دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک 

گرایش : طراحی کاربردی

عنوان : دینامیک وکنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا

دانشگاه شیراز 

دانشكده‌ی مهندسی مکانیک

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی مکانیک

(طراحی کاربردی)

دینامیک وکنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا با بهره گرفتن از خطای همزمان سازی

 استاد راهنما

دکتر محمد اقتصاد

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

توسعه و افزایش تولید صنایع و در پی آن رشد اقتصادی و اجتماعی یک جامعه در قرن جدید، با خودکار کردن روندهای تولید گره خورده است. روبات ها یکی از اجزای اصلی خودکار ساختن صنایع می باشند. پس از استفاده فراوان از روبات های سریال در صنایع و انجام پژوهش های پایه ای بر روی طراحی و کنترل آن ها در دو دهه اخیر، توجه پژوهشگران به ساختار روبات های موازی جلب شده است. یکی از آخرین طراحی های مورد توجه در بین روبات های موازی، روبات موازی هگزا است که موضوع مورد بررسی در این پایان نامه نیز بوده است. در این پایان نامه به حل تحلیلی مسأله سینماتیک معکوس، دینامیک لاگرانژی و کنترل روبات هگزا با بهره گرفتن از خطای همزمان سازی می پردازیم. در نهایت به اثبات پایداری کنترلر بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف و بررسی عملکرد کنترلر در تعقیب مسیرهای مختلف با تغییر پارامترهای کنترلی می پردازیم.  

واژگان کلیدی: سینماتیک معکوس-  ماتریس ژاکوبین-  دینامیک لاگرانژی-  خطای همزمان سازی و خطای موقعیت مرکب-  کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود-  تابع لیاپانوف

 فهرست مطالب

عنوان                                                                                صفحه               

