کنجکاوی در محیط اطراف همواره یکی از مهم ترین دلایل برای پیشرفت های تکنولوژیکی بشر بوده است. در این میان فضا و اعماق آب ها همواره از اهمیت خاصی برخوردار بوده اند. به علت عدم توانایی انسان برای دسترسی به این محیط ها و همچنین به علت خطرات موجود، انسان دست به ساخت وسایلی زد تا جایگزینی برای او در دسترسی به این محیط ها شود و همچنین برخی از کارها را همانند کشف منابع موجود، نصب، بازرسی و تعمیر تاسیسات ایجاد شده در این محیط ها و ... را برای وی انجام دهد. از جمله ی این تجهیزات می توان به ربات های شناور برای استفاده در فضا و ربات های غوطه ور برای استفاده در زیرآب اشاره کرد. ساختار کلی این وسایل از یک پایه ی متحرک و یک بازوی نصب شده بر پایه تشکیل شده است. این سیستم ها به علت درجات آزادی پایه دارای درجات آزادی بیشتر از حد نیاز برای برآوردن هدف مورد نظر که همانا رسیدن پنجه به موقعیت و جهت دلخواه است می باشند و در اصطلاح دارای افزونگی سینماتیکی هستند و همین امر سبب می شود که مساله ی سینماتیک معکوس آن ها دارای حل های بیشماری گردد و می توان از همین مطلب استفاده کرده و در کنار انجام وظیفه اصلی اهداف کنترلی ثانویه ای را برآورده ساخت. در این تحقیق سعی شده است تا یک روش مناسب برای حل سینماتیک معکوس بر خط این سیستم ها با توانایی اولویت دهی به وظایف ارائه شود و و با توجه به آن که انجام وظایف در این نوع از سیستم ها هم از طریق کنترل حرکت پایه و هم از طریق کنترل بازوی سینماتیکی امکان پذیر است، یک کنترلر فازی وظیفه انتخاب نوع حرکت را بر عهده دارد. در ادامه قصد داریم یک کنترل کننده برای این سیستم طراحی کنیم، با توجه به نوع مساله مورد علاقه یعنی تعقیب مسیر توسط یک ربات و همچنین طبیعت غیرخطی معادلات حرکت با استفاده از روش گشتاور محاسبه شده کنترل کننده ای برای سیستم شناور-بازوی مکانیکی مورد مطالعه طراحی شده است و در این راه از حل سینماتیک معکوس بدست آمده به عنوان مسیرهای مطلوب در طراحی کنترلر استفاده شده است. در کاربردهای فضایی این سیستم ها برای کنترل موقعیت لازم است به جای استفاده از عملگرهای پیوسته از عملگرهای گسسته یا تراسترهای دو وضعیتی به عنوان پیشران پایه استفاده کنیم. تراسترهای دو وضعیتی که با نام تراسترهای روشن-خاموش نیز شناخته می شوند تنها دو مقدار نیرویی می توانند در اختیار قرار دهند. در ادامه با استفاده از تراسترهای دو وضعیتی و بکارگیری روش مدولاسیون پالس به مساله کنترل این سیستم پرداخته شده است. در نهایت با توجه به آن که یک خواسته می تواند با ترکیب های متفاوتی از حرکت در درجات آزادی پایه به انجام برسدکه الزاما از لحاظ ملاحظات عملی یکسان نیستند، با استفاده از یک روش فازی تصمیم گیری برای چگونگی استفاده از درجات آزادی پایه انجام گرفته است.

