هدف اصلی این مقاله استخراج سیستماتیک معادلات دینامیک معکوس یک منیپولاتور n لینکی صلب که بر روی یک پایه متحرک غیرهولونومیک قرار گرفته است، می باشد. به منظور اجتناب از محاسبه ضرایب لاگرانژ مرتبط با قیود غیرهولونومیک از روش گیبس-اپل به فرم بازگشتی آن استفاده شده است. به منظور مدل سازی دقیق این سیستم رباتیکی تاثیر کوپلینگ دینامیکی میان پایه و منیپولاتور، همچنین دو قید غیرهولونومیک مربوط به شرط عدم لغزش چرخ ها و شرط عدم حرکت در امتداد محور دوران چرخ ها در این مقاله لحاظ گردیده است. در تمامی عملیات ریاضی صورت گرفته به منظور کاهش حجم محاسبات، تنها از ماتریس های 3×3 و یا بردارهای 1×3 استفاده شده است. همچنین تمام عبارات دینامیکی یک بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این فرمولاسیون در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای پنج مفصل دورانی بوده و بر روی یک پایه متحرک نصب گردیده است، مورد تحلیل دینامیکی قرار می گیرد.

در تحقیق حاضر، معادلات انرژی یک بازوی دو لینکی انعطاف پذیر با استفاده از فرضیات تیر اولر – برنولی، استخراج شده است. ربات می تواند با استفاده از پنجه خود در صفحه قائم باری با وزن مشخص را حمل کند. با اعمال روش مودهای فرضی و در نظر گرفتن تعداد محدودی درجه آزادی، معادلات حرکت دینامیکی هر یک از بازوها با استفاده از معادلات اویلر- لاگرانژ به دست آمده است. کنترل و کاهش ارتعاشات لینک های بازو توسط یک کنترلر فعال انجام شده است. به این منظور ولتاژ مشخصی به دو لایه پیزوالکتریک که در ابتدای لینک ها قرار دارند، اعمال شده است. الگوریتم کنترل ارتعاشات با استفاده از روش دوم لیاپانوف طراحی شده است. همچنین مسیر حرکت پنجه با استفاده از بازوی دو لینکی صلب معادل محاسبه و طراحی شده است. چون ربات تحت تاثیر نیروی وزن می باشد و حرکت خود را از حالت سکون آغاز می کند جابه جایی استاتیک هر لینک با استفاده از قضیه کاستیگلیانو محاسبه شده و به عنوان شرایط اولیه در نظر گرفته شده است. شبیه سازی صورت گرفته نشان می دهد که مسیر حرکت پنجه انعطاف پذیر با کنترل، بسیار نزدیک به مسیر حرکت پنجه منیپولاتور معادل صلب خود می باشد.

در این نوشتار یک روش نوین جهت حل مساله توافق جمعی در یک سامانه چندعاملی متشکل از منیپولاتورهای تک بازو با مفصل انعطاف پذیر، ارائه شده است. این روش مبتنی بر نامساوی های ماتریسی خطی بوده و هدف آن طراحی کنترل گر بازخورد خروجی پویا از مرتبه ثابت است که با استفاده از خواص ماتریس لاپلاسی شبکه منیپولاتورها، توافق جمعی را محقق سازد. مدل در نظر گرفته شده برای هر منیپولاتور تک بازو، مدلی دقیق است که در آن جمله ای غیرخطی به فرم لیپشیتز در نظر گرفته شده است. در شبکه مفروض، هر منیپولاتور به عنوان یک عامل، تنها اطلاعات مربوط به خروجی همسایه های خود را دریافت می کند و لذا طراحی کنترل گر غیرمتمرکز است. جهت تضمین توافق جمعی ابتدا سامانه چندعاملی، در قالب یک سامانه ابعاد بزرگ نوشته می شود. سپس با استفاده از شروط لازم، دینامیک غیر خطی منیپولاتورها به فرم مناسب تبدیل می گردد. سپس در سامانه حلقه بسته، به منظور تعیین ماتریس های مجهول کنترل گر از تئوری پایداری لیاپانوف استفاده می شود. همچنین با فرض شرطی خاص برای ماتریس مثبت معین و متقارن استفاده شده در قضیه لیاپانوف، می توان نامساوی حاصل را به قالب نامساوی های ماتریسی خطی تبدیل کرد و به این ترتیب از روش های تکرارشونده با دقت کمتر برای حل نامساوی های ماتریسی غیر خطی اجتناب کرد. در نهایت نتایج این طراحی، برای مدل آزمایشگاهی منیپولاتور تک بازو با مفصل انعطاف پذیر شبیه سازی و با روش های مشابه پیشین، مقایسه شده است.