فصل اول:تاریخچه پژوهش های پیشین و مقدمه ای بر روبات های موازی  1

1-1- تاریخچه تکامل روبات ها 2

١-٢- دسته بندی روبات ها 7

١-٢-١- دسته بندی از نظر درجه آزادی.. 7

١-٢-٢- دسته بندی روبات ها از نظر نیروی محركه. 7

١-٢-٣-  دسته بندی از نظر فضای كاری.. 8

١-٢-٤-  دسته بندی از نظر هندسی.. 9

١-٢-٥-  روبات های سریال و موازی.. 9

1-2-5-1- نگاهی بر تاریخچه روبات های موازی.. 13

١-٢-٥-٢- روبات موازی هگزا 20

١-٣- پیشینه تحقیق.. 22

١-٤- هدف پایان نامه. 24

١-٥- فصل های پایان نامه. 25

فصل دوم: سینماتیک روبات هگزا 26

   ٢-١ -مقدمه. 27

٢-٢ -وضعیت دو دستگاه مختصات نسبت به یکدیگر. 27

٢-٢-١ مکان.. 27

٢-٢-٢- جهت گیری… 28

٢-٢-٣- چارچوب (دستگاه مختصات) 31

2-2-4- نگاشت از یک چارچوب به چارچوب دیگر. 31

2-3- تبدیل های دوران.. 33

2-3-1- زوایای .. 33

٢-٣-٢- زوایای اویلر. 35

٢-٤- سینماتیک روبات ها 36

٢-٤-١- حل مسأله سینماتیک مستقیم.. 38

٢-٤-٢- مسأله سینماتیک معکوس…. 39

٢-٥- سرعت انتقالی و دورانی جسم.. 39

٢-٥-١- ماتریس ژاکوبین.. 40

٢-٦- بررسی و حل مسأله سینماتیک معکوس در روبات هگزا 42

٢-٦-١- ساختار روبات موازی هگزا 42

٢-٦-٢- حل مسأله سینماتیک معکوس در روبات موازی هگزا 45

فصل سوم: مدلسازی دینامیکی روبات هگزا 49

٣-١- روش لاگرانژ. 50

٣-١-١- آشنایی با لاگرانژین یک سیستم دینامیکی.. 50

٣-٢- دینامیک روبات هگزا 52

٣-٢-١- انرژی جنبشی صفحه متحرک… 52

٣-٢-١-١- انرژی جنبشی صفحه متحرک روبات هگزا ناشی از جابجایی خطی.. 53

٣-٢-١-٢- انرژی جنبشی صفحه متحرک روبات هگزا ناشی از دوران.. 53

٣-٢-١-٣- انرژی جنبشی کل صفحه متحرک روبات هگزا 54

٣-٢-٢- انرژی پتانسیل صفحه متحرک روبات هگزا 54

٣-٢-٣- لاگرانژین صفحه متحرک روبات هگزا 55

٣-٢-٤- انرژی جنبشی بازوی  ام روبات هگزا 55

3-2-5- انرژی پتانسیل بازوی  روبات هگزا 56

3-2-6- لاگرانؤین بازوهای روبات… 56

٣-٢-٧- انرژی جنبشی میله  ام روبات هگزا 56

٣-٢-٧-١– تحلیل سرعت میله  ام روبات هگزا 56

٣-٢-۸- انرژی پتانسیل میله  ام روبات هگزا 58

٣-٢-۹- لاگرانژین میله های روبات هگزا 58

٣-٢-١۰- به دست آوردن معادلات دینامیکی روبات هگزا 58

٣-٢-١١- خواص معادله دینامیک حاکم بر روبات59

٣-٢-١١-١- ماتریس جرم. 59

٣-٢-١١-۲- ماتریس نیروی کوریولیس و جانب به مرکز. 60

٣-٢-١١-٣- بردار گرانش…. 60

٣-٢-١١-۴- پادمتقارن بودن ماتریس .. 60

٣-٢-١١-۵- خطی بودن بر حسب پارامترها 60

فصل چهارم: همزمان سازی سیستم های دینامیکی.. 62

٤١– مقدمه. 63

٤٢ تعریف همزمان سازی.. 64

٤-٣- خطای همزمان سازی و موقعیت مرکب در روبات هگزا 65

فصل پنجم: کنترل روبات هگزا و اثبات پایداری آن.. 69

٥١- تئوری پایداری لیاپانوف70

٥١١– روش مستقیم لیاپانوف72

٥٢- قضایای معکوس لیاپانوف73

٥٣- کنترل تطبیقی.. 73

٥٣- ١- دسته بندی تکنیک های کنترل تطبیقی.. 75

٥٤ کنترل مد لغزشی.. 76

٥٤١ مقدمه. 76

٥٤٢– تعریف مد لغزشی و سطح لغزشی.. 77

٥٤٣– طرح کنترلی.. 78

٥-٤-٣-١-  مبانی تئوریک…. 80

٥-٤-٤- کنترل مد لغزشی زمان محدود. 82

٥٤٤١– کنترل مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا 84

٥٥– کنترل فازی.. 86

٥٥١– مقدمه. 86

٥٥٢– مجموعه های کلاسیک، مجموعه های فازی و منطق فازی.. 86

٥٥٢١– محدودیت های مجموعه های کلاسیک…. 86

٥٥٢٢مجموعه های فازی.. 88

5-5-2-3- عملگرهای منطق فازی.. 92

٥٥٣– فازی سازی.. 93

   ۵٥٤–  قوانین فازی.. 93

٥٥٤١  قوانین فازی ممدانی.. 94

٥٥٥– استنتاج فازی.. 95

٥٥٦غیرفازی سازی.. 96

٥٥٦١غیرفازی ساز عمومی.. 97

٥٥٦٢غیرفازی ساز مرکز سطح.. 97

٥٥٧ساختارکنترل فازی.. 98

5-5-7-1- قوانین فازی و استنتاج فازی.. 102

5-5-7-2- غیر فازی سازی.. 104

5-5-8- کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا و اثبات پایداری آن  105

