سیدحمیدرضا حیدری، برهان بیگ‌زاده،
دوره ۱۹، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۷ )
چکیده
دست رباتیکی انسان‌نما به‌دلیل گستره کاربرد از جمله اکتشافات فضایی، پزشکی، نظامی و غیره همواره یکی از موضوعات مورد علاقه محققان در چند دهه اخیر بوده است. این مقاله در زمینه طراحی مکانیزم راندن انگشتان پنجه‌های رباتیکی و همچنین انگشتان اگزواسکلتون طرح‌ریزی و به‌گونه‌ای طراحی شده است که علاوه بر سبک و قابل حمل‌بودن بتواند حرکاتی مشابه انگشت دست انسان را انجام دهد. در این راستا، مطالعه‌ای روی آناتومی انگشت دست انسان بالغ و سینماتیک آن قبل از توضیح و اجرای طرح پیشنهادی انجام گرفته است تا به‌وسیله آن روابط موجود بین بندهای دیستال، میانی و پروگزیمال انگشت دست استخراج شود. در گام بعد، تئوری و روابط ریاضی حاکم بر محل استقرار غلاف‌ها و تاثیر آن روی زاویه خمشی مفاصل براساس مکانیزم کوپل‌کننده ارایه و بیان شده است. در مرحله‌ی بعد، با توجه به توابع به‌دست‌آمده در بخش سینماتیک و روابط ریاضی سیستم کوپل‌کننده یک مدلی از انگشت رباتیکی با خصوصیات مطرح‌شده در نرم‌افزار آدامز مدلسازی شده است. در گام بعد پس از لینک‌کردن این نرم‌افزار با نرم‌افزار متلب نتیجه حاصل از روابط موجود بین مفاصل انگشت شبیه‌سازی‌شده استخراج و بحث شده است. در گام آخر با توجه به نتایج شبیه‌سازی نمونه‌ای با استفاده از پرینتر سه‌بُعدی مطابق با مکانیزم پیشنهادی ساخته و ارایه شده است.
علی روح‌اللهی، مهدی آزمون، مهدی طالع‌ماسوله، احمد کلهر،
دوره ۱۹، شماره ۱ - ( ۱۰-۱۳۹۷ )
چکیده
در این مقاله ابتدا طراحی و ساخت اجزای تشکیل‌دهنده ربات دلتا بررسی شده و سپس تحلیل سینماتیک معکوس و کنترل موقعیت آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین پیرامون نسخه اولیه و نهایی ربات براساس نیازهای موجود و اضافه‌شدن گیربکس به دلیل کم‌بودن گشتاور موتورها و ساخت فلنج تبدیل برای اتصال گیربکس به پایه ثابت ربات نیز بحث شده است. در ادامه با شبیه‌سازی ربات در نرم‌افزار متلب، صحت معادله سینماتیک معکوس ربات ۴درجه آزادی دلتا بررسی شده است. در قسمت دیگر به طراحی کنترل موقعیت در فضای مفصلی پرداخته شده و نتایج آن روی ربات به طور عملی در نمودارها برای یک حرکت در راستای z آورده شده است. با طراحی کنترل‌کننده مناسب برای ربات امکان ردیابی مسیر دلخواه را در آن ایجاد نموده و نتایج آن با کنترل‌کننده‌های دیگر مقایسه شده است. همچنین با طراحی یک کانوایر برای ربات و مجهزکردن آن به یک دوربین امکان تشخیص اجسامی که ربات آنها را جابه‌جا میکند با استفاده از پردازش تصویر فراهم شده است. به منظور گذاشت و برداشت اجسام، مجری نهایی ربات به یک ساکشن که قابلیت کنترل دارد مجهز شده است. خروجی‌های به‌دست‌آمده از مسیرهایی که ربات آنها را طی کرده نشان داد که کنترل‌کننده PID طراحی‌شده برای ربات به درستی عمل کرده و همچنین با خطای کمی مسیر دلخواه توسط ربات دنبال شده است.
