه حداقل زمان ربات توسط الگوریتم بهینه سازی پرندگان طراحی می شود. بدین منظور ابتدا مسیر حرکت ربات با استفاده از قیود سینماتیکی به صورت پارامتری طراحی می شود. با تعریف معیار پایداری ممان صفر، توسط روش بهینه سازی اجتماع پرندگان پایدارترین مسیر حرکت ربات تعیین می شود. نتایج با کارهای پیشین مورد مقایسه می گیرد و صحت الگوریتم استفاده شده جهت تعیین مسیر با حداکثر پایداری تایید می شود. سپس اثر فاز دو تکیه گاهی بر توان مصرفی پایدارترین مسیر ربات به صورت پارامتری مورد بررسی قرار داده می شود و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی مناسب درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی، برای مسیر با حداکثر پایداری و حداقل توان مصرفی تعیین می شود. در این تحقیق از الگوریتم پرندگان جهت تعیین مسیر حداقل زمان استفاده شده است. جهت بررسی صحت الگوریتم ارائه شده، مسیر حداقل زمان ربات با حداکثر پایداری برای مقدار معین درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی تعیین می شود و نتایج با کارهای پیشین مقایسه می شود. پس از صحت الگوریتم ارائه شده، مسیر حداقل زمان برای مقدار معین درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی و محدودیت گشتاور مفاصل بدست می آید. سپس اثر فاز دو تکیه گاهی در تعیین مسیر پایدار حداقل زمان ربات مورد بررسی قرار می گیرد و مقدار درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر پایدار با کمترین زمان حرکت برای ربات را برآورده می کند، تعیین می شود. اثر محدودیت گشتاور اعمال شده بر مفاصل ربات و پارامترهای حرکتی ربات در تعیین مقدار درصد مشارکت فاز دو تکیه گاهی که مسیر با کمترین زمان حرکت برای ربات را برآورده می کند، مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها توسط روش بهینه سازی اجتماع پرندگان پارامترهای حرکتی و درصد مشارکت فازهای حرکتی به نحوی تعیین می شوند که مسیر حداقل زمان با محدودیت گشتاور مفاصل مطلوب ربات را برآورده کنند.

در پایان نامه ی حاضر به مدل سازی دینامیکی و کنترل تطبیقی یک ربات موازی همکار پرداخته می شود. ربات موازی مورد نظر از دو شاخه ی اصلی و یک جسم میانی تشکیل شده است، که هر شاخه شامل یک ربات بازوی ماهر سه-عضوی است. این دو شاخه به صورت مشارکتی به مهار و تغییر موقعیت جسم میانی می پردازند. در این پروژه، برای مدل سازی دینامیکی از روش معادلات لاگرانژ استفاده می شود، که روشی کارآمد در استخراج معادلات حرکت سیستم های مقید است. در استخراج روابط دینامیکی حاکم بر سیستم، از اصطکاک ها ی موجود در اتصالات و همچنین از انعطاف پذیری عضوها صرف نظر می شود. هدف اصلی از طراحی کنترلر، این است که با وجود عدم قطعیت در برخی از پارامترهای ربات نظیر جرم و ممان اینرسی جسم میانی، بتوان موقعیت ربات را کنترل نمود. برای رسیدن به این هدف، از کنترل تطبیقی مدل مرجع استفاده می شود. در این پایان نامه، یک روش کلی برای طراحی سیستم کنترل تطبیقی که قابلیت پیاده سازی بر انواع ربات های موازی را داشته باشد، ارایه می شود. روش مورد نظر، به صورت تلفیقی از روش کنترل خطی سازی پسخوراند و روش پایداری لیاپانوف می باشد و در دسته ی کنترلرهای تطبیقی مدل مرجع قرار می گیرد. قانون کنترل به روش خطی سازی پسخوراند و قانون تطبیق (تنظیم پارامترها) با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف طراحی می گردد. به منظور صحه گذاری و بررسی عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده، مدل نرم افزاری سیستم حلقه بسته با استفاده از ابزار سیمولینک در نرم افزار متلب شبیه سازی می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از آن است که با اعمال کنترلر طراحی شده می توان ربات را در یک موقعیت مطلوب قرار داده و در آن پایدار نمود. همچنین مشاهده می شود که سیستم کنترلی طراحی شده مقاومت قابل قبولی در برابر عوامل مدل نشده در سیستم، نظیر نویز و اغتشاش دارد.