5-5-8-1- مقدمه. 105

5-5-8-2- کنترل مد لغزشی زمان محدود روبات موازی هگزا 106

5-5-8-3- کنترل فازی مد لغزشی زمان محدود. 108

5-5-8-4- کنترل فازی تطبیقی مد لغزشی زمان محدود. 112

5-6- نتایج عملی کنترل مدار بسته برای روبات هگزا 116

5-6-1- جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 117

5-6-2- دوران صفحه متحرک حول محور ….. 120

5-6-3 جابجایی صفحه متحرک در جهت ….. 123

5-6-4- حرکت روی مسیر دایره ای در صفحه عمود بر   126

5-6-5- بررسی اثر تغییرات پارامتر  بر روی کارایی کنترلر در مسیر شماره 1. 129

5-6-6- بررسی اثر تغییرات پارامتر برروی کارایی کنترلر در مسیر شماره 2. 130

5-6-7- بررسی عملکرد کنترلر در حضور اغتشاشات در مسیر شماره 3. 133

5-6-8- بررسی تأثیر چگونگی تعریف ماتریس انتقال همزمان سازی، ، بر کارایی کنترلر در مسیر شماره 1  136

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها 138

١١تاریخچه تكامل روبات ها

بشر در طول تاریخ كوشیده است كه از نیروی طبیعت در راستای نیازهای خود استفاده كند. نقاشی های غارهای متعلق به ١٥٠٠٠ سال پیش نشان از رام شدن اسب و گاو و نخستین بهره برداری مكانیكی بشر از طبیعت دارد. انسان توانست با سوار شدن بر اسب به سرعت جابجایی بسیار بیشتری كه ضرورت حیاتی زندگی عصر یخبندان در كوچ های مكرر بود، دست یابد. همچنین او پس از یكجانشینی و كشف كشاورزی یوغ خیش را بر گردن گاو، حیوان مقدس جهان باستان نهاد كه بدون او زمینی آماده كشت نمی شد و حیات انسان در معرض نابودی قرار می گرفت.

گرچه این همه كشف های بزرگی در تاریخ حضور انسان بر زمین بودند، اما به جز چرخ كه جابجایی را سهل تر و اقتصادی تر می كرد، تا دو سه سده اخیر هزاره دوم پس از میلاد مسیح زمین، عرصه تلاطم شكل گیری خرد نو و جنگ بقای بقایای تمدنهای باستانی بود. در این فضا چندان مجالی برای اختراع و اكتشاف بزرگی وجود نداشت و چنانچه چیزی هم صورت می- پذیرفت یا به آتش دادگاه های تفتیش عقاید غرب می سوخت و یا در فراموشخانه مردم خسته شرق مدفون می گردید. در گرد و غبار این همه هیاهو جابر این حیان به واسطه كتاب اسرار آمیز الاشجار به عنوان یكی از پیشگامان علم روباتیك شناخته می شود. او ١٢٠٠ سال پیش در این كتاب مكانیزم هایی را برای تقلید حركت عنكبوت و مار طراحی كرد. جالب است كه جابر روشهای نمادگذاری خاصی برای توضیحات نقشه هایش ابداع نمود كه آن را تنها برای شاگردانش مفهوم می ساخت. ٤٠٠ سال پس از جابر دانشمند دیگر مسلمان الجزری مكانیزم های بسیاری را كه با آب كنترل می شدند طراحی و ارائه و یا تكمیل كرد. شاید اگر بجای مكانیزم هایی كه درآن موتورها با نیروی محركه آب به حركت در می آمدند، ‌مكانیزمی كه به آن بسیار علاقه مند بود به نیروی بخار آب توجه كرده بود انقلاب صنعتی ٥٠٠ سال پیش از اروپا در مشرق زمین، با اختراع موتور بخار رخ داده بود. به گفته امروزین الجزری یك مهندس مكانیك علاقه مند به طراحی مكانیزم ها بود. الجزری نخستین كسی است كه یك روبات آدم نما با كنترل حركات بر اساس جریان آب طراحی كرد (شکل ١-١).