با گسترش و پیشرفت علم رباتیک، مطالعه و تحقیق بر روی ربات های دارای پا و به خصوص ربات دوپا افزایش یافته است و توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی و صنعتی را به خود جلب کرده است. در سال های اخیر، ربات های انسان نمای متعددی در سراسر دنیا ساخته شده است و در برخی کشورها مانند ژاپن ساخت ربات انسان نما به عنوان پروژه ملی مطرح است به نحوی که نمادی از پیشرفت تکنولوژی محسوب می شود. ربات های دوپا به این دلیل که از نظر ساختاری شبیه انسان هستند، توانایی انجام بسیاری از فعالیت های انسان را دارند. همچنین به علت ماهیت ناپیوسته حرکت ربات دوپا، بسیاری از مشکلاتی که ربات های چرخ دار و مارسان در عبور از سطوح ناهموار، پله ها، موانع و شکاف ها دارند برای این دسته از ربات ها وجود ندارد. از میان تحقیقات زیادی که بر روی ربات های دوپا انجام شده می توان به بررسی پایداری، طراحی مسیر، بهینه سازی راه رفتن و کنترل آن ها اشاره نمود. از این میان، مهم ترین و پیچیده ترین مسئله ای که هنوز به طور کامل حل نشده است، مفهوم پایداری راه رونده ها و معیارها و روش های کنترل آن می باشد. اگرچه تاکنون پایداری وضعی، که حفظ پایداری راه رونده را برابر با کنترل وضعیت قرارگیری تکیه گاه ها و مفاصل بر روی یک مسیر از پیش طراحی شده دارای پایداری وضعی می گیرد، مبنایی برای کنترل پایداری آنها به حساب می آمده است، برخی از محققین مفهوم پایداری این سیستم ها را بسط داده اند و آن را معادل با نرفتن به وضعیتی می دانند که منجر به زمین خوردن(افتادن) می شود که برداشت اخیر از پایداری و کنترل آن، مورد نظر تحقیق حاضر است. همچنین، برخلاف روش های متداول که حرکت راه رونده را در فضای مفاصل(کمیت های جزئی داخلی) پیگیری می کنند، تحلیل های پایداری و کنترل پایداری ارائه شده در این پژوهش، به راه رونده به صورت یک سیستم کلی نگاه می کند و روشی جامع در فضای اندازه حرکت(کمیت های کلی) ارائه می دهد که با توجه به وجود یک نگاشت بین این دوفضا، پیاده سازی آن را بر روی هر راه رونده ای، ممکن می سازد. بر این اساس، ابتدا معادله حرکت پایه برای راه رونده در فضای اندازه حرکت کلی بدن استخراج شده است که در نهایت به ارائه دو مدل ریاضی(سیستم دینامیکی تکه تکه پیوسته) به نام های مدل ساده شده راه رفتن(swm) و مدل کامل راه رفتن(cwm) می انجامد. همچنین، با انجام فرضیاتی نزدیک به واقعیت بر روی معادله حرکت پایه، معادله حرکتی ساده شده، به نام معادله حرکت گام به گام به دست می آید. برای محاسبه حل حرکت دائمی سیستم، با اعمال شرط تکرار بر روی این معادله، سیکل های حرکتی ساده و مرکب استخراج خواهند شد که ازاین میان سیکل ساده پیش رونده، الگویی برای حرکت راه رفتن معمولی ارائه می دهد. این سیکل-ها دارای پایداری مرزی هستند و در عمل به واسطه کوچکترین اختلالی با رشدی نمایی واگرا خواهند شد. با تعریف پایدارسازی حرکت راه رفتن به صورت هدایت حرکت از یک شرایط اولیه دلخواه به سمت یک سیکل حرکتی مطلوب و کنترل حرکت حول آن، دو راهبرد کنترل پایداری، 1) تغییر پیوسته مرکز فشار در ناحیه تکیه گاهی و 2) تغییر پی درپی طول و زمان فرودگام، ارائه شده است. بر اساس این دو راهبرد و با مبنا قراردادن مدل ساده شده راه رفتن(swm)، چهار کنترل کننده پایداری با نام کلی پایدارسازهای سیکل حرکتی ارائه شده و توانایی پایدارسازی هر یک از آنها تجزیه و تحلیل شده است. سپس برای بررسی توانایی پایدارسازها بر روی مدل کامل راه رونده(cwm)، تعدادی شبیه سازی بر روی یک مدل فیزیکی دارای محدودیت های واقعی انجام شده و توانایی و نارسایی هر یک از کنترل کننده های پایداری بررسی شده است. در پایان، برای فائق آمدن بر نارسایی های پایدارسازهای سیکل حرکتی، روشی به نام کنترل پایداری بهینه به عنوان راه حلی کامل برای مسئله ارائه گردیده و عملکرد آن با انجام شبیه سازی بر روی مدل فیزیکی، بررسی شده است. در این پژوهش سعی شده است با نگاهی جامع تر به دو مقوله پایداری و کنترل پایداری در مقایسه با نگاه متداول، مسئله پایداری و کنترل پایداری راه رونده با رویکردی حداکثری دنبال گردد.