زهرا ناصری‌اصل، رسول فشارکی‌فرد، حامد غفاری‌راد،
دوره ۱۹، شماره ۴ - ( ۱-۱۳۹۸ )
چکیده
امروزه نیاز صنعت جوشکاری، به ارتقای کیفیت جوش سبب شده است تا جوشکاری رباتیک مورد توجه قرار گیرد. به‌کارگیری رباتهای صنعتی مفصلی برای جوشکاری، چالش‌های فراوانی را به‌همراه دارد، چرا که برخی از رباتها قابلیت جبران خطای ردیابی مسیر درز را به‌صورت برخط ندارند. بنابراین برای اصلاح خطای پیمایش درز جوشکاری، در این مقاله استفاده از یک مکانیزم کمکی پیشنهاد میشود. این مکانیزم یک میز یک‌درجه آزادی است که می‌تواند حرکت پیوسته‌ای در قطعه کار زیر مشعل جوشکاری ایجاد نماید. حرکت دورانی موتور مکانیزم به‌وسیله یک سیستم بال‌اسکرو به یک حرکت انتقالی قطعه کار تبدیل میشود که این حرکت خطی خطای ردیابی را جبران میکند. از آنجایی که در فرآیند جوشکاری دقت حرکت نسبی قطعه کار و مشعل جوشکاری اهمیت زیادی دارد، کنترل مناسب میز واسط کیفیت جوش حاصل را تضمین میکند. در این مقاله، دو روش مختلف برای کنترل میز یک‌درجه آزادی بررسی میشود. در روش اول، با توجه به پیچیدگی مدل اصطکاک مکانیزم بال‌اسکرو و حضور ترم‌های غیرخطی، این بخش از مدل به‌عنوان اغتشاش خارجی در نظر گرفته میشود و سپس یک کنترل‌کننده PID برای قسمت خطی آن طراحی میشود. در روش دوم، موسوم به خطی‌سازی پسخورد، یک قانون کنترل به‌گونه‌ای طراحی میشود که خطای ردیابی مسیر، با گذر زمان به صفر میل کند. بررسی نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی نشان‌دهنده برتری نسبی دقت روش دوم کنترلی نسبت به روش اول بوده، در حالی که خطای کنترل‌کننده PID ۳میلی‌متر و خطای کنترل‌کننده دوم ۰.۵میلی‌متر است. در انتها مجموعه عملی مورد استفاده در جوشکاری رباتیک برای ارزیابی نتایج معرفی میشود.
قاسم عباس‌نژاد، مهدی طالع‌ماسوله،
دوره ۱۹، شماره ۵ - ( ۲-۱۳۹۸ )
چکیده
با توجه به یکی از معایب رباتهای کابلی موازی در توانایی محدود تحمل گشتاور و فضای کاری دورانی نسبتاً کوچک، در این مقاله روشی برای تعیین پیکربندی بهینه رباتهای کابلی موازی قابل انطباق با پایههای متحرک برای بهترکردن عملکرد این رباتها ارایه میشود. در این رباتها، مکان پایههای متحرک اتصال کابل‌ها با توجه به حرکت مجری نهایی بر مسیر آن توسط عملگرها تغییر داده می‌شوند. در پیکربندی تعیین‌شده، هر گشتاور- نیروی اعمالی بیرونی، با نیروهای اعمالی توسط کابل‌ها برای تمام موقعیتهای مجری نهایی در نزدیکی موقعیتی از آن متعادل میشود. بزرگترین محدوده دایره‌ای گشتاور- نیروی بسته به مرکز یک نقطه دلخواه از مسیر برای یک محدوده مشخص دوران حول یک دوران مرجع محاسبه میشود. با درنظرگرفتن مساحت این ناحیه‌ها و با هدف بزرگ‌ترکردن آنها، پیکربندی بهینه با تغییر مناسب مکان پایههای متحرک اتصال کابل‌ها تعیین میشود. با اعمال این روش در تعدادی از نقاط در یک مسیر خاص، بهطور تکراری، طرح‌ها‌ی عملیاتی مناسب به دست می‌آید. در این مقاله این روش برای رباتهای موازی صفحه‌ای کابلی قابل انطباق با پایههای متحرک، اعمال و کیفیت طرح‌ها‌ی راه‌اندازی آنها با ربات‌ها‌یی با پایههای ثابت مقایسه میشود.
حامد چلنگری جویباری، مهدی طالع ماسوله، بهنام داداش‌زاده،
دوره ۱۹، شماره ۶ - ( ۳-۱۳۹۸ )
چکیده
رباتهای با مکانیزم موازی در مقایسه با رباتهای سری، دارای مزیت‌هایی از جمله دقت بالا، نسبت بالای بار اعمالی به وزن ربات و همچنین سختی بالاتر هستند که موجب استفاده از این مکانیزم‌ها در کاربردهای دقیق میشود. درنظرگرفتن رفتار سختی مکانیزم، یکی از جنبه‌های مهم در حین طراحی است که باعث میشود 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 سه‌درجه آزادی است. به همین منظور میزان جابه‌جایی مجری نهایی به‌ازای بار اعمالی به‌صورت شبیه‌سازی و عملی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا مکانیزم موازی مورد مطالعه در این مقاله معرفی و ویژگیهای آن بیان شده است. سپس، سختی مکانیزم با استفاده از روش آنالیز المان محدود مدل میشود و با اعمال شرایط مرزی مورد نظر، رفتار سختی مکانیزم ربات در موقعیتهای معین مجری نهایی مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه، بهمنظور راستی‌آزمایی نتایج به‌دست‌آمده از مدلسازی سختی، دستگاهی نوین به منظور اندازه‌گیری سختی مکانیزم، معرفی و نحوه کار با آن دستگاه نیز شرح داده شده است. با استفاده از این دستگاه، رفتار سختی مکانیزم ربات در موقعیتهای مشابه اندازه‌گیری شده است. در انتها، جواب مدلسازی سختی و نتایج به‌دست‌آمده از اندازه‌گیری عملی، گزارش و با هم مقایسه می‌شوند که نشان میدهد ربات با مکانیزم موازی مورد مطالعه در این مقاله، دارای رفتار سختی مناسب بوده و در کاربردهای دقیق مورد اطمینان و قابل به‌کارگیری است.
