استخراج مدل دینامیکی دقیق بازوان رباتیکی به منظور استفاده در فرایند طراحی ربات، کنترل، کالیبراسیون و شناسایی خطا امری ضروری است. به منظور استخراج مدل دینامیکی دقیق از بازوان رباتیکی، نیاز است تا تمامی ترم های موثر بر دینامیک ربات مورد بررسی قرار گرفته و سپس پارامتر های دینامیکی ربات با سازگاری فیزیکی مناسب مورد شناسایی قرار گیرند. در این مقاله، در ابتدا سینماتیک ربات موازی کروی ارس دیاموند، که به منظور عمل ویترورتینال چشم پزشکی توسعه داده شده است، مورد مدل سازی قرار گرفته، سپس با ارایه فرمول بندی مبتنی بر اصل کار مجازی، فرم خطی از مدل دینامیکی ربات حاصل شده و نتایج با استفاده از نرم افزار سیم مکانیکس متلب مورد صحت سنجی قرار می گیرند. افزون بر این، سایر ترم های موثر بر دینامیک ربات بررسی و مدل سازی شده و با استفاده از فرم خطی دینامیک ربات و درنظرگرفتن قید های فیزیکی مناسب، پارامترهای دینامیکی ربات توسط روش کمترین مربعات با سازگاری فیزیکی مناسب شناسایی می شوند. درنهایت، با استفاده از معیار درصد سازگاری ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده و استفاده از مسیرهای مختلف حرکت ربات، کیفیت پارامترهای دینامیکی شناسایی شده مورد ارزیابی قرار می گیرند. نتایج صحت سنجی تجربی نشان دهنده تخمین هفتاد و پنج درصدی گشتاور ربات و مثبت معین شدن ماتریس جرمی ربات بوده، که استفاده از کنترلرهای مدل مبنای رایجی نظیر گشتاور محاسبه شده، به منظور کنترل دقیق حرکت ربات در عمل جراحی ویترورتینال چشم را میسر می سازد.

ربات های موازی به دلیل مزایای فراوان، مورد توجه بسیاری از صنایع پیشرفته هستند. ولی در بازوهای مکانیکی موازی کروی، علاوه بر فضای کاری محدود، استفاده از عملگرهایی با توان بالا نیز دینامیک و کنترل آن ها را با پیچیدگی مواجه می کند. لازمه برخی کاربردهای این نوع ربات ها، فضای کاری بزرگ و حمل بار زیاد بر روی یک بستر غیرثابت و در حال حرکت می باشد. در این مقاله، یک بازوی مکانیکی کروی نو با ساختار 3PUS/S و با سه حرکت دورانی پیشنهاد شده و پس از بررسی سینماتیک، دینامیک آن برای کاربرد در حالات خاص مورد مطالعه قرار می گیرد. دوران نامحدود حول محور Z و تحمل بخش اعظم بار توسط مفصل مرکزی، از نقطه نظر سینماتیکی و دینامیکی، این ربات را از ربات های کروی دیگر تا حد زیادی متمایز کرده است. در این پژوهش، پس از بررسی روابط سینماتیک بازوی مورد اشاره و ارایه پاسخ تحلیلی برای موقعیت، سرعت و شتاب، به تحلیل روابط دینامیکی ربات روی بستر متحرک پایه، با استفاده از روش کار مجازی پرداخته می شود. جهت بررسی صحت روابط، نتایج با شبیه سازی در نرم افزار آدامز بررسی گردیده که تطبیق قابل قبول این نتایج، صحت روابط را تایید می نماید. دوران نامحدود حول محور Z، ثابت بودن شیار حرکتی عملگرها و کاهش تاثیر دینامیکی ناشی از جرم آن ها، ثاثیرپذیری کم نسبت به دینامیک لینک های ربات، تحمل قسمت استاتیکی بار توسط مفصل کروی مرکزی و کاهش بسیار محسوس توان مورد نیاز حرکتی، از مزیت های عمده سازوکار معرفی شده بوده و آن را جهت کاربردهای خاص بسیار جذاب نموده است.