رویای پرواز و ساخت وسایل پرنده از دیرباز ذهن بشر را به خود مشغول کرده است. تلاشهای وی برای تحقق این رویا سبب پیشرفتهای بسیاری در زمینه علم هوافضا شده است. در میان همه وسایل پرنده ساخت بشر، وسایل بدون سرنشین که از اوایل قرن بیستم پا به عرصه وجود نهادند، از اهمیت زیادی برخوردارند. توانایی این وسایل در انجام ماموریتهای مختلف، بدون در معرض خطر قرار دادن جان انسانها، سبب اهمیت روزافزون این وسایل شده است. یکی از وسایل نقلیه بدون سرنشین که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، هلیکوپتر چهار روتوره یا کوادروتور است که بدلیل دارا بودن قابلیتهای مانوری قابل توجه، کاربردهای بسیاری پیدا کرده است. در این وسیله که از یک قاب x شکل و چهار روتور تشکیل شده است، تغییر سرعت چرخش روتورها سبب حرکت و چرخش کوادروتور در راستاهای مختلف و انجام حرکات مانوری توسط آن میشود. این وسیله از لحاظ دینامیکی بشدت ناپایدار است و برای پایدار شدن و انجام ماموریتهای محوله به یک کنترل کننده مناسب نیاز دارد. برای طراحی چنین کنترل کننده ای، باید اطلاعات مربوط به مکان و سرعت خطی و زاویه ای کوادروتور در دسترس باشند. همچنین برای فراهم آوردن امکان انجام ماموریتهای مختلف در محیطهای ناشناس، باید اطلاعات مربوط به محیط اطراف کوادروتور بگونه ای در اختیار سیستم کنترلی آن قرار گیرد. یکی از روشهای بدست آوردن این اطلاعات، استفاده از دوربین برای تصویربرداری از محیط و سپس آنالیز تصاویر برای بدست آوردن اطلاعات و یا استفاده از روش فرمانپذیری بصری در کنترل کوادروتور است. آنالیز تصاویر و ارسال آنها به کنترل کننده میتواند با مشکلاتی از قبیل تاخیر زمانی و از دست رفتن قسمتی از اطلاعات همراه باشد. کنترل کننده طراحی شده باید قابلیت جبران این مشکلات را داشته باشد و بتواند عملکرد مورد انتظار سیستم را تضمین کند. هدف اصلی این پروژه طراحی کنترل کننده ای است که بتواند تاثیرات منفی ناشی از تاخیرات زمانی بوجود آمده در حین فرایند فرمانپذیری بصری را جبران کند. روش پیشبینی کننده مبتنی بر مدل روشی است که با توجه به برخورداری از ویژگیهای منحصربفرد میتواند اهداف این پروژه را برآورده سازد. در این پروژه، ابتدا معادلات دینامیکی کوادروتور با استفاده از روش نیوتن بدست می آیند. معادلات بدست آمده نشان میدهند که حرکت انتقالی کوادروتور به حرکت چرخشی آن وابسته است، ولی عکس این موضوع برقرار نیست. بنابراین، برای کنترل سیستم از دو کنترل کننده انتقالی و چرخشی که بترتیب وظیفه کنترل سرعت خطی و وضعیت چرخشی کوادروتور را بعهده دارند، استفاده میشود. با درنظر گرفتن اثرات تاخیر زمانی محاسباتی و نیز تاخیر زمانی نامعین ایجادشده در حین فرایند آنالیز تصاویر و ارسال اطلاعات و با استفاده از روش کنترلی پیشبینی کننده مبتنی بر مدل، کنترل کننده های انتقالی و چرخشی طراحی میشوند. در نهایت سیستم کوادروتور به همراه کنترل کننده های آن به کمک نرم افزار matlab و simulink شبیه سازی شده و عملکرد سیستم کنترلی مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی حاکی از عملکرد مناسب کنترل کننده ها در کنترل پرواز کوادروتور در حضور تاخیرات زمانی نامعین و قیود فیزیکی مسئله است.