شکل ١-١- نمونه طراحی های الجرزی، سال ١٢٠٠ میلادی ]٣١[

پس از انقلاب صنعتی و توجه به علوم تجربی تلاش بسیاری در طراحی و ساخت دستگاه های خودكار و یا خود تنظیم صورت پذیرفت. منشأ این حركات اختراع ماشین بخار توسط جیمز وات انگلیسی بود (شکل ١-٢). این رویداد شاه كلید استفاده کنترل شده بشر از سیستم های حرکتی و جایگزینی نیروی بازوی انسان واسب و گاو با دیگ های جوشان بخار بود.

پس از آن موتورهای بخار مختلف، سود سرشاری را روانه جیب طراحان و سرمایه داران حامی آنها نمود و موجب رشد فزاینده تولید و كاهش زمان ساخت گردید و بر خلاف تصور عمومی، اتوماسیون به دلیل افزایش حجم تولید فرصت های شغلی بیشتری برای كارگران و واسطه ها فراهم نمود.

شکل ١-٢- موتور بخار جیمز وات، قرن ١٨ میلادی ]٣١[

در ابتدای قرن هجدهم میلادی ژاكار یك دستگاه بافندگی قابل برنامه ریزی را اختراع كرد. در آن زمان كسی نمی اندیشید این ابتكار وی بعدها به یكی از مهمترین اجزای صنعتی تبدیل شده و حتی به شكل یك رقیب برای انسان ظاهر شود. پس از ژاكار، میلادرت عروسكی مكانیكی ساخت كه می توانست نقاشی كند. نزدیك به یك سده هیچكس این اختراع ها را جدی نگرفت. اختراع آن ها سازه های بسیار پیچیده و در ضمن، غیر قابل اعتماد برای تولید انبوه صنعتی بودند. ضمناً موتورها و جك ها هنوز یا وجود نداشتند و یا بسیار غیر دقیق و غیرقابل كنترل بودند. از این نكته بگذریم كه هنور هیچ حسگر الكترونیكی ساخته نشده بود و حسگرها غیر دقیق، ‌سنگین، مكانیكی و بزرگ بودند.

سه سال پس از پایان جنگ جهانی اول،كلمه روبات از سوی كارل كاپك نویسنده نمایشنامه “Rossum’s Universal Robots” در سال ١٩٢١ از كلمه چك “robotnic”‌ به معنی كارگر به كار گرفته شد. در این نمایشنامه یك ماشین انسان- نما، قدرتی بیش از انسان یافته بود و در پایان به شورش علیه سازندگان خود می پرداخت (شکل ١-٣).

شکل ١-٣- صحنه ای از فیلم کارل کاپک، سال ١٩٢١] ٣١[

٢٥ سال زمان نیاز بود تا اولین جرفه انفجار فناوری روباتیك در سال ١٩٤٦ توسط جی. سی. دول آمریكایی زده شود. او وسیله ای اختراع كرد كه می توانست علایم الكترونیكی را به طور مغناطیسی ثبت كند و آن ها را دوباره برای یك ماشین مكانیكی مورد استفاده قرار دهد.

اختراع وی مسیر علم كنترل را از روی كاغذ كتاب به كارگاه های ساخت و كارخانجات تغییر داد. یك سال بعد تولد تزانزیستور در آزمایشگاه بل، طوفانی در عرصه تكنولوژی برپا كرد. تئوری های ریاضی اكنون عرصه عمل خود را می یافتند و در این میدان دانش معادلات دیفرانسیل به كنترل محیط زندگی انسان پرداخت. شش سال بعد در سال ١٩٥٢ اولین نمونه ماشین كنترل عددی پس از چند سال تحقیق در دانشگاه ام.آی.تی. به نمایش درآمد. بخشی از زبان برنامه ریزی آن، ای.پی.تی. بعدها تكامل یافت و در سال ١٩٦١ منتشر شد.

در سال ١٩٥٤ كن داورد مخترع بریتانیایی تقاضای ثبت روبات را برای تخستین بار مطرح كرد. همزمان با این درخواست اریك گاف مهندس یك شركت انگلیسی روبات موازی خود را برای آزمایش ارابه فرود هواپیما به كار گرفت. این اولین روبات موازی استفاده شده در صنعت بود. پنج سال بعد از گاف شركت پلانت نخستین روبات تجاری را به بازار معرفی نمود.

