33112

كاربرد شناسايي سيستم در مدل سازي و كنترل ربات كروي

ارشد

مهندسي مكانيك

1397

1403/03/21

اميرحسين دوايي مركزي

استاد مشاور نداشتم

مهندسي مكانيك

ربات‌هاي كروي يكي از انواع ربات‌هاي پايه متحرك هستند كه به علت ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي كه دارند توجه زيادي را به خود جلب كرده‌اند. تماس با زمين تنها در يك نقطه، كمترين نيروي مقاوم در برابر حركت را فراهم مي‌كند كه اين خصوصيت باعث صرفه‌جويي در مصرف انرژي مي‌گردد. شكل كروي ربات قابليت حركت در محيط‌هاي با هندسه پيچيده و يا با قيود سينماتيكي فراوان را ميسر مي‌كند. اسكلت كروي ربات يك محافظ بسيار مناسب براي اجزاي داخلي ربات در برابر اثرات محيط هست. همچنين پوسته مي‌تواند براي شناور بودن و يا غرق شدن در آب درزبندي شده و همچنين از آسيب اجزاي دروني به وسيله گرد و خاك جلوگيري مي‌نمايد. از مهم‌ترين خصوصيات ربات كروي، ويژگي پايداري آن است. شكل منحصربه‌فرد از واژگوني ربات در هنگام برخورد با اشيا خارجي جلوگيري مي‌كند و بدين دليل احتمال توقف ناخواسته ربات وجود ندارد. اين ربات كاربردهاي فرواني دارد از قبيل جستجو در مأموريت‌هاي نظامي و فضايي، عبور در لوله‌ها، آموزش و سرگرمي. به همين خاطر تحقيقات زيادي را معطوف خود كرده است. در اين پروژه ابتدا تحقيقات و كارهاي صورت گرفته در زمينه¬ي انواع مكانيزم¬هاي حركتي موجود در ربات كروي مورد بررسي قرار گرفت و مزيت¬ها و نقاط منفي هر كدام بيان شد و با جمع بندي صورت گرفته، به اين نتيجه رسيديم كه اين ربات ها علاوه بر مزيت¬ها¬ي حركتي كه دارند، داراي چالش¬هايي همچون دشواري مدل-سازي و كنترل، محدود بودن مسيرهاي قابل پيمايش و عدم توانايي پيمودن مسيرهايي كه داراي دوران صفر درجه مي¬باشند، مي¬باشند. لذا در ادامه يك ايده جديد براي مكانيزم حركتي ربات كروي مطرح شد كه به ربات قابليت پيمودن مسيرهاي منحني با شيب بالا و حتي دوران با شعاع صفر درجه را مي¬دهد. سپس درباره-ي مفاهيم حركتي و نوع قطعات مكانيكي مورد نياز و نحوه¬ي كاركرد آن¬ها با يكديگر بحث شد و طرح اوليه¬ي اين ربات در نرم افزار ساليدوركس طراحي شد. سپس ساخت ساختار مكانيكي اين ربات بر اساس نزديك بودن به طرح اوليه و نيز كمينه بودن هزينه¬ي مالي و زماني فرايند ساخت، انجام شد. سپس نقشه¬هاي مدارهاي الكترونيكي آن طراحي شد و ليست قطعات الكترونيكي مورد نياز با توجه به اهداف كاري كلي آن¬ها تهيه شد و اين قطعات و مدارها بر روي ساختار مكانيكي ربات نصب و راه اندازي شد. سپس برنامه¬هاي كامپيوتري مورد نياز براي قطعات ربات نوشته شد. اين برنامه ها شامل سه برنامه¬اند كه دو برنامه براي بارگذاري بر روي ماژول¬هاي واي فاي متصل به ربات و لپتاپ براي برقراري ارتباط واي فاي با يكديگر و انتقال اطلاعات با يكديگر به صورت اتوماتيك مي¬باشند و يك برنامه براي بارگذاري بر روي ميكروكنترلر ربات است كه وظيفه¬ي تحليل اطلاعات دريافتي از سنسورهاي ربات و ارسال اطلاعات آن¬ها به لپتاپ براي مانيتور كردن موقعيت ربات و دريافت دستورات حركتي از كاربر و ارسال دستورات كنترلي به عملگرها را دارد. سپس درستي كاركرد ربات با ارسال فرامين حركتي به آن و مشاهده¬ي نتايج در يك مسير مستطيلي تست شد و ربات توانست با موفقيت اين مسير را طي كند. بعد از آن نتايج حاصل از اين پروژه و پيشنهاداتي براي ادامه¬ي اين مسير پژوهشي بيان شد.

1403/12/12

Application of system identification in modeling and control of spherical robot

6/10/2025 12:00:00 AM

Spherical robots are one of the types of mobile base robots that have attracted a lot of attention due to their unique features. Contacting the ground at only one point provides the least resistance to movement, which saves energy. The spherical shape of the robot enables the ability to move in environments with complex geometry or with many kinematic restrictions. The spherical skeleton of the robot is a very suitable protection for the internal components of the robot against the effects of the environment. Also, the shell can be sealed to float or sink in water and also prevent the internal components from being damaged by dust. One of the most important characteristics of the spherical robot is its stability. The unique shape prevents the robot from overturning when it hits foreign objects, and therefore there is no possibility of the robot stopping unintentionally. This robot has many applications such as searching in military and space missions, passing through pipes, education and entertainment. For this reason, it has focused a lot of research. In this project, the researches and works carried out in the field of various movement mechanisms in the spherical robot were examined and the advantages and disadvantages of each were stated and by summarizing, we came to the conclusion that this In addition to the advantages of movement, robots have challenges such as the difficulty of modeling and control, limited navigable paths, and the inability to walk paths that have zero degree rotation. Therefore, a new idea for the movement mechanism of the spherical robot was presented, which gives the robot the ability to travel curved paths with a high slope and even a turn with a radius of zero degrees. Then, the concept of motion and the type of mechanical parts needed and how they work were discussed with each other and the basic plan of this robot was designed in Solidorx software. Then, the construction of the mechanical structure of this robot was done based on the closeness to the original plan and the minimum financial and time cost of the construction process. Then the maps of its electronic circuits were designed and the list of required electronic parts was prepared according to their general working objectives and these parts and circuits were installed and started on the mechanical structure of the robot. Then the computer programs required for the robot parts were written. These programs include three programs, which are two programs to be loaded on Wi-Fi modules connected to the robot and laptop to establish Wi-Fi communication with each other and transfer information to each other automatically, and one program to be loaded on The robot's microcontroller is responsible for analyzing the information received from the robot's sensors and sending their information to the laptop to monitor the robot's position and receive movement commands from the user and send control commands to the operators. Then, the correctness of the robot's operation was tested by sending motion commands to it and observing the results in a rectangular path, and the robot was able to travel this path successfully. After that, the results of this project and suggestions for the continuation of this research path were stated.

ربات كروي , مكانيزم حركتي ربات كروي , پايستگي تكانه¬ي زاويه¬اي , دوران شعاع صفر درجه , اصطكاك استاتيكي و ديناميكي

Spherical robot , movement mechanism of spherical robot , conservation of angular momentum , rotation of zero degree radius , static and dynamic friction

musa derakhshan

amir davaei markazi