میکرو - ماکرو ربات ها از دو قسمت میکرو و ماکرو ربات تشکیل شده اند که به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند. میکرو رباتی کوچک و سریع است که توسط ماکرو با ابعاد بزرگ حمل می شود. ویژگی منحصربفرد این ربات ها دارا بودن همزمان فضای کار وسیع و سرعت و دقت بالا پنجه است که کاربردهای متنوعی مانند بازرسی و تعمیر سازه های بزرگ، هواپیما و کشتی ها و نیز انجام کار در محیط های ناشناخته و دور از دسترس نظیر فضا و کمک در مونتاژ و تعمیرات را بوجود آورده است. پاره ای از کاربردها مانند جوشکاری و تعمیر شکاف های ایجاد شده، نیازمند کنترل حرکت پنجه ربات بر روی مسیری با معادله نامعین است. طراحی چنین کنترلری باتوجه به نیازها و محدودیت های موجود موضوع تحقیق حاضر است و استفاده از روش های همکاری انسان و ماشین به عنوان راه حل کلیدی در نظر گرفته شده است. به منظور یافتن راه حل نهایی ابتدا مسایل پیش رو در کنترل این ربات ها مانند کم عملگری، افزونگی سینماتیکی، نامعلوم بودن معادله مسیر مطلوب و عدم امکان اندازه گیری خطا و پیچیدگی های ناشی از آن تشریح و تحقیقات مرتبط با این موضوعات توضیح داده شده است. سپس چگونگی استخراج معادلات مینیمم مرتبه سیستم های تحت قیدهای مصنوعی تبیین و کنترلری بر این اساس پیشنهاد شده است که خطای ناشی از حرکت یا تغییرشکل ماکرو ربات را توسط میکرو ربات جبران کرده و پنجه را روی مسیر حرکت می دهد. در ادامه مساله رفع افزونگی و تقسیم حرکت بین میکرو و ماکرو ربات بررسی و راه حل هایی براساس اولویت بندی وظایف و فیلتر کردن حرکت پنجه ارایه شد. پس از آن به مساله عدم امکان اندازه گیری و تعیین مقادیر خطای پنجه ناشی ازنامعلوم بودن معادله مسیر پرداخته شده و روش پیشوا-پیرو به عنوان راهکاری مناسب معرفی و مزایا و مسایل استفاده از آن در کنترل این ربات ها بررسی شده است. بر همین اساس سه الگوریتم هدایت حرکت توسط کاربر با استفاده از پیشوای پنجه ارایه شده است که اساس کار این الگوریتم ها تولید بردارهای اصلاح حرکت به وسیله انسان به تناسب مقدار خطای موقعیت و سرعت پنجه و از طریق ابزار پیشوایی متناسب با وظیفه محوله نظیر جوشکاری و ترکیب و تبدیل آنها به برداری معادل بردار برآیند خطا است که نیاز به اندازه گیری خطا را از بین می برد. پس از آن ساختارهای پیشروی متناسب با این الگوریتم ها تشریح و با مدل سازی فازی رفتار کاربر-پیشوا، عملکرد روش پیشنهادی در هدایت حرکت پنجه میکرو-ماکرو ربات های صلب و انعطاف پذیر شبیه سازی شده است. در انتها نیز با انجام تست های عملی کارآیی روش بررسی و تایید شده است.