مجتبی میرزائی، حسین تقوایی،
دوره ۱۹، شماره ۷ - ( ۴-۱۳۹۸ )
چکیده
تعیین یک مدل دینامیکی مناسب برای یک ربات زیر آب، از نظر طراحی سیستم هدایت و کنترل از اهمیت زیادی برخوردار است. بهمنظور طراحی یک سیستم کنترلی موفق برای وسایل زیر آب همواره دانستن ضرایب مشتقات پایداری هیدرودینامیکی وسیله بهطور کامل و با دقت کافی مورد توجه محققان بوده است. انتخاب عملگر مناسب در سیستم کنترل روی عملکرد کلی سیستم و هزینه‌های پروژه موثر است. معمولاً در طراحی عملگرها تاثیر ضرایب مشتقات پایداری دینامیکی در نظر گرفته نمی‌شود؛ بنابراین در این تحقیق سعی شده است تا میزان اهمیت این ضرایب در طراحی عملگرها بررسی شود. برای این منظور در ابتدا معادلات حرکت یک ربات زیر آب مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، استخراج ضرایب هیدرودینامیکی شامل ضرایب استاتیکی و دینامیکی برای یک ربات زیر آب توسط یک کد محاسباتی سریع انجام و پس از آن اثرات ضرایب مشتقات پایداری دینامیکی بر پارامترهای عملکردی دینامیکی وسیله مانند پهنای باند دینامیک سیستم و نقش آن در سیستم کنترل بررسی شد. همچنین در پایان به بررسی انتخاب عملگر مناسب برای ربات زیر آب و مطالعه اثرات فرکانس طبیعی عملگر بر عملکرد سیستم پرداخته شد.
حسین عبدی، محمدجواد شاکرآرانی، حسن سالاریه، محمدمهدی کاکایی،
دوره ۱۹، شماره ۱۱ - ( ۸-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله، طراحی یک الگوریتم کنترلری دینامیک مبنا برای تولید فرآیند گام‌برداری پایدار در یک ربات ۴پای ۶لینکی ارائه شده است. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه کنترل و حرکت رباتهای ۴پا انجام گرفته است ولی اکثر کارهای انجام‌شده بر مبنای مدلسازی دقیق ربات و محیط آن صورت گرفته است. چنین روش‌هایی به علت تطبیقی نبودنشان توانایی خود را با تغییر محیط از دست میدهند. این در حالی است که ویژگی اصلی حرکت مهره‌داران، تطبیقی‌بودن حرکات آنها است. لذا استخراج یک الگوریتم کنترلی که صرفاً بر مبنای دینامیک ربات باشد حائز اهمیت است. الگوریتم‌های کنترلی که بتوانند تضمین پایداری کنند به ۲ نوع کلی دینامیک مبنا و تراژکتوری مبنا تقسیم می‌شوند. در این بین الگوریتم‌های تراژکتوری مبنا نیاز به داشتن اطلاعات دقیقی از گیت دارند که لزوماً در دسترس نیست. اما الگوریتم‌های دینامیک مبنا از یک سری قیود حرکتی برای رسیدن به یک کنترلر پایدارساز استفاده می‌کنند که این قیود خود گیت حرکتی مناسب را ایجاد می‌نمایند. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم کنترلی دینامیک مبنا، یک کنترلر برای پایدارسازی و تولید گیت ترات و پیس در یک مسیر مستقیم و مسطح برای حرکت یک ربات ۴پا ارائه شده است. با توجه به اینکه ربات ۴پای مورد نظر دارای ۴ درجه آزادی است لذا از ۳ قید هندسی برای تأمین حرکت ریتمیک استفاده شده است. در این مقاله پایداری فرآیند گام‌برداری ربات ۴پا، با استفاده از نگاشت بازگشتی پوانکاره اثبات شده است.