در این پایان نامه طراحی مسیر ربات موازی صفحه¬ای 3-rrr در حضور لقی مفاصل انجام شده است. در طراحی سینماتیکی، ربات معمولاً ایده¬ال فرض می¬شود و مفصل¬ها بدون لقی مورد مطالعه قرار می¬گیرند. اما در عمل اینگونه نیست و لقی به علت ایجاد امکان حرکت نسبی دو عضو متصل در آن مفصل وجود دارد. لقی در مفاصل باعث بروز خطا در عملکرد ربات می¬شود، بنابراین باید در طراحی در نظر گرفته شود تا بتوان قابلیت اطمینان بیشتری در حرکت و موقعیت یابی بدست آورد. برای رسیدن به این هدف در این تحقیق لقی به عنوان یک عضو مجازی بدون وزن در نظر گرفته شده است که زاویه این عضو توسط نیروهای مفصلی تعیین می¬شود. به عبارت دیگر هر لقی یک درجه آزادی به ربات می¬افزاید که توسط نیروهای مفصل کنترل می¬شود. طراحی مسیر در دو حالت انجام می¬شود. در حالت اول مجری نهایی ربات باید از یک نقطه حرکت و به نقطه¬ای دیگر برسد. بنابراین نیاز می¬باشد به توصیف حرکت زوایای ورودی به گونه¬ای که تغییرات شدید و ناگهانی در مکان، سرعت و شتاب مفاصل ایجاد نشود. این تغییرات ناگهانی در موتورها باعث ایجاد ضربه و آسیب دیدگی می¬شوند. برای توصیف حرکت موتورها از چند جمله¬ای 3-4-5 استفاده شده است و همچنین سه مفصل مجری نهایی لق در نظر گرفته شده¬اند. در حالت دوم مجری نهایی ربات باید از یک مسیر مشخص عبور کند. در این حالت شش مفصل لق در نظر گرفته شدند. در طراحی مسیر نیاز به حل سینماتیک معکوس و مستقیم می¬باشد که این معادلات در حالات بدون لقی و با لقی نوشته می¬شوند. سینماتیک معکوس این نوع ربات دارای حل تحلیلی می¬باشد اما معادلات سینماتیک مستقیم غیر خطی و پیچیده می-باشند، بنابراین برای حل سینماتیک مستقیم ربات از شبکه عصبی استفاده می¬شود. در پایان نشان داده می-شود که می¬ توان با اعمال تغییرات مناسب در ورودی¬ها خطای ایجاد شده ناشی از لقی ها را در مسیر حرکت مجری نهایی را جبران کرد

در تحقیق حاضر، رفتار دینامیکی مکانیزم های لنگ-لغزنده صفحه ای صلب و انعطاف پذیر با در نظر گرفتن لقی مفاصل در حالات یک و دو مفصل لق مطالعه می شود. برای بررسی تأثیر لقی مفاصل در حالت یک لقی فرض شده است که مفصل میان لنگ و شاتون به صورت لق بوده و در حالت دو لقی علاوه بر مفصل ذکرشده، مفصل میان شاتون و لغزنده نیز به صورت لق در نظر گرفته می شود. از نظریه لنکرانی-نیک روش برای تخمین نیروی تماسی بین اعضا در مفاصل لق استفاده گردیده است. به علت در نظر گرفتن اثر پخش انرژی در کنار نیروی الاستیک، نتایج به دست آمده با استفاده از این روش از دقت بالایی برخوردار هستند. مشاهده می شود که لقی مفاصل موجب اختلالاتی در پاسخ مکانیزم گردیده که این اختلالات با افزایش تعداد مفاصل لق شدیدتر می شوند. دینامیک غیرخطی سیستم توسط ابزار مرتبط همچون مقاطع پوآنکاره و نمودار های انشقاق تحلیل می شود. اثرات اصطکاک در مفاصل نیز در این تحقیق بررسی گردیده اند. بررسی پارامتری چندین مولفه هندسی و مکانیکی موثر بر حرکت سیستم در حالت های مختلف انجام شده است. به منظور تحلیل اثر انعطاف پذیری لینک در رفتار مکانیزم های لق، لینک واسطه (شاتون) به صورت انعطاف پذیر در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن لینک انعطاف پذیر به صورت یک تیر اویلر-برنولی با قابلیت ارتعاشات عرضی، سیستم به صورت دینامیکی مدل سازی می شود. در حالت انعطاف پذیر، با تفکیک معادلات با مشتق های جزئی با استفاده از روش گالرکین، دسته های معادلات دیفرانسیلی عادی با تعداد محدود به دست آمده و سیستم با استفاده از آن ها شبیه سازی می گردد. با مقایسه پاسخ های سیستم های انعطاف پذیر و صلب، مشاهده می شود که انعطاف پذیری لینک در سیستم های با مفاصل لق نقش تعلیق را داشته و موجب بهبود عملکرد به وسیله کاهش نیرو های تماسی در لقی مفاصل می گردد. تحلیل های غیرخطی و پارامتری مربوطه در این قسمت نیز انجام شده اند. به منظور مقابله با اثرات ناخواسته لقی مفاصل، روشی برای کنترل مکانیزم به وسیله نگاه داشتن ژورنال ها و بیرینگ های مرتبط با مفاصل لق در حالت تماس دائم ارائه گردیده است. همچنین پیشنهاد می شود تا به منظور کاهش بار کاری فعال ساز و کنترل دقیق تر، از یک فعال ساز اضافی نصب شده بر روی شاتون به منظور فراهم آوردن تماس دائم در مفصل لق استفاده شود. روش ذکرشده با و بدون در نظر گرفتن فعال ساز اضافی نصب شده بر روی شاتون تحلیل شده و نتیجه شده است که در مکانیزم های با مفصل لق، استفاده از یک فعال ساز اضافی می تواند در کنترل مناسب مکانیزم نقش بسیار قابل توجهی داشته باشد.