در ربات های دارای عضوهای انعطاف پذیر، عدم امکان اندازه گیری دقیق درجات آزادی الاستیک و نرخ زمانی آنها و همچنین بالا بودن هزینه های ابزار دقیق برای اندازه گیری کمیت های مزبور از مشکلات اساسی به شمار میرود. از سوی دیگر بدلیل کم عملگر بودن بازوی ربات یاد شده و عدم امکان استخراج یک مدل دقیق دینامیکی و ارتعاش عضوهای بازو در حین حرکت نیز کنترل حرکت پنجه ربات دشوار است. سهم اصلی این تحقیق، برطرف نمودن مشکل اندازه گیری کمیات ذکر شده است که در این راستا استفاده از مشاهده گر به منظور تخمین متغیرهای حالت الاستیک بازو پیشنهاد می شود. برای تخمین متغیرهای مزبور، بررسی مشاهده پذیر بودن سیستم اولویت اصلی به شمار می آید. بدین منظور ابتدا روش تعیین مشاهده پذیری سیستم ارائه و پس از آن مشاهده گر غیرخطی با بهره بالا طراحی می شود. اثبات همگرائی دینامیک خطای مشاهده گر طراحی شده به سمت صفر، مسئله دیگری است که در این تحقیق به آن پرداخته می شود. روش خطی سازی ورودی -خروجی به عنوان روش کنترلی برای تعقیب مسیر پنجه ربات، انتخاب می شود که در آن به فیدبک کلیه متغیرهای حالت سیستم نیاز است اما فیدبک نظیر متغیرهای حالت الاستیک که غیرقابل اندازه گیری است، از تخمین آنها در مشاهده گر تامین می شود. علاوه برآن پایداری دینامیک داخلی سیستم نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است که برای پایدار نمودن آن، متغیر خروجی سیستم به شکلی مناسب تعریف می شود. وجود نامعینی های پارامتری و نامعینی در جرم باری که بازو حمل می کند، بکارگیری یک روش کنترلی مقاوم را طلب می نماید. در این رساله روش معمول کنترل مود لغزشی که برای ربات های فاقد کم عملگری استفاده می شود، بکار گرفته شده و پیشنهادی برای رفع مشکل کم عملگری آن ارائه می گردد . به منظور صحت سنجی نتایج شبیه سازی و بررسی عملکرد کنترل کننده و مشاهده گر طراحی شده، یک بازوی تک عضوی انعطاف پذیر، طراحی و ساخته شده است. با انجام آزمایش مربوط به بررسی همگرائی مشاهده گر و آزمایش مربوط به روش خطی سازی ورودی-خروجی همراه با تخمین متغیرهای حالت الاستیک در مشاهده گر، نتایج آنها با نتایج شبیه سازی های نظیر مورد مقایسه قرار می گیرد و کارآمدی مشاهده گر غیرخطی با بهره بالای طراحی شده و پایداری دینامیک صفر سیستم به همراه کارآئی روش کنترلی خطی سازی ورودی-خروجی نشان داده می شود.

برخلاف ربات هایی که پایه آنها متصل به زمین است، پایه ربات های معلق اصولا تماسی با زمین ندارد. که این مسیله به خودی خود سبب افزونگی درجات آزادی (البته از نظر سینماتیکی) آنها می شود. هر چند که این افزونگی، به عنوان یک مزیت مهم، سبب می شود که فضای گازی ربات افزایش یابد و یا ربات توانایی انجام چندین خواسته را داشته باشد، ولی کنترل این دسته از ربات ها را سخت تر و پیچیده تر می کند. در این پایان نامه با بررسی هر چه بهتر ربات های معلق سعی می شود، با سپردن یک وظیفه اولیه و چندین وظیفه ثانویه روشی بر حل سینماتیک معکوس یک ربات با متصل به پایه معلق ارایه شود. که البته نباید فراموش کرد که در این حل خواسته های اولیه و ثانویه و همچنین خواسته های ثانویه نباید با یکدیگر تداخلی داشته باشند. پس به کنترلری که توانایی اولویت گذاری بین وظایف را دارد احتیاج است. نحوه توزیع حرکت بین پایه و بازوها از مباحث بسیار مهم در این پایان نامه می باشد. چنانچه به دلیل پیچیده بودن جسم معلق مایلیم تا جای ممکن از عملگرهای پایه استفاده نشود و تنها در زمانی عملگردها به کار بیفتد که بازوها به تنهایی توانایی انجام خواسته های اولیه و ثانویه را نداشته باشند. بحث حضوری اغتشاشات محیطی و تاثیر آن بر پایه در به وجود آوردن حرکات ناخواسته نیز در این پایان نامه مطرح شده است. در این تحقیق سعی می شود که این حرکات ناخواسته به نحو مناسبی اداره شوند. به طوریکه تا جای ممکن این حرکات به بازوها منتقل شوند واستفاده از عملگرهای پایه تنها منوط به خطر افتادن خواسته هایمان شود.