در این مقاله طراحی مسیر بهینه برای منیپولاتور با مفاصل انعطاف پذیر ارائه می گردد، به گونه ای که ماکزیمم ظرفیت حمل بار بین دو نقطه داده شده در فضای کاری توسط ربات حمل گردد و همزمان ارتعاشات ناشی از انعطاف پذیری مفاصل در طول مسیر نیز کاهش یابد. روش حل بر اساس حل غیر مستقیم مساله کنترل بهینه می باشد. به این منظور با تعریف مناسب تابع هدف و استخراج معادلات دینامیکی سیستم در فرم فضای حالت، تابع همیلتونین سیستم محاسبه می شود و با استفاده از اصل ماکزیمم پونتریاگن شرایط لازم بهینگی استخراج می گردد. به منظور کاهش ارتعاشات در طول مسیر، متغیر های حالت مناسب تعریف می شود و اصلاحی در قانون کنترل بهینه انجام می گیرد به گونه ای که تغییرات ناگهانی در کنترل اعمالی حذف گردد. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش، شبیه سازی برای یک ربات دو درجه آزادی انجام می گیرد. به این منظور بعد از استخراج معادلات، در مرحله اول مساله ماکزیمم ظرفیت حمل بار بدون در نظر گرفتن ارتعاشات حل می شود، و در مرحله دوم با اصلاح تابع هدف، مسیر بهینه با ظرفیت حمل بار بیشینه و دامنه ارتعاشات کمینه بدست می آید و در آخر بحث و بررسی روی نتایج ارائه می شود.

در این مقاله یک روش سیستماتیک جدید برای استخراج معادلات حرکت ربات با n لینک صلب که دارای مفاصل دورانی-کشویی می باشند، ارائه می شود. معادلات حرکت برای این سیستم رباتیکی بر اساس فرمولاسیون گیبس-اپل استخراج شده است. در تمامی محاسبات صورت گرفته تنها از ماتریس های 3×3 و یا بردارهای 1×3 استفاده شده است. همچنین تمام عبارات دینامیکی یک بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. بر اساس فرمولاسیون استخراجی الگوریتمی ارائه شده است که به طور بازگشتی و سیستماتیک به استخراج معادلات حرکت ربات مذکور می پردازد. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این الگوریتم در استخراج و حل سیستم ها با درجات آزادی بالا، یک منیپولاتور که دارای سه مفصل دورانی-کشویی می باشد، مورد تحلیل دینامیکی قرار می گیرد.

در این مقاله روشی جدید بر اساس حل غیرمستقیم مساله کنترل بهینه برای طراحی مسیر بهینه ربات فضایی شناور - آزاد، در حرکت نقطه به نقطه ارائه شده است. برای این منظور، معادلات دینامیکی سیستم در کنار قیود غیرهولونومیک ناشی از برقراری قانون بقای ممنتم زاویه ای در فرم فضای حالت استخراج می شود. سپس با استفاده از قضیه اساسی حساب تغییرات، شرایط لازم بهینگی به دست می آید. معادلات حاصل به یک مساله مقدار مرزی دونقطه ای منجر می شود که حل آنها مسیر بهینه و تابع کنترل بهینه را نتیجه خواهد داد. در روش ارائه شده می توان هم فضاپیما و هم منیپولاتور را از موقعیت اولیه به موقعیت نهایی به گونه ای رساند که علاوه بر