ربات های با مکانیزم موازی در مقایسه با ربات های سری، دارای مزیت هایی از جمله دقت بالا، نسبت بالای بار اعمالی به وزن ربات و همچنین سختی بالاتر هستند که موجب استفاده از این مکانیزم ها در کاربردهای دقیق می شود. درنظرگرفتن رفتار سختی مکانیزم، یکی از جنبه های مهم در حین طراحی است که باعث می شود دقت مطلوب با توجه به کاربرد مورد نظر حاصل شود. هدف از این مقاله، ارزیابی سختی و خطاهای ناشی از نرمی مکانیزم یک ربات موازی سه درجه آزادی است. به همین منظور میزان جابه جایی مجری نهایی به ازای بار اعمالی به صورت شبیه سازی و عملی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا مکانیزم موازی مورد مطالعه در این مقاله معرفی و ویژگی های آن بیان شده است. سپس، سختی مکانیزم با استفاده از روش آنالیز المان محدود مدل می شود و با اعمال شرایط مرزی مورد نظر، رفتار سختی مکانیزم ربات در موقعیت های معین مجری نهایی مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه، به منظور راستی آزمایی نتایج به دست آمده از مدل سازی سختی، دستگاهی نوین به منظور اندازه گیری سختی مکانیزم، معرفی و نحوه کار با آن دستگاه نیز شرح داده شده است. با استفاده از این دستگاه، رفتار سختی مکانیزم ربات در موقعیت های مشابه اندازه گیری شده است. در انتها، جواب مدل سازی سختی و نتایج به دست آمده از اندازه گیری عملی، گزارش و با هم مقایسه می شوند که نشان می دهد ربات با مکانیزم موازی مورد مطالعه در این مقاله، دارای رفتار سختی مناسب بوده و در کاربردهای دقیق مورد اطمینان و قابل به کارگیری است.

در این تحقیق تحلیل سینماتیک مستقیم و سینماتیک معکوس یک ربات هیبرید شش درجه آزادی که از اتصال یک ربات موازی کروی با سه درجه آزادی دورانی به ربات موازی دلتا حاصل شده انجام شده است. مزیت این ترکیب، مستقل بودن معادلات مکان از معادلات جهت گیری فضایی است به گونه ای که می توان بدون هیچ محدودیتی مجری نهایی ربات را با هر جهت گیری که توسط ربات موازی کروی در دسترس باشد به هر مکانی از فضای کاری ربات دلتا منتقل کرد. از این رو مدل سینماتیکی این دو ربات موازی به صورت مستقل از هم استخراج شده و در نهایت برای کار به صورت یک پلتفرم یکپارچه با یکدیگر ترکیب شده اند. یک مدل مکانیکی از ربات در محیط Simscape نرم افزار MATLAB پیاده سازی شده است. سپس دقت و صحت این دو مدل بررسی و نشان داده شده است که کاملاً بر هم منطبق هستند. همچنین فضای کاری انتقالی و فضای کاری دورانی برای مجری نهایی ربات موازی هیبرید نیز به کمک روش های عددی از روابط سینماتیک ربات محاسبه شده است. علاوه بر این از سینماتیک معکوس ربات برای پیاده سازی یک سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی (ANFIS) جهت پیش بینی پاسخ های سینماتیک مستقیم با دقت بالا استفاده شده است.

در این مقاله به مدل سازی دینامیک غیرخطی ربات های کشنده-پیرو و کنترل مسیر حرکت آن پرداخته می شود. بدین منظور، ابتدا با فرض عدم لغزش چرخ های ربات، قیود غیرهولونومیک حاکم بر آن بدست می آید. سپس به منظور مدل سازی دقیق تر، اینرسی و دینامیک چرخ های ربات لحاظ و با استفاده از اصل ضرایب لاگرانژ، شکل نهایی معادلات دینامیک غیر خطی بدست می آید. همچنین از روش کنترلی خطی سازی ورودی-خروجی، برای کنترل حرکت ربات کشنده-پیرو استفاده می شود. شبیه-سازی ها نشان می دهد که در حرکت ربات متحرک، قیود غیرهولونومیک چرخ ها اثر به سزایی دارند. همچنین نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی مدل سازی برای انجام تحقیقات آینده است.