الهام رمضان‌زاده، زهرا رحمانی، محمد حسن‌قاسمی،
دوره ۱۹، شماره ۱۲ - ( ۹-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله دنبال‌یابی مسیرمرجع براساس کنترل مد لغزشی ترمینال برای یک ربات سیار چرخ‌دار پیشنهاد شده است و روش پیشنهادی روی یک ربات سیار به صورت عملی پیادهسازی شده است. ربات محرک چرخ‌دار یک سیستم غیرهولونومیک غیرخطی که دارای دو ورودی برای کنترل است و دارای سه متغیر حالت و یک قید غیرهولونومیک است. برای کنترل این سیستم در این مقاله ابتدا با تبدیل معادلات سیستم غیرهولونومیک به فرم زنجیره‌ای، معادلات ربات سیار چرخ‌دار برای معادلات زنجیره‌ای تعمیم‌یافته استخراج میشود. سپس روش کنترل مد لغزشی ترمینال زمان محدود برای کنترل دنبال‌یابی مسیر مرجع این سیستم ارائه میشود. پس از آن با استفاده از یک محیط شبیه‌سازی گرافیکی در نرم‌افزار متلب قابل اجرا است. روش پیشنهادی برای ربات سیار چرخ‌دار مورد استفاده در آزمایشگاه شبیه‌سازی میشود. نتایج شبیه‌سازی در محیط گرافیکی کارآیی روش پیشنهادی را در مقایسه با روش کنترل مد لغزشی کلاسیک به خوبی نشان میدهد. در پایان نتایج عملی پیادهسازی کنترل‌کننده برای دنبال‌یابی مسیر مرجع ارائه‌شده روی ربات سیار نشان داده شده است. نتایج حاصل از پیادهسازی عملی به خوبی عملکرد مناسب روش پیشنهادی را نشان میدهد.
سیدعلی معافی، فرید نجفی،
دوره ۲۰، شماره ۲ - ( ۱۱-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله هدف ارایه ساختار کنترلی هوشمند و قدرتمند برای کنترل ربات توانبخشی پایین‌تنه است. مورد توجه در این پژوهش حفظ ایمنی بیمار، توجه به مفهوم کمک به مقدار نیاز بهمنظور ارتقای کارآیی تمرین‌های رباتیک توانبخشی و هوشمندسازی رفتار کنترلر است. ساختار کنترلی پیشنهادی متشکل از کنترل میدان نیرو و استراتژی منطق فازی است. علاوه بر این تمامی عوامل تاثیرگذار بر دینامیک سیستم از قبیل نیروی گرانشی، نیروی اصطکاک و گشتاور تعاملی بین ربات و انسان در مدلسازی آن لحاظ شده است. روش کنترلی میدان نیرو با ایجاد یک نوار مجازی حول مسیر حرکت راه رفتن، میدان نیرویی را ایجاد میکند که می‌تواند پای بیمار را تحت شرایط مورد نظر طراح، در راستای مسیر مرجع هدایت نماید. در این مقاله بهمنظور تحقق هدف کمک به مقدار نیاز، برای تامین آزادی عمل بیشتر بیمار، پارامترهای تعیین‌کننده کنترلر میدان نیرو به کمک کنترل فازی انتخاب می‌شوند. در این وضعیت الگوریتم فازی برای افزایش کیفیت رفتار ربات توانبخشی که با توجه به میزان توانایی بیمار تطبیق‌پذیر است پیشنهاد شد. در همین راستا ساختار کنترلی پیشنهادی روی سیستم دینامیکی ربات توانبخشی پایین تنه پیادهسازی شده است. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی به‌خوبی نشان‌دهنده میزان کارآیی کنترلر در انجام هرچه با کیفیت‌تر فرآیند گام‌برداشتن بیمار است.
محمد عالی‌پور، علی مختاریان، حسین کریم‌پور،
دوره ۲۰، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۸ )
چکیده
ربات کروی به رباتهای سیار کروی‌شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی‌شان حرکت می‌کنند، اطلاق میشود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه ربات کروی آونگی، مدلسازی شد و سپس به تحلیل دینامیکی و استخراج معادلات حرکت صفحه‌ای ربات بر مسیرهای غیرتخت صفحه‌ای به روش لاگرانژ پرداخته شده است. همچنین با درنظرداشتن کمبود تعداد عملگر نسبت به تعداد درجات آزادی ربات کروی، طراحی یک کنترل‌کننده غیرخطی، مبتنی بر روشهای خطی‌سازی 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 کنترل‌کننده پرداخته شده است. با انتخاب مسیر مناسب برای حرکت ربات، به شبیه‌سازی و حل عددی معادلات حرکت ربات در نرم‌افزار متلب پرداخته و زوایای چرخشی آونگ و گشتاور تولی شده توسط عملگر به‌دست آمده است. نتایج حاصل، گویای عملکرد مطلوب و مقاوم کنترل‌کننده در دنبال‌کردن مسیر تعیین‌شده برای چرخش پوسته کروی ربات حین عبور بر سطح غیرتخت انتخاب‌شده، است.