بررسی میدانی مطالعات صورت گرفته در زمینه خودروهای فرمان مفصلی نشان می دهد که در این نوع از خودروها احتمال بوجود آمدن حرکات انحرافی و مارپیچ و در نتیجه ناپایداری خودرو در سرعت های زیاد وجود دارد. در این پایان نامه مساله تحلیل ناپایداری و کنترل بهینه بمنظور پایدار سازی این خودروها در سرعت های بالا مطالعه شده است. بدین منظور معادلات غیرخطی دینامیکی این خودروها در سه حالت مختلف 4 ، 6 و 8 درجه آزادی با استفاده از روش نیوتنی استخراج شده و سپس با استفاده از روش غیرمستقیم ( خطی سازی) لیاپانوف، مساله پایداری این نوع خودروها بررسی شده و در نهایت سرعت بحرانی خودرو که در آن خودرو ناپایدار می گردد محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی شده بدست آمده برای حالت پایدار و ناپایدار تایید کننده وجود سرعت بحرانی می باشد. در گام بعدی مساله کنترل بهینه این خودروها در دو حالت کنترل از طریق سیستم فرمان و کنترل از طریق اعمال گشتاور بر چرخ ها مورد بررسی قرار گرفت. کنترلر بهینه پیشنهادی نیز یک بار بر اساس مدل خطی سازی شده ( رگولاتور بهینه خطی lqr) و بار دیگر بر اساس مدل غیر خطی ( روش پنتریاگین) طراحی گردید. نتایج شبیه سازی اعمال کنترلر بهینه روی سیستم غیرخطی نشان داد که کنترل پیشنهادی قادر است که سیستم را پایدار نموده و در عین حال اثرات اغتشاش و نویز را حذف نماید. در پایان بعلت محدود بودن انرژی کنترلی، مساله محدود بودن انرژی نیز در طراحی کنترلر بهینه لحاظ شده است.

