30436

طراحي كنترل كننده به منظور رديابي مسير دوبعدي ميكرو ربات هوشمند فرو مغناطيسي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1400

1402/10/4

محرم حبيب نژاد كورايم

مهندسي مكانيك

در طي سال هاي گذشته كاربردهاي متنوع و اميدواركننده اي براي ميكرو ربات‌ها درزمينه‌ي پزشكي ازجمله دارورساني، نمونه برداري، كشت سلولي و تشخيص بيماري هاي قلبي و عروقي، ارائه‌شده است. ازجمله ويژگي هاي ميكرو ربات‌ها مي توان به ساختار قابل‌تغيير شكل و اندازه ي كوچك آن‌ها اشاره كرد كه باعث توانمندي آن‌ها در دسترسي به اعضاي مختلف بدن در قسمت هاي صعب العبور با كمترين آسيب شده است. در فرايند هاي پزشكي، لازم است ربات پيوسته فرو مغناطيس بدون هيچ‌گونه اشتباه و آسيبي به بافت، براي درمان و يا دارورساني به نقطه مطلوب خود برسد. بدين منظور بايد از حركت ربات پيوسته فرو مغناطيس و موقعيت و سرعت آن در هرلحظه از زمان، بازخورد داده شود كه از طريق تصويربرداري از موقعيت امكان¬پذير است. با توجه به مطالب بيان‌شده، ميكرو ربات پس از وارد شدن به بدن، براي رسيدن به نقطه موردنظر نيازمند حركت خطي و زاويه¬اي مناسب براي رديابي مسير خاص است. حركت خطي آن توسط سيم راهنما به‌منظور رديابي مسير و همچنين انحراف لازم به‌منظور دستيابي به نقطه هدف با استفاده از اندازه و جهت ميدان مغناطيسي فراهم خواهد شد. هدف از اين پايان‌نامه ارائه كنترل‌كننده به‌منظور رديابي مسير ميكرو ربات هوشمند فرو مغناطيسي در زمان واقعي است. لازمه طراحي كنترل كننده براي رديابي مسير در زمان واقعي، انتخاب تئوري مناسب جهت مدل سازي ميكرو ربات است. به اين منظور پس از مروري بر ادبيات به بررسي مدل سازي ميكرو ربات بدون در نظر گرفتن حركت خطي پايه پرداخته خواهد شد. در ادامه با توجه به معادلات ديناميك به‌دست‌آمده به طراحي كنترل‌كننده مناسب براي رديابي مسير ربات هوشمند مغناطيسي پرداخته خواهد شد. با توجه به نتايج حاصل از پياده سازي كنترل كننده، ربات با موفقيت به نقطه هدف هدايت شد. ميانگين مربعات خطا رديابي مسير با كنترل كننده PID بر مبنا شبكه عصبي 0.014 محاسبه شد. به طور كلي نتايج حاصل از كنترل كننده PID بر مبنا شبكه عصبي از نظر مقاومت در برابر اغتشاش و پايداري نسبت به كنترل كننده PID بهبود يافت.

1402/10/13

Designing a Controller for Two-Dimensional Trajectory Tracking of a Ferromagnetic Intelligent Microrobot

12/24/2024 12:00:00 AM

In recent years, various promising applications have been introduced for micro-robots in the field of medicine, including drug delivery, sampling, cell culture, and the diagnosis of cardiovascular diseases. Some of the characteristics of micro-robots include their variable shape and small size, enabling them to access different parts of the body in hard-to-reach areas with minimal damage. In medical procedures, it is necessary for the robot to continuously move magnetically without any errors or tissue damage, in order to reach its desired target for treatment or drug delivery. For this purpose, the continuous magnetic motion of the robot and its position and velocity at any given moment in time need to be feedback-controlled, which can be achieved through imaging of the feasible position. Based on the aforementioned information, after entering the body, the micro-robot requires linear and angular motion to track a specific path and reach its target point. The linear motion is facilitated by a guide wire for path-tracking and the necessary deviation to reach the target point, using the magnitude and direction of the magnetic field. The objective of this thesis is to present a controller for real-time path tracking of the intelligent magnetic micro-robot. The prerequisite for designing a real-time path tracking controller is to select an appropriate theory for modeling the micro-robot. Therefore, after reviewing the literature, the modeling of the micro-robot excluding the basic linear motion will be investigated. Subsequently, based on the derived dynamic equations, the design of a suitable controller for path tracking of the intelligent magnetic robot will be addressed. According to the results of the controller implementation, the robot was successfully guided to the target point. The mean square error of path tracking with PID controller based on neural network was calculated as 0.014. In general, the results of the PID controller based on the neural network improved in terms of resistance to disturbance and stability compared to the PID controller.

طراحي كنترل‌كننده , مدل‌سازي , ربات نرم پيوسته فرو مغناطيسي , رديابي مسير

Controller design , modeling , ferromagnetic continuous soft robot , path tracking

Naeime Sang Sefidi

Dr. Mohammad Habibnezhad