علیرضا مطهری، حسن ظهور، محرم حبیب‌نژادکورایم،
دوره ۲۰، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله طراحی و ساخت یک بازوی رباتیکی بسیار- افزونه (Hyper-Redundant Manipulator) با تحریک پنوماتیکی دوحالته جدید ارایه شده است. با وجود مزایایی چون فضای کاری وسیع، توانایی عبور از موانع و کنترل ساده، تاکنون نمونه‌‌های کمی از بازوهای بسیار- افزونه با تحریک ناپیوسته، آن هم در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده است که نقایصی در آنها دیده میشود. این نقایص شامل بازه حرکتی کوچک، قیمت تمامشده نسبتاً بالا و حرکت غیریکنواخت و توام با تکان و لرزش بازو است. برای رفع این مشکلات در بازوی ارایهشده در این مقاله از مکانیزم لولایی- کشویی- کروی سه‌گانه (۳-RPS) به‌عنوان بسته (Module) استفاده شده است که به دلیل داشتن تعداد پایههای کم، قیمت تمامشده پایینتری دارد. همچنین با جایگزینی مفاصل کروی با مفاصل چهارشاخه، بازه حرکتی بالاتر رفته است و در نهایت با استفاده از مجراهای قابل تنظیم در ورودی هر سیلندر، بهطور موثری از غیریکنواختی و تکانهای بازو کاسته شده است. در نهایت برای بررسی نحوه حرکت بازو، آزمون‌‌هایی اجرا شدهاند که نتایج آنها ارایه خواهد شد.
معین طاهری، سید حسن بطحائی،
دوره ۲۰، شماره ۱۲ - ( ۹-۱۳۹۹ )
چکیده
شناسایی خواص سلول بهمنظور جداسازی بافت‌های سالم و آسیب‌دیده‌ی سلول‌های زیستی، جابه‌جایی و منیپولیشن سلول‌ها و میکرو/نانو ذرات مختلف، تصویربرداری و شناسایی شکل سلول‌ها و سطوح مختلف از کاربردهای جدید میکروسکوپ‌های نیروی اتمی میباشد که امروزه استفاده از میکروسکوپ‌های نیروی اتمی را گسترش داده است. در مدلسازی منیپولیشن میکرو/نانو ذرات، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، یکی از نکات مهم استفاده از مدل تماسی مناسب و دقیق میباشد. ازآنجاکه در منیپولیشن سهبعدی، میکرو/نانوذره بین تیرک و صفحه‌ی مبنا قرار دارد، لذا تئوری‌های تماسی باید به دو بخش تقسیم شوند. بخش اول تماس بین صفحه‌ی مبنا و میکرو/نانوذره میباشد و بخش دیگر تماس بین میکرو/نانوذره و نوک سوزن تیرک میباشد. در این پژوهش به استخراج مدول یانگ بافت سرطانی معده با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی بهمنظور شناسایی بافت پرداخته‌شده است. برای این منظور دو مدل تماسی هرتز و جی‌کاآر جهت استخراج مدول یانگ توسعه داده‌شده‌اند. در یک آزمایش تجربی پس از جداسازی سلول‌ها از بافت سرطانی معده با استفاده از تیرک مستطیلی شکل و سوزن‌های هرمی و کروی میکروسکوپ نیروی اتمی نمونه‌ها مورد آزمایش قرار گرفتند و نمودارهای نیرو-عمق نفوذ به‌دست‌آمده است سپس با استفاده از روش نصف کردن و نرم‌افزار متلب به تحلیل داده‌ها پرداخته شد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از نمودار نیرو-عمق‌نفوذ میتوان ضریب فنری ظاهری برای سلول مدلسازی کرد زیرا شیب این نمودار خطی است. حدود مدول یانگ بافت مورد نظر، با توجه به نمودارهای به‌دست‌آمده از مقایسه نتایج تجربی مستخرج از میکروسکوپ نیروی اتمی و نتایج تئوری تماسی هرتز و جی‌کاآر ۲۵±۳۲۵ KPa به‌دست‌آمده است.
فرهاد رجایی، خلیل عالی پور، بهرام تاروردی زاده، علیرضا هادی، حسین ولی یان هلق،
دوره ۲۱، شماره ۶ - ( ۳-۱۴۰۰ )
چکیده
حرکت مچپای انسان نتیجه تعامل پیچیده بین عصب و ماهیچهها است. به منظور ایجاد عملکردی مشابه عملکرد عضو واقعی، پروتزهای مچپای زیادی(غیرفعال، نیمهفعال، فعال) طراحی شدهاند. اگر از پروتزهای غیرفعال و نیمه فعال که تأمین توان خالصی ندارند و عملکردی متفاوت از عضو واقعی دارند بگذریم، بزرگترین چالش پیشرو در پروتزهای فعال، تأمین توان و انرژی موردنیاز بهمنظور ایجاد رفتاری مشابه رفتار مچپای سالم است. تأمین مستقیم این توان و انرژی، نیاز به محرک با گشتاور و توان بالا دارد که باعث افزایش شدید وزن و اندازه پروتز میشود. در این مقاله به منظور کاهش این انرژی و توان مورد نیاز، از طراحی جدید و متفاوتی به صورت ترکیب محرک غیر فعال (فنر) و محرک فعال (موتور) استفاده می شود که وزن موتور موردنیاز را بهشدت کاهش میدهد و علاوه بر مد راهرفتن قادر به پشتیبانی از مد دویدن تا سرعت ۲.۵ متر بر ثانیه نیز است. مرحله اول این مقاله شامل مدلسازی مکانیکی مچپا و بررسی کارایی و مصرف توان و انرژی در تمامی مدلهای ارائه شده میباشد.
