Davood Naderi

از ويژگي هاي ربات هاي موازي دارا بودن چند حلقه ي بسته سينماتيكي است كه سختي و صلبيت بيشتري در مقايسه با ربات هاي سري به سيستم مي بخشد. به همين دليل در كاربردهايي كه نياز به دقت بيشتر و در عين حال سرعت مناسب باشند، ربات هاي موازي در اولويت قرار مي گيرند. ربات موازي صفحه اي سه درجه آزادي 2-PRR-PPR يكي از ربات هاي موازي مي باشد كه مي توان در ماشين هاي CNC جوشكاري و برشكاري ليزري، فرزكاري و ... به كار برد. در اين تحقيق دو بازوي مياني ربات موازي صفحه اي 2-PRR-PPR انعطاف پذير در نظر گرفته شده است. سينماتيك وارون و ديناميك وارون ربات صلب در مسيري نيم دايره اي حل شده و مقادير نيروهاي وارد بر بازوهاي مياني به دست آمده است. بازوهاي مياني به عنوان تير اويلر – برنولي در نظر گرفته شده و معادلات حركت و ارتعاشات تير بر اساس روش مودهاي فرضي AMM تا مود سوم به دست آمده اند. در پايان با استفاده از نمودار FFT نيرو و نمودار طيف فركانسي، مقادير فركانس هاي طبيعي و همچنين فركانس هاي تحريك به دست آورده شده است.
Thesis summary

ربات موازي، مكانيزم حلقه بسته اي است كه در آن، سكوي متحرك به وسيله ي حداقل دو زنجيره ي سينماتيكي سري به سكوي ثابت متصل شده است. ربات هاي موازي براي كاربردهايي كه به صلبيت بالا، نسبت تحمل نيرو به وزن زياد و دقت بالا احتياج دارند، مناسب هستند. ربات هاي موازي به دليل داشتن كاربرد هاي متنوع، از قبيل شبيه ساز پرواز، ابزار و ماشين آلات، ميكروربات ها و نانوربات ها، در چند دهه ي اخير مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته است. تا به امروز، بيشتر تحقيقات تئوري و عملي بر روي ربات هاي موازي سه درجه آزادي صفحه اي و شش درجه آزادي فضايي انجام شده است. اين در حالي است كه بسياري از كاربردها، به ربات هاي موازي با درجه آزادي كمتر از شش احتياج دارند. روش هاي بسياري از قبيل تئوري پيچش، تئوري گروهي تغيير مكان و روش زنجيره ي مجازي براي سنتز ربات هاي موازي ارايه شده است. با استفاده از اين روش ها، ساختار انواع ربات هاي موازي با الگوهاي حركتي خاص ايجاد شده است. يكي از اين ربات ها، ربات موازي كروي سه درجه آزادي است. اين ربات، يك ربات موازي فضايي با الگوي حركتي سه درجه دوراني است كه مي تواند براي سيستم هاي ماهواره اي، ردياب ها، دوربين هاي فيلمبرداري و شبيه ساز چشم مورد استفاده قرار گيرد. كنترل ربات موازي نيازمند تحليل مسئله ي سينماتيك مستقيم است. جواب هاي مسئله ي سينماتيك مستقيم يك ربات موازي شامل پيدا كردن تمام پيكربندي هاي ممكن سكوي متحرك، به ازاي ورودي هاي معلوم مفاصل فعال مي باشد. تحليل مسئله ي سينماتيك مستقيم ربات هاي موازي، نيازمند چهارچوب رياضي مناسبي است تا انتقال و دوران را به طور كامل تشريح نمايد. براي رسيدن به اين هدف مي توان از مفاهيم جبر هندسي استفاده كرد. در اين پايان نامه، عبارت هاي سينماتيك مستقيم ربات موازي كروي سه درجه آزادي در فضاي سينماتيكي هفت بعدي با استفاده از نگاشت سينماتيك استودي تعيين مي شوند. اين نگاشت، يك مفهوم اساسي براي تحليل حركت يك جسم صلب با متغيرهاي جبري محسوب مي شود. مهمترين ايده يك نگاشت سينماتيكي، اختصاص نقاط در فضايي با ابعاد بالاتر به ازاي هر حالت در فضاي اقليدوسي سه بعدي مي باشد. با به كار گرفتن مفهوم قيود هندسي، معادلات قيدي حاكم بر هر زنجيره سينماتيكي در فضاي سينماتيك هفت بعدي نيز ارايه مي گردند. در ادامه، با حل سيستم معادلات شامل عبارت هاي سينماتيك
Thesis summary

هزينه اوليه زياد، تنظيم مكان اوليه و اندازه بزرگ از جمله مشكلات فعلي ربات هاي جراح مي باشند. به منظور حل اين مشكلات مي توان با طراحي دوباره ابعاد ربات هاي صنعتي و افزايش مهارت آن ها، از اين ربات ها براي جراحي بهره جست. از اين رو، در پايان نامه حاضر طراحي ابعاد و بهينه سازي مسير يك ربات 6 درجه آزادي صنعتي (به همراه ابزار جراحي با 3 درجه آزادي) مورد بررسي قرار مي گيرد. به منظور افزايش مهارت ربات، معيارهاي قابليت اداره پذيري، آيزوتروپي و عدد حالت كه همگي بر مبناي ژاكوبين تعريف مي شوند، استفاده شده است. ابتدا معادلات سينماتيكي و ژاكوبين ربات استخراج مي شود. سپس با مشخص كردن معيارهاي مهارت بر مبناي ژاكوبين، مهارت و چالاكي بازو در حالت كاركرد عادي (غير جراحي) مورد بررسي قرار گرفته است. با در نظر گرفتن سناريوهاي جراحي براي اعضاي مختلف بدن مانند معده، طحال، كيسه صفرا و غيره يك فضاي كاري سهمي گون براي كار ابزار جراحي سه درجه آزادي كه به انتهاي ربات 6 درجه آزادي متصل مي شود، در نظر گرفته شده است. با استفاده از روش هاي بهينه سازي تكاملي (مانند NSGA-III، MOEA/D، MOPSO) ابعاد بهينه ربات افزوده براي پوشش فضاي كاري اعضاي مورد مطالعه، به دست آمده است. بهينه سازي ابعاد سه هدفه و چهار هدفه با در نظر گرفتن قيد هاي يكسان انجام مي شود. در بهينه سازي سه هدفه، فقط از سه تابع مهارت و در بهينه سازي چهار هدفه علاوه بر سه تابع مهارت، كمينه كردن طول كلي ربات نيز در نظر گرفته مي شود. هم چنين در مساله بهينه سازي، قيد هايي براي تضمين قرارگيري سه مفصل ابزار جراحي درون فضاي جراحي و هم چنين عبور رابط اتصال دهنده ابزار و ربات از نقطه تروكار تعريف شده اند. جواب هاي بهينه به دست آمده توسط يك سري آزمون مورد بررسي مجدد قرار گرفته است. نتايج به دست آمده از بهينه سازي مسير حاكي از تزاحم دو معيار دقت تعقيب مسير و مهارت در طول مسير مي باشد و نياز به يك مصالحه را نشان مي دهند. نتايج بهينه سازي ابعاد، نشان مي دهد كه ابعاد بهينه به دست آمده براي جراحي يك عضو به خوبي مي تواند براي جراحي ماهرانه حداقل دو عضو ديگر بدن هم مورد استفاده قرار گيرد.
Thesis summary