گوجه فرنگی از سبزیجات اصلی سبد غذایی مردم کشورمان در تمام فصول سال است. محصولی حساس به ضربه و فشار، که زمان و روش برداشت مناسب را طلب می کند تا با کیفیت بالایی به دست مصرف کننده برسد. از متداولترین روش های تولید خارج از فصل، تولید در گلخانه است. به علت تراکم زیاد بوته در واحد سطح، نیروی کارگر زیادی نیاز دارد. به طوری که 40% کل هزینه های تولیدی به نیروی کارگری اختصاص دارد. به دلیل غیر یکنواخت بودن توزیع این محصول روی هر بوته و بوته های متفاوت، داشتن سیستمی هوشمند و توانا، سرعت و کیفیت برداشت را تا حد زیادی افزایش می دهد. در تحقیق حاضر یک بازوی سه درجه آزادی، جهت هدایت گیرنده نهایی به سمت گوجه فرنگی، طراحی، ساخته و کنترل شد. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی گوجه فرنگی اندازه-گیری شد. آزمایش های تعیین مقاومت میوه به سوراخ شدگی و تعیین منحنی نیرو- تغییر شکل میوه تا حد پارگی به وسیله دستگاه جامع بارگذاری کشش و فشار انجام شد. به منظور طراحی و ساخت بازو، ابتدا طراحی مکانیزم و تحلیل سینماتیکی و دینامیکی انجام شد. بعد از انجام شبیه سازی و انتخاب موتورها، مدل مکانیکی بازو در نرم افزار مدلسازی شد. در نهایت ساخت و عیب یابی قسمت مکانیکی ربات انجام شد. در قسمت کنترل، شناسایی گوجه فرنگی با بهره گیری از یک سیستم پردازش تصویر انجام شد و یک سیستم کنترل بازو را برای رسیدن به نقطه هدف هدایت می کرد. در ارزیابی های انجام شده، دقت بازو در نقطه نهایی در راستای محورهای x، y و z به ترتیب 2/1،1/1 و 4/1 میلی متر اندازه گیری شد. دقت زاویه ای هر مفصل 1 درجه برآورد شد.

امروزه شبیه سازها به عنوان وسایلی جهت آموزش، آز‍مایش، شبیه سازی حرکت و طراحی سیستم ها، در زمینه های مختلف تحقیقاتی و صنعتی به کار گرفته می شوند. شبیه سازی از راهکارهای اساسی کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اعتماد در موارد ذکر شده می باشد. شبیه سازهای پرواز نیز در رشد و توسعه صنعت هوافضا نقش بسزایی دارند. هدف از این تحقیق، طراحی فیلتر حرکت برای شبیه سازی پرواز توسط یک شبیه ساز سه درجه آزادی می باشد. سکوی متحرک شبیه سازهای پرواز از طریق ایجاد حرکاتی متناظر با حرکت واقعی هواپیما نقش مهمی در القاء احساس واقعی حرکت در خلبان دارد. هر چند از آنجا که یک شبیه ساز پرواز بر روی زمین ثابت است و دارای فضای کاری محدودی است و قادر به تامین حرکات واقعی یک هواپیما نیست، بایستی به بهترین نحو قابلیت های آن را مورد استفاده قرار داد تا قسمت های قابل احساس و ضروری حرکات را تامین کند. در ضمن در این فرآیند باید از ایجاد حرکات غیر واقعی و احساس های غلط اجتناب شود. وظیفه مقیاس نمودن و حذف حرکت های غیرمهم و یا غیر قابل تقلید توسط سکوی متحرک شبیه ساز بر عهده فیلتر حرکت شبیه ساز قرار دارد. فیلتر حرکت شبیه ساز، شتاب ها و سرعت هایی را که در پرواز واقعی احساس می شوند، به نحوی بازتولید و فیلتر می کند که شبیه ساز مورد نظر از محدوده عملکرد فیزیکی خود خارج نشود. به عبارت دیگر، فیلترهای حرکت به نحوی طراحی می شوند که ضمن برآوردن قیود حرکتی سکوی متحرک، احساس لازم را نیز در خلبان ایجاد نمایند. از دیگر محدودیت های شبیه سازی این است که، سکوی متحرک شبیه ساز از تمامی درجات آزادی هواپیما برخوردار نباشد. یکی از مسائل موجود در این رابطه، جبران حرکات انتقالی جانبی و رو به جلو در شبیه ساز سه درجه آزادی است که قابلیت تامین حرکات خیز، غلتش و پیچش را دارد. در این راستا فیلتر حرکت شش درجه باید به نحوی اصلاح شود تا حرکات مذکور را