برای ایجاد حرکت نسبی بین عضوهای متصل به هم در یک مکانیزم، وجود لقی در مفاصل امری اجتناب ناپذیر است. علاوه بر ایجاد خطا در دقت موقعیت¬یابی، وجود لقی یکی از مهم ترین عوامل ایجاد ضربه و شوک و در نتیجه تولید ارتعاشات و صدا در هنگام کارکرد مکانیزم می¬باشد. تلرانس¬ها و خطاهای ناشی از فرایند طراحی و ساخت، سائیدگی و خوردگی مفاصل بعد از یک دوره معین کاری و اثرات حرارتی به عنوان مهم¬ترین عوامل ایجاد و افزایش لقی شناخته شده¬اند. بدیهی است که در صورت وجود لقی در مفاصل لولایی، یک یا دو درجه آزادی غیرقابل کنترل به مکانیزم افزوده می¬شود که می¬¬تواند منبع ایجاد خطا باشد. در این رساله سعی شده است با استفاده از روش¬هایی، اثرات نامطلوب ناشی از لقی مفاصل لولایی کاهش یابند. بهینه¬سازی ابعادی و جرمی مکانیزم یکی از این روش¬هاست. در این روش پارامترهای ابعادی مکانیزم همانند طول عضوها برای کاهش خطای سینماتیکی، و همچنین پارامترهای جرمی همانند اندازه جرم، ممان اینرسی و مرکز جرم عضوها به منظور بهبود کارایی دینامیکی مکانیزم بهینه می¬شوند. روش دیگری که در این رساله ارائه شده استفاده از مفاصل نرم است. مفاصل نرم با توجه به شکل یکپارچه خود، مشکل لقی را برطرف کرده و در صورت استفاده، دقت مکانی مکانیزم را افزایش می¬دهند. هر چند که این مفاصل مزایا و معایب مختلفی دارند، اما می¬توانند در مواردی که محدوده تغییر زاویه¬ مفصل و نیروهای وارده بر آن زیاد نباشد، گزینه مناسبی باشند. این دو روش با استفاده از الگوریتم¬های ارائه شده، بر روی مکانیزم¬های صفحه¬ای موازی از جمله مکانیزم لنگ-لغزنده، مکانیزم چهارمیله¬ای و روبات موازی صفحه¬ای 3rrr اعمال و نتایج حاصل مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج روابط دینامیکی این مکانیزم¬ها از رابطه لاگرانژ استفاده شده است. نتایج نشان می¬دهند که با استفاده از این روش¬ها، علاوه بر کاهش خطا در تولید مسیر، پارامترهای دینامیکی مکانیزم نیز بهبود یافته¬اند. بدین ترتیب که مقادیر بیشینه نیروهای مفاصل و شتاب عضو¬ها کاهش یافته و تغییرات ناگهانی این پارامترها نیز حذف شده است. در نتیجه می¬توان از کاهش ضربه و ارتعاش در مکانیزم اطمینان داشت.

با توجه به اهمیت و کاربرد ربات هگزاگلاید، ایجاد تغییرات در ساختار ربات به منظور بهبود آن مورد توجه بسیاری از محققین می باشد. مطابق پیشنهاد یکی از کارهای تحقیقاتی، مسیر لغزنده نسبت به سکوی ثابت زاویه دار می شود. اساس کار این پایان نامه، تحقیق و بررسی این ساختار جدید می باشد تا بدین وسیله به میزان بهبود این تغییر ساختار از جنبه های میزان سفتی و حجم فضای کاری پی برد. بطور معمولبه کارگیری ماتریس ژاکوبین ربات موازی یکی از روش های محاسبه سفتی کلی ربات می باشد؛ اما در این روش تنها سفتی عملگرها در نظر گرفته می شود. این پایان نامه برای رفع این نقص،ربات موازی به ربات های سری پایه ها تقسیم بندی شده و سفتی کلی ربات به کمک محاسبه ماتریس ژاکوبین این ربات ها محاسبه می گردد. ازاین روسفتی تمام مفاصل و عضوها در نظر گرفته می شوند. در گام بعد به منظوربهینه سازی سفتی ربات، پس از محاسبه ماتریس سفتی از شاخص عدد شرط ماتریس سفتی استفاده می شود. در ادامه با توجه به اینکه فضای کاری ربات همواره در راستای z پیوستگی دارد، الگوریتمی برای محاسبه فضای کاری ارائه می شود. بهکمک این الگوریتم، ساختاری با حداکثر فضای کاری به دست آمده و مورد بهینه سازی قرار می گیرد.در ادامه با توجه به اهمیت همزمان شاخص سفتی و حجم فضای کاری، این دو مشخصه عملکردی ربات با تعریف یک تابع چندهدفه بهینه شده و درنهایت ساختاری با بیشترین مقدار سفتی و فضای کاری قابل دسترس، محاسبه می گردد. در پایان تغییرات زاویه مسیر لغزنده نسبت به سکوی ثابت به عنوان یکی از پارامتر های بهینه سازی نتایجی را به همراه داردکه بدین شرح است:افزایش این زاویه بهبود حجم فضای کاری و کاهش آن ماکزیمم شدن شاخص سفتی را به همراه دارد.افزایش این زاویه با مقدار تابع چند هدفه رابطه مستقیم دارد.

استفاده از مفاصل کامپلینت(نرم) در ربات موازی صفحه ای 3rrr

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.