اسماعیل خان میرزا، مرتضی حق بیگی، محمد فرزان،
دوره ۲۳، شماره ۳ - ( ۱۲-۱۴۰۱ )
چکیده
یکی از این چالش‌های مساله طراحی مسیر چندرباتی، افزایش ابعاد فضای جستجو به صورت نمایی همراه با افزایش تعداد رباتها در محیط عملیات است. بنابراین، به الگوریتم‌هایی نیاز است که دارای کارایی محاسباتی بوده و بتوانند مسیرهای بهینه و بدون برخورد رباتها را در زمان محدود طراحی کنند. در این مقاله یک الگوریتم طراحی مسیر مرکزی برای هدایت رباتها در محیط عملیات مشترک ارائه شده است. این الگوریتم یک روش جستجوی اکتشافی تدریجی است که در آن الگوریتم D* Lite به منظور تطبیق با حالت چندرباتی توسعه داده شده است. هماهنگی در طراحی مسیر برای تمام رباتها بر اساس مفهوم زمان تصرف بوده که در ساختار مدل مفهومی محیط پیادهسازی شده است. همچنین، یک تابع مرکزی جهت به‌روزرسانی اطلاعات مدل مفهومی محیط و حرکت تدریجی رباتها توسعه داده شده است. به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، دو گروه شبیهسازیهای استاتیک و پویا انجام شده است. در دسته اول، تمرکز بر مطالعه اثر پارامترهای الگوریتم است. نتایج نشان میدهد که الگوریتم پیشنهادی قابلیت طراحی مسیر برای ۴۰ ربات در محیطی با ۵۵ درصد فضای آزاد را دارد و نیز رابطه زمان محساباتی و تعداد رباتها غیر نمایی است. دسته دوم شبیهسازیها در محیط سهبعدی Gazebo انجام شده که به صورت برخط و پویا است. نتایج روش پیشنهادی با روشی بر اساس میدانهای پتانسیل مصنوعی برای تعداد ۱۴ ربات مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که با افزایش تعداد رباتها از ۹ عدد، زمان انجام عملیات برای روش مبتنی بر میدان پتانسیل افزایش زیادی پیدا کرده و یا غیرممکن میشود.
سپیده اکبری، محمد هادی نامدار قلاتی، حامد غفاری راد، سید مهدی رضاعی،
دوره ۲۳، شماره ۴ - ( ۱-۱۴۰۲ )
چکیده
عملگرهای نرم خمشی نیوماتیکی به عنوان عملگرهایی با ایمنی و قابلیت تطبیقپذیری بالا، بسیار قابل توجه محققان قرار گرفتهاند، به طوری که آنها را به گزینهای ایدهآل برای ساخت تجهیزاتی که تعامل بالایی با انسانها دارند تبدیل کرده‌است. این ویژگیهای مثبت، مشکلاتی را نیز به همراه دارد. تطبیقپذیری بالای رباتهای نرم به واسطه درجات آزادی زیاد آنها فراهم شده و بدین ترتیب مدلسازی آنها را به چالشی جدی برای پژوهشگران تبدیل کرده‌است. در این مقاله با به‌کارگیری روش اجزای صلب محدود، به مدلسازی یک عملگر نرم خمشی با رشتههای تقویتکننده که در تعامل با محیط قرار دارد، پرداخته شده‌است. استفاده از روش معرفی شده این امکان را فراهم آورده تا بتوان برای عملگرهای نرم پیوسته، روشهای مورد استفاده در مدلسازی رباتهای صلب متداول مانند روش دناویت-هارتنبرگ را به کار گرفت. بنابراین در ادامه به کمک همین تئوری رفتار استاتیکی و دینامیکی عملگر نرم در حالت آزاد و در حضور نیروی خارجی تحلیل و بررسی شده و در نهایت با نتایج تجربی بدست آمده از یک عملگر ساخته شده، مقایسه شده‌است. نتایج بدست آمده نشان میدهند که روش پیشنهادی در عین اینکه مدل سادهای را برای مقاصد بعدی مانند پیادهسازی کنترل‌کننده ارائه میکند، دارای خطای مدلسازی کمتر از ۹ درصد میباشد.