بتوان بازتولید نمود. در این تحقیق، علاوه بر طراحی فیلترهای حرکت کلاسیک و ترکیبی کلاسیک-وفقی برای شبیه ساز شش درجه آزادی، الگوریتم جدیدی برای تبدیل فیلتر های شش درجه آزادی به سه درجه آزادی ارائه شده است و از آنجا که شبیه سازهای سه درجه آزادی هزینه و پیچیدگی کمتری در مقایسه با انواع شش درجه دارند، فیلتر مذکور جهت پیاده سازی بر روی این نوع شبیه ساز طراحی شده است. الگوریتم کلاسیک طراحی شده برای شبیه ساز شش درجه آزادی، شامل فیلترهای خطی بالاگذر و پایین گذر با پارامترهای ثابت می باشد. تنظیم پارامترهای ثابت این الگوریتم نیز که از مراحل اساسی در طراحی فیلترهای حرکت می باشد، بررسی شده است. همچنین الگوریتمی جهت بازگرداندن زاویه چرخش به وضعیت صفر و نیز تطبیق حرکات دورانی شبیه ساز و هواپیما ارائه شده است. ویژگی اصلی الگوریتم کلاسیک، سادگی و قابل فهم بودن آن است. در ادامه الگوریتم وفقی معرفی شده است که دارای فیلترهای غیر خطی است و پارامترهای آن با استفاده از اصول کنترل وفقی بدست می آیند. الگوریتم ترکیبی کلاسیک- وفقی به عنوان طرح بعدی برای شبیه سازهای شش درجه آزادی انتخاب و طراحی شده است که این الگوریتم، فیلترهای غیر خطی وفقی را در ساختار کلی الگوریتم کلاسیک به کار می گیرد و پارامترهای آن بر اساس اصول کنترل وفقی و مطابق با وضعیت جاری شبیه ساز بدست می آیند. این الگوریتم، طرح هایی را از دو الگوریتم کلاسیک و وفقی الگو گرفته است و در عین ساده تر بودن نسبت به نوع وفقی، نتایج بهتری را در مقایسه با نوع کلاسیک می دهد. جهت تبدیل فیلترهای حرکت شش درجه آزادی به سه درجه آزادی، الگوریتم جدیدی طراحی شده است که این الگوریتم نیز بر اساس اصول کنترل وفقی عمل کرده و شتاب های خطی مورد نیاز در حرکات رو به جلو و جانبی را با اعمال شتاب زاویه ای مناسب به سکوی متحرک، بازتولید می کند. نتایج حاصل از این الگوریتم، با نتایج الگوریتم جمع ساده آثار مقایسه شده است که نشان از برتری الگوریتم جدید در حرکات دورانی دارد. نتایجی که برای فیلترهای شش درجه و سه درجه، در مانورهای مختلف ارائه شده است، حاکی از آن است که فیلتر حرکت طراحی شده برای شبیه ساز سه درجه آزادی در مقایسه با انواع شش درجه، شتاب های خطی مورد نیاز را نسبتاً خوب بازتولید می کند.

چکیده هدف از این پایان نامه بررسی پاسخ دینامیکی یک تیر با استفاده از یکی از روشهای تحلیلی مثل آنالیز مودال است. در ابتدا تیر با تکیه گاه ساده تحت تاثیر یک نیرو و جرم متحرک و سپس تحت تاثیر دونیرو و دو جرم متحرک مورد بررسی قرار می گیرد. توزیع ممان خمشی و نیروی برشی در طول تیر و تاثیرات سرعت دونیرو و دو جرم، فاصله آنها و همچنین سرعت نسبی آنها بر روی پاسخ دینامیکی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. برای کاملتر شدن حل تکیه گاهها را به دلخواه تغییر داده و مسئله در شرایط مرزی متفاوت تحلیل خواهد شد. به منظور دستیابی به دقت زیاد در حل مسائل مربوط به بار متحرک، از نرم افزارهای موجود مثل ansys نیز استفاده می شود که در آن روش اجزا محدود بکار می رود. مسائل مورد نظر با استفاده از این نرم افزار نیز حل شده و نتایج بدست آمده از دو روش مقایسه خواهند گردید. علاوه بر این، نتایج بدست آمده در برخی بخشها با نتایج دیگر پژوهشها، مقایسه شده است. شرایط بحرانی که در آن تیر در اثر عبور بار و یا جرم متحرک به حالت شکست در اثر تسلیم می رسد، برای شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایجی که از حل اینگونه مسائل بدست می آید می تواند مقدمه ای برای مطالعات بعدی باشد.

