عنوان پایان‌نامه
طراحی و توسعه یک سیستم چند رباته برای بررسی وضعیت گنبدها
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E2067;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53548
- تاریخ دفاع
- ۰۷ مرداد ۱۳۹۱
- دانشجو
- اتابک نژادفرد
- استاد راهنما
- مجید نیلی احمدآبادی, منوچهر مرادی سبزوار
- چکیده
- یکی از اجزای برجسته معماری ایرانی ساختار¬های گنبدی است. با توجه به نیاز گسترده¬ای که برای مرمت بناهای گنبدی احساس می¬شود و با در نظر گرفتن مشکلات دسترسی به بخش¬های مختلف آن-ها، در این پایان¬نامه روش جدیدی بر پایه همکاری چندربات برای بازرسی و تعمیر چنین بناهایی ارائه شده است. در این کاربرد سه ربات از طریق طناب به همدیگر متصلند و با همکاری یکدیگر می¬توانند به تمامی سطح گنبد دسترسی داشته باشند. برای بالارفتن از گنبد ربات¬ها با قرار گرفتن در پیکره¬بندی¬های مناسب به ربات سرگروه کمک می¬کنند تا به هر قسمت از گنبد حرکت کند و کل آن را تحت پوشش قرار دهد. چیدمان خاص ربات¬ها به آن¬ها کمک می¬کند تا بامصرف انرژی بسیار کمتری نسبت به سیستم تک رباتی و با استفاده از ساختار خاص ومتقارن گنبد وظیفه بازرسی کل گنبد را با بازده بیشتری انجام ¬دهند. همچنین در صورت از کار افتادن یکی از ربات¬ها، سیستم پایداری خود را از دست نخواهد داد. چنین سیستمی به خوبی می¬تواند برتری روش چندرباتی را در کاهش مصرف انرژی و افزایش قوام و قابلیت اطمینان سیستم نشان دهد. با این وجود فواید امید بخش این مکانیزم به قیمت افزایش پیچیدگی¬های عملی و تئوریک سیستم است. برای بررسی پایداری کل سیستم ابتدا معادلات نیرو استخراج شده و با استفاده از دو الگوریتم بهینه-سازی ازدحام ذرات و برنامه¬ریزی مرتبه دو مسیری بهینه برای حرکت ربات¬ها در نظر گرفته شده است. در این بهینه¬سازی روش ازدحام ذرات مکان ربات¬ها را جستجو می¬کند و با استفاده از جستجوی گرادیان مبنای برنامه¬ریزی مرتبه دو مقدار دقیقی برای کشش طناب¬ها و ناحیه¬ پایداری بدست می¬آید. شبیه¬سازی الگوریتم پیشنهادی بر روی گنبد کروی شکل انجام شده و نتایج شبیه¬سازی بیانگر این واقعیت است که در روی گنبد کروی مسیری بهینه و پایدار برای ربات¬ها وجود دارد. همچنین از مزایای تحلیل استفاده شده آن است که این روش ناحیه پایداری ربات¬ها را نیز محاسبه می¬کند که در تحلیل و مقایسه روش¬های آتی می¬تواند بسیار مفید واقع شود. همچنین طرحی برای بدنه مکانیکی ربات¬ها با مکانیزم حرکتی چرخ¬دار پیشنهاد شده است. سنسورهای جهت و اندازه کشش طناب طراحی شده¬اند و مداری با هشت میکروکنترلر وظیفه پردازش موازی اطلاعات را بر عهده دارد. این ربات با داشتن سنسورهای مطلق زاویه و شتاب حرکت لحظه¬ای و سرعت زاویه¬ای می¬تواند در هر لحظه مکان و جهت حرکت و لغزش خود را محاسبه کند و کشش طناب را کنترل کرده و به مکان خاصی حرکت کند.
- Abstract
- In this thesis a novel approach based on multi-robot cooperation is introduced for inspection and repair of dome structures. In this application, three robots, which can be extended to more, are connected to each other by string and cooperate such that all the robots are stable and at least one robot have access to all parts of the dome. The mathematical model of the system is derived and a systematic methodology is developed to find an optimal configuration, based on minimizing the strings’ tensions and maximizing the stability using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm and quadratic programming. The simulation results prove that there exists a stable path to fully sweep the surface of a dome. The experimental results on a small scale prototype validate these findings. A preliminary mechanical and electronic platform is constructed. The mechanical design for implementing the wheeled locomotion is based on two decoupled lower and upper body for robot which are connected using a passive revolutionary joint. Its design makes it possible for robot to move on the dome without change in the direction of strings. The sensor design for perceiving the direction of each string also established addressing the properties like small size, tension and direction independence and the ability to withstand and transfer large forces. Besides, the electronic design for robot is also based on using eight microcontrollers to process and control independently while communicating with each other via a novel bus protocol. The circuit has the ability to derive and speed control of four motors and also connecting up to 6 external devices with serial communication. It is capable of gathering analogue data from 28 different sensors, and also designed to be extendable and used for different applications.