مهران محبوب خواه، فرهاد خبازی براب، علی فتحی، محمد حسین علی نقی پور،
دوره ۲۳، شماره ۵ - ( ۲-۱۴۰۲ )
چکیده
فرآیند لایه نشانی ذوبی (FDM) به دلیل هزینه پایین و همچنین قابلیت تولید با محدوده وسیعی از مواد پلیمری گرمانرم، برای نمونهسازی سریع بسیار مناسب است. برای ساخت برخی قطعات پیچیده و افزایش کیفیت، میتوان با افزایش درجات آزادی حرکتی پرینتر بیش از سه محور، امکان چاپ مدل پیچیده در جهات مختلف را بوجود آورد. برای این منظور در این مقاله یک پرینتر سهبعدی پنج درجه آزادی معرفی و طراحی و ساخت آن مورد بررسی قرار گرفته و قابلیتهایی که این پرینتر نسبت به سایر پرینترهای سنتی دارد مورد بحث قرار گرفته است. پرینتر معرفی شده در مقاله یک مکانیزم موازی چهار درجه آزادی است که با اضافه شدن یک درجه آزادی دورانی به سکوی متحرک مجموعاً دارای پنج درجه آزادی حرکتی می باشد. به منظور ایجاد مسیر حرکت پرینتر سهبعدی با پنج درجه آزادی، نرم افزار کَم با زبان برنامه نویسی پایتون توسعه داده شده است که برنامه حرکتی مسیر مورد نیاز برای پرینت قطعه را تولید میکند. برای کنترل سخت افزاری پرینتر، یک نرم افزار بر پایه چارچوب نرم افزار منبع باز رپیتایر طراحی شده است. نرم افزار اصلی رپیتایر تنها سه محور حرکتی را کنترل می کند، در حالیکه با تغییرات ایجاد شده در این نرم افزار، امکان کنترل پنج محور و همچنین اضافه کردن سینماتیک معکوس به آن فراهم گردیده است. با استفاده از این نرم افزار امکان پرینت قطعه با استفاده از پنج محور حرکتی و بدون نیاز به تکیه گاه وجود دارد.
مهران محبوب خواه، مهدی طیاری،
دوره ۲۳، شماره ۵ - ( ۲-۱۴۰۲ )
چکیده
یکی از راهکارهای افزایش انعطاف پذیری و دقت در ماشینکاری، استفاده از ماشین ابزارهای با درجات آزادی بیش از سه محور است. ماشین های فرز با سازوکار موازی، سفتی و انعطاف پذیری بالایی دارند و در صورت داشتن درجات آزادی بیشتر، قابلیت ماشین کاری قطعات پیچیده را هم خواهند داشت. کالیبراسیون این نوع از دستگاهها افزایش دقت و تکرارپذیری قطعات تولیدی را امکان پذیر می سازد. در این مقاله یک دستگاه فرز چهار درجه آزادی با سازوکار موازی معرفی و آزمایش هایی برای تشخیص خطاهای حرکتی ریل های آن انجام شده است. پس از تعیین میزان خطاهای هر محور حرکتی و سپس اعمال ضرایب خطایی در کنترلر دستگاه، مجدداً خطاهای حرکتی دستگاه اندازه گیری شده است. همچنین میزان مستقیم بودن حرکتی ماشین ابزار اندازه گیری شده است و با تنظیمات سخت افزاری و جابجایی موقعیت لیمیت سوئیچها، میزان مستقیم بودن مجدداً بررسی شده است. انجام کالیبراسیون نشان داده که خطاهای دستگاه به میزان چشمگیری کاهش داده شده است. این فرآیند باعث افزایش دقت در محورهای حرکتی دستگاه فرز شده است.
ریحانه مرادی حقیقت، مصطفی رستمی، محمد علی قاسمی، زهره مینوش کهندانی،
دوره ۲۳، شماره ۱۱ - ( ۸-۱۴۰۲ )
چکیده
طراحی و ساخت یک دستگاه کمک گیرنده از کامپیوتر قابل کاربرد در جایگذاری دقیق پیچ پدیکل در جراحی فیوژن ستون فقرات.
هدف از این مطالعه توسعه یک دستگاه دستیار جراح جدید قابل استفاده در جراحی همجوشی ستون فقرات باز برای بهبود دقت نقطه ورودی است.
ما یک دستگاه جدید به نام Surgeon Assistant Pedicle Detector (SA_PeD) را توسعه دادیم. با استفاده از مراحل برنامه ریزی، ثبت و ردیابی قبل از عمل، نقطه ورود دقیق برای قرار دادن پیچ پدیکل را تشخیص داده و به جراح نشان می دهد.
نتایج:
این آزمایش ها توسط هشت اپراتور و هر یک از آنها روی پنج مهره با دو سوراخ انجام شد. نتایج نشان می دهد که میانگین خطای موقعیت ۰,۲۶±۰.۵۲ میلی متر است. تکرارپذیری و تکرارپذیری دستگاه نیز گزارش شده است که چشمگیر است. دستگاه نیز مستقل از اپراتور است و برای همه اپراتورها نتیجه یکسانی دارد.
نتیجه گیری:
با توجه به اینکه به حداکثر رساندن دقت، هزینه ها را به طور تصاعدی افزایش می دهد، بنابراین دستگاه در مقایسه با سایر سیستم های رباتیک و ناوبری گران قیمت مقرون به صرفه بوده و تعداد خطاها را تا حد زیادی کاهش می دهد. این دستگاه همچنین فضای کمی را در اتاق عمل اشغال می کند و یادگیری استفاده از آن برای جراح آسان است.
