عنوان پایان‌نامه
طراحی، تحلیل و شبیه سازی کنترلی یک ربات متحرک با شکل کروی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1744;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44662
- تاریخ دفاع
- ۲۸ بهمن ۱۳۸۸
- دانشجو
- حسین وحیدعلیزاده
- استاد راهنما
- محمد محجوب
- چکیده
- ربات کروی یکی از انواع ربات‌های متحرک است که از یک پوسته‌ی کروی و یک مکانیزم ایجاد حرکت که در داخل پوسته‌ی کروی قرار داده می‌شود تشکیل شده است. این ربات با غلتش بر روی سطح زمین حرکت می‌کند. از ربات کروی برای مقاصدی مانند جستجو در محیط‌های ناشناخته، حرکت و داده برداری در لوله‌ها و مخازن نفت، آب و فاضلاب می‌توان استفاده نمود. همچنین از این ربات می‌توان به عنوان لوازم سرگرمی برای کودکان عادی و همچنین توانبخشی کودکان کم توان استفاده نمود. مکانیزم‌های مختلفی در ربات کروی استفاده می‌شود که اکثر آنها مبتنی بر تغییر محل مرکز جرم و استفاده از نیروی جاذبه‌ی گرانشی هستند. در بعضی از موارد نیز از گشتاور ژیروسکوپی برای ایجاد حرکت در این ربات استفاده می‌شود. در این پژوهش سعی شده است به بررسی جنبه‌‌هایی از ربات کروی پرداخته شود که تا کنون تحقیقات و مطالعات کمتری در رابطه با آنها انجام شده است. روش تحقیق در این پژوهش شامل بررسی مبانی نظری حاکم بر یک سیستم غیرهولونوم و سپس مدلسازی و شبیه‌سازی عددی حرکت ربات کروی و در نهایت انجام کارتجربی است. به همین منظور در زمینه‌ی تئوری، توجه خود را معطوف به یافتن مدل سینماتیک مستقیم و معکوس، مدل دینامیکی و در نهایت ارائه‌ی یک الگوریتم ساده برای کنترل و مسیریابی ربات کروی نموده‌ایم. همچنین، در این پژوهش، یک نمونه‌ی آزمایشگاهی از ربات کروی ساخته شده است که به کمک آن به بررسی صحت مدل‌های ارائه شده و همچنین ارزیابی عملکرد الگوریتم مسیریابی می‌پردازیم. نهایتا مقایسه نتایج حاصل از آزمایش و کارتجربی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی گویای صحت مدلسازی و همچنین عملکرد مطلوب الگوریتم مسیریابی پیشنهادی می‌باشد.
- Abstract
- Spherical mobile robot is a type of mobile robot consisting of a spherical shell and internal deriving unit. The spherical shape grants easy movement and stability, both of which are important concerns in the navigation and control of robots. Spherical robots, since, have potential applications in planetary explorations, training toys, rehabilitation, etc. The robot moves by changing the position of the center of mass. The spherical robot is a nonholonomic system while it rolls on a surface. This thesis deals with the problem of reconfiguring a spherical robot (without slipping) on a flat surface from an arbitrary initial point on the surface to a desired final configuration. To bring the spherical robot to the target position a mathematical model of the forward and inverse kinematics of the robot is used by considering the nonholonomic constraints. A vision-based close-loop motion control is proposed for reconfiguration. The procedure starts by finding the location of the robot and continues by generating an admissible path from the position of the robot to the desired target configuration. During the motion, the robot path is tracked by an overhead camera and the deviation of the robot from the generated path is corrected by the motion control system. A simple control architecture is also used for applying the real-time control actions. Hardware and software of the prototype and close-loop motion control system are introduced briefly. For some simple tasks the experimental results are presented to demonstrate the efficiency of the motion control system.