در سال ١٩٦١ نخستین روبات تجاری Unimate در كارخانه فورد، برای جابه جایی ماشین ریخته گری تحت فشار نصب شد (شکل ١-٤).

شکل ١-٤-  روبات Unimate كارخانه فورد، سال ١٩٦١] ٣١[

پنج سال پس از آن یك شركت نروژی روباتی را برای رنگ پاشی در كارخانه خود نصب كرد. در سال ١٩٦٧  روبات سیاری به نام شیكی در موسسه پژوهشی استانفورد ساخته شد. این روبات دارای حسگری گوناگون از جمله دوربین و حسگرهای لمس كننده بود و می توانست به اطراف خود حركت كند. این دانشگاه تا سال ١٩٧٢  یك روبات دست برقی و زبان برنامه ریزی روبات به نام ویو[1] و به دنبال آن زبان ال را به دنیا معرفی نمود. بعدها این دو زبان به زبان تجاری وال تبدیل شدند. شركت آ.ث.آ. در سال ١٩٧٤ روباتی كاملاً برقی به نام آی.آر.بی.٦ عرضه كرد. یك سال بعد، روبات زیگما در عملیات مونتاژ به كار گرفته شد، این یكی از نخستین كاربردهای روبات درخط مونتاژ بود. در ابتدای دهه ١٩٨٠ سیستم برداشتن اشیا از جعبه توسط روبات در دانشگاه ردآیلند به نمایش درآمد. این روبات توانست با بهره گرفتن از یك دوریبن،‌ قطعات پراكنده را از جعبه بردارد. دهه هشتاد، دهه ظهور و تكامل روباتها بود. شركت آی.بی.ام در ١٩٨٢ پس از چند سال تلاش روبات آر.اس.١ را عرضه كرد. سال بعد گزارش هایی در مورد پژوهش های شركت وستینگهاوس به سرپرستی بنیاد علوم آمریكا در مورد سیستم مونتاژ برنامه پذیر و قابل تطبیق منتشر شد كه طرح آزمایشی برای برنامه ریزی خط مونتاژ با بهره گرفتن از روبات محسوب می شد. در یك نمایشگاه روبات در سال ١٩٨٤ چند نوع سیستم برنامه ریزی غیرمستقیم عرضه می شد. این سیستم ها این امكان را فراهم آورده بودند تا برنامه روبات را بتوان با بهره گرفتن از یك محیط گرافیكی بر روی كامپیوترهای شخصی تهیه و سپس به روبات منتقل كرد. در همین زمان ایده ساخت روبات موازی دلتا توسط ریموند كلاول ارائه شد. در سال ١٩٩١ فرانسیس پیروت با اصلاح ساختار روبات موازی دلتا، روبات موازی هگزا را با شش درجه آزادی برای صفحه انتهایی آن در یك مقاله معرفی نمود.

تحقیقات در زمینه های مختلف روباتیك همچنان ادامه دارد. از جمله موضوع های جالب امروزه روباتیك می توان به طراحی و كنترل روباتهای هیبرید (كه روبات هایی مركب از ساختارهای سریال و موازی هستند)، روبات های همكار و روبات های با درجات آزادی بالاتر از

شش اشاره نمود. همچنین دریافت وضعیت روبات با بهره گرفتن از دوربین(ها) و پردازش تصاویر مورد توجه پژوهشگران بسیاری بوده است.

١٢– دسته بندی روبات ها

جهت انجام مطالعات دقیقتر و طبقه بندی روباتها بر اساس كارایی و كاربردهایشان، متخصصان روبات ها را از نظرگاه های متفاوت دسته بندی و بررسی می كنند كه در اینجا دسته های عمده و معروف این روبات ها معرفی می گردند.