در پاره ای از کاربردهای سیستهای روبوتیک لازم است علاوه بر مسیر خرکت پنجه روبوت ، نیروی اعمالی به محیط نیز کنترل گردد. هدف این پروژه طراحی سیستم کنترل هیبرید نیرو و مکان برای یک روبوت n درجه آزادی صفحه ای با درجات آزادی اضافی می باشد. دراین رساله فرض بر این است که روبوت مورد نظر غیر از تعقیب مسیر میبایست n-2 قید وضعیتی دیگر را نیز ارضاء نماید. کنترلر طراحی شده ترکیبی است از یک کنترلر مدار باز (کنترلر غیرخطی) و یک کنترلر مدار بسته (کنترلر خطی) که کنترلر مدار باز و وظیفه هدایت کلی ربوت روی مسیر مورد نظر و اعمال نیروی دلخواه عمود بر سطح را دارد. اگر مدل دینامیکی کامل و فاقدهر گونه تقریب با اغتشاش دیگر باشد، استفاده از کنترلر حلقه باز به طور پیوسته موجب خواهد گشت ، روبوت مسیر مورد نظر را تعقیب نموده و نیروی لازم را نیز به محیط اعمال نماید. اما چون مدل کافی نیست و به ناچار تقریبهایی در آن وجود دارد، استفاده از این روش به تنهائی در کاربردهای واقعی عملی نیست . به منظور حذف اغتشاشات یک کنترلر مدار بسته خطی نیز به کنترلر فوق اضافه می شود که وظیفه حذف اغتشاشات را بر عهده دارد. کنترلر مدار باز با استفاه از این روش به تنهائی در کاربردهای واقعی عملی نیست . به منظور حذف اغتشاشات یک کنترلر مدار بسته خطی نیز به کنترلر فوق اضافه می شود که وظیفه حذف اغتشاشات را بر عهده دارد. کنترلر مدار باز استفاده از روش خطی سازی برگشتی (feedback linearization) محاسبه می گردد، برای طراحی کنترلر خطی نیز ماتریس فیدبک با استفاده از روشهای کنترل بهینه محاسبه شده است . به این منظور نخست نیروی قیدی (نیروی عمودی اعمال از پنجه به سطح) به روش ماتریس مکمل متعامد حذف می گردد و سپس معادلات خطی می شود. برای طراحی کنترلر خطی از دو روش برنامه ریزی پویا و lqr استفاده می شود. در روش اول با توجه به اینکه معادلات خطی شده تابع زمان هستند، به کمک روش برنامه ریزی پویا (سیستم متغیر با زمان) ماتریس فیدبک محاسبه شده است . در روش دیگر پس از تبدیل معادلات به فرم فضای حالت ماتریسهای ضرائب با یک ماتریس ثابت و با به صورت جدولی از ماتریسهای ثابت تقریب زده شده و سپس با استفاده از روش lqr (سیستم ثابت با زمان) ماتریس فیدبک محاسبه شده است . نهایتا کیفیت تعقیب مسیر و نیروی عمود بر سطح با استفاده از کنترلرهای فوق، به کمک مشابه سازی غیرخطی سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.

امروزه سیستمهای هیدرولیکی بخاطر خصوصیات ویژه ای که دارند کاربرد فراوانی در صنعت پیدا کرده اند و تحقیقات گسترده ای در زمینه های مختلفی برای بالا بردن کارایی اینگونه سیستمها انجام شده است.دراین پایان نامه برای یک سیستم الکتروهیدرولیکی با استفاده از یک روش کنترل موسوم به روش لیاپانف، کنترل مقاومی نسبت به نامعینی های موجود در سیستم طراحی می شود. ابتدا با معرفی یک سیستم الکتروهیدرولیکی مدل دینامیکی غیرخطی آن استخراج می گردد و سپس کنترل ‏‎pd‎‏ ساده برآن طراحی می گردد و به دنبال آن کنترلری به روش خطی سازی فیدبک طراحی و شبیه سازی می شود. سپس با معرفی نامعینی های موجود در سیستم و اثر آنها بر کنترلر طراحی شده برای سیستم مورد نظر به روش دوم لیاپانف کنترلر مقاومی طراحی و شبیه سازی می گردد . نهایتا اثر اصطکاک بر رفتار این سیستم بررسی و شبیه سازی عددی می شود.