مرتضی حق بیگی، اسماعیل خان میرزا، امیرحسین دوائی مرکزی،
دوره ۲۴، شماره ۷ - ( ۴-۱۴۰۳ )
چکیده
میدانهای پتانسیل مصنوعی یکی از روشهای پرکاربرد در طراحی مسیر پیوسته است. اما، کاربرد این روش در طراحی مسیر جمعی با چالشهایی مواجه است که میتوان به مساله نقاط کمینه محلی و نیز ایجاد ترافیک در صورت افزایش تعداد رباتها اشاره کرد. هدف از روش پیشنهادی در این مقاله، بهبود طراحی مسیر جمعی در محیطهای پیچیده و با حضور تعداد متغیری ربات است. یک تابع پتانسیل تطبیقی جدید معرفی شده است که احتمال همگرایی و ورود همزمان رباتها به یک ناحیه و در نتیجه احتمال ایجاد ترافیک و نقاط کمینه محلی را کاهش میدهد. همچنین، توابع پتانسیل جدیدی پیشنهاد شده است که منجر به مسیرهای هموارتر با زمان پیمایش کمتر، در مواجهه ربات با موانع میشود. در این توابع، علاوه بر موقعیت رباتها و موانع، جهت حرکت رباتها و موقعیت هدف نیز در نظر گرفته شده است. بهمنظور ارزیابی روش پیشنهادی، یک معماری نرمافزاری هیبریدی طراحی و در بستر سیستم عامل رباتی پیادهسازی شده است که در آن امکان پیوستن رباتهای جدید و یا تعریف هدف جدید، همزمان با حرکت دیگر رباتها وجود دارد. نتایج نشان میدهد که استفاده از توابع پتانسیل پیشنهادی منجر به کاهش همگرایی رباتها و در نتیجه کاهش زمان پیمایش مسیرها میشود. در شبیه‌سازی صورت گرفته برای ۲ ربات، استفاده از توابع تطبیقی توسعه داده شده منجر با کاهش ۳۵ درصدی در زمان پیمایش مسیرها شده است. درحالیکه در طراحی مسیر برای ۱۵ ربات در نقشه یکسان، کاهش ۵۰ درصدی در زمان پیمایش مسیرها حاصل شده است.
هادی سازگار، علی کیماسی خلجی،
دوره ۲۴، شماره ۱۰ - ( ۷-۱۴۰۳ )
چکیده
در بسیاری از کاربردهای ربات چرخ‌دار در کنار الزام کنترل دقیق موقعیت، محدودیت‌های ابعادی و وزن نیز حائز اهمیت می‌باشند. محدودیت وزن و ابعاد به این معناست که نمی‌توان از عملگرهای به دلخواه بزرگ استفاده نمود. از طرفی کنترل دقیق و سریع معمولاً نیازمند بهره‌های کنترلی بالا و در نتیجه ورودیهای کنترلی بزرگ میباشد. چنانچه ورودی کنترلی از حد اشباع عملگر بیشتر باشد، علاوه بر افزایش خطای تعقیب، ممکن است در مواردی منجر به ناپایداری شود. بنابراین ارائه یک روش کنترلی که بتواند همزمان با تامین دقت کنترلی بالا و تضمین پایداری ربات، به صورت از پیش تعیین شده حد اشباع عملگرها (سرعت و گشتاور) را در نظر بگیرد، بسیار ارزشمند خواهد بود. کنترل پیشنهادی شامل دو بخش سینماتیکی و دینامیکی میباشد. کنترل سینماتیک بر مبنای رویکرد لیاپانوف بوده که قابلیت تنظیم حد اشباع سرعتی عملگرها را دارا میباشد. برای کنترل دینامیکی مولفه‌های سرعت به عنوان مقادیر مرجع کنترل و گشتاور چرخ‌های ربات نیز به عنوان ورودیهای کنترلی در نظر گرفته شدهاند. همچنین حد اشباع گشتاور عملگرها، به صورت از پیش تعیین شده لحاظ شده است. به منظور ارزیابی عملکرد کنترل پیشنهادی تحلیلهای متنوعی بر روی ربات چرخ‌دار انجام و با روش خطی‌سازی فیدبک مقایسه شده است. نتایج نشان میدهد که در کنترل پیشنهادی، ماکزیمم ورودی کنترلی حدود ۲۵% ماکزیمم ورودی خطی‌سازی فیدبک میباشد. همچنین همگرایی پاسخ نیز سریع‌تر از روش خطی‌سازی فیدبک میباشد. بنابراین الگوریتم کنترلی پیشنهادی ضمن تضمین پایداری و تعقیب مسیر با دقت بالا، الزامات حد اشباع عملگرها را نیز به صورت کامل برآورده نموده است