١٢١– دسته بندی از نظر درجه آزادی

یكی از معمول ترین دسته بندی روبات ها، با توجه به تعداد درجات آزادی آن هاست. در حالت ایده آل یك روبات شش درجه آزادی با چیدمان مناسب مفاصلش می تواند به مكان ها وزاویه های دلخواه در فضای سه بعدی كاری اش حركت كند. به روباتی كه شش درجه آزادی دارد، روبات همه كاره و چنانچه بیش از شش درجه آزادی داشته باشد، روبات افزوده و در صورتی كه كمتر از شش درجه آزادی داشته باشد، روبات ناقص می گویند.

١٢٢– دسته بندی روبات ها از نظر نیروی محركه

روبات ها با توجه به دستگاه تأمین نیرویشان نیز طبقه بندی می شوند. سه عامل نیرو یا گشتاور در روبات ها، محرك های برقی، روغنی و بادی هستند. بسیاری از روبات ها از موتورهای دی سی و یا پله ای استفاده می كنند كه به راحتی قابل كنترل می باشند. برای ایجاد حركات بسیار سریع از محركهای بادی استفاده می شود. محرك های بادی به صورت ابزار ابتدا-انتها كار می كنند و مكان آنها خارج از نقطه ابتدا و انتها قابل تنظیم نیست. در حركات قدرتی و سنگین استفاده از محرك های روغنی ضروری است. مشكل استفاده از محرك های روغنی نشت روغن و همچنین ایجاد انعطاف در سیستم به دلیل وجود مدول حجمی می- باشد.

در بیشتر روبات های سریال در هر مفصل یك موتور جهت حركت دادن بازوی بعدی قرار می گیرد. به روبات سریالی كه هر بازوی آن توسط یك جعبه دنده به موتور محرك خود متصل باشد، روبات سریال معمولی گفته می شود. در این روبات ها مشكل لقی جعبه دنده موجب ایجاد خطا در هر لینك شده كه در بدترین حالت ممكن است با هم جمع شده و خطای قابل توجهی در انتهای روبات ایجاد كنند. البته تولید كننده های موتورها در سالهای اخیر گیربكس- هایی با طرح جدید و با لقی بسیار اندك تولید می كنند كه گاهی از موتورهای راه اندازشان هم گران تر می باشند. اگر در یك روبات سریال هر بازو بدون جعبه دنده به موتور مربوطش متصل باشد، به آن روبات سریال مستقیم می گویند. مشكل لقی با اتصال مستقیم بازو به موتور از بین می رود، اما برای تأمین گشتاور مورد نیاز، موتورهای سنگین تری استفاده می شوند كه هزینه ساخت و مصرف انرژی روبات را افزایش می دهد.

١٢٣–  دسته بندی از نظر فضای كاری[2]

به حجمی كه آخرین عضو روبات می تواند در فضا بپیماید، فضای كاری آن روبات می- گویند. اندازه این حجم شدیداً به نحوه طراحی روبات وابسته است. طول بازوها و نوع مفصل های مورد استفاده دو عامل تعیین كننده فضای كاری روبات هستند. به فضای كاری كه بتوان حداقل با یك زاویه خاص از انتهای روبات به آن رسید، فضای كاری قابل دسترسی و به آن قسمت از فضای كاری كه بتوان با هر زاویه ای نسبت به پایه روبات به آن رسید، فضای حاكمیت روبات گفته می شود.

اغلب روبات های سریال به دلیل جدا شدن معادلات كنترل زاویه و مكان آخرین عضو به صورت دو بخش بازوها و مچ ساخته می شوند. در این نوع طراحی مكان آخرین عضو توسط بازوها و زاویه آن توسط مچ روبات تنظیم می شود. به روبات سریالی كه سه محرك خطی دو به

دو عمود برهم داشته باشد، روبات كارتزین گفته می شود و در صورتی كه مفصل اول یا دوم روبات كارتزین با یك مفصل چرخشی تعویض گردد، روبات استوانه ای می گویند.

تعداد صفحه :166

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

 

دسته‌ها: رشته مکانیک