در این مقاله، معیار پایداری بهبود یافته ای برای رباتهای موازی با محرک کابلی ارائه می شود. این دسته از ربات ها نسبت به سایر ریاتهای سری و حتی ساختار موازی مزایایی دارند، اما به سادگی در معرض اختلالات قرار می گیرند. حضور مولفه های نیرو ممان خارجی ممکن است موجب نقض قیود حرکتی شود. معیار پایداری، عددی بین صفر و یک را پیشنهاد می کند. چنین معیاری میتواند ملاکی برای ارزشیابی توانایی ربات در بازگشت به حالت تعادل اولیه هنگام ایجاد و تاثیر اختلالات خارجی باشد. در ارائه معیار، از روابط گیبس اپل و مفهوم انرژی شتاب استفاده شده است. مدل سازی دینامیکی ربات بر اساس سینماتیک و روابط نیوتن- اویلر برای محاسبه معیار صورت گرفته است. برای نشان دادن قابلیت معیار پیشنهاد شده، ربات کابلی شش درجه آزادی با شش کابل، شبیه سازی شده است. نتایج در قالب دو شبیه سازی ارایه و تحلیل شده اند. معیار پایداری علاوه بر پارامترهای سینماتیکی تابع پارامتر سینیتیکی کشش کابلها در ابتدای حرکت است. بنابراین با استفاده از معیار پیشنهادی میتوان ارزیابی صحیح تری از پایداری در حوزه وسیع تری از ربات های موازی کابلی حاصل نمود.

ربات کروی به ربات های سیار کروی شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی شان حرکت می کنند، اطلاق می شود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه ربات کروی آونگی، مدل سازی شد و سپس به تحلیل دینامیکی و استخراج معادلات حرکت صفحه ای ربات بر مسیرهای غیرتخت صفحه ای به روش لاگرانژ پرداخته شده است. همچنین با درنظرداشتن کمبود تعداد عملگر نسبت به تعداد درجات آزادی ربات کروی، طراحی یک کنترل کننده غیرخطی، مبتنی بر روش های خطی سازی به کمک فیدبک انجام گرفته است. پس از آن با درنظرگرفتن شرایط اولیه غیرمنطبق بر مسیر، نامعینی پارامتری و نیز گشتاور اغتشاشی بر سیستم به بررسی عملکرد کنترل کننده پرداخته شده است. با انتخاب مسیر مناسب برای حرکت ربات، به شبیه سازی و حل عددی معادلات حرکت ربات در نرم افزار متلب پرداخته و زوایای چرخشی آونگ و گشتاور تولی شده توسط عملگر به دست آمده است. نتایج حاصل، گویای عملکرد مطلوب و مقاوم کنترل کننده در دنبال کردن مسیر تعیین شده برای چرخش پوسته کروی ربات حین عبور بر سطح غیرتخت انتخاب شده، است.

چکیده: در این مقاله با استفاده از ماتریس انتقال دناویت - هارتنبرگ و جبر ماتریسها روش جدید و دقیقی برای تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات موازی 3PRS و هیبرید (موازی - سری) 3PRS-RRP ارایه شده است. در ابتدا، خواص انواع رباتها مقایسه شده اند. در ادامه، پس از معرفی پارامترهای دناویت - هارتنبرگ و جدولهای مربوط به پارامترها، با استفاده از جبربرداری و ماتریسی روش حل سینماتیک مستقیم و معکوس و نقاط تکین توضیح داده شده و با استفاده از روش لاگرانژ معادلات دینامیک بدست آمده اند. در پایان برای اندازه های مشخص و با فرض یک حرکت دورانی برای نقطه وسط سکوی متحرک ربات موازی و دو ورودی سینماتیکی برای ربات سری، چند منحنی سینماتیکی و دینامیکی برای بررسی نقاط تکین رسم شده اند. به طور کلی حل سینماتیک مستقیم رباتهای موازی و حل سینماتیک معکوس رباتهای سری مشکل می باشند. برای راحتی کار با این گونه رباتهای هیبرید بهتر است در حالت سینماتیک مستقیم از ربات موازیی استفاده شود که سکوی متحرک حرکت خطی داشته و در جهت فضادهی و استحکام بخشی بکار رود و یا اینکه کارکرد سری و موازی از نظر زمانی استقلال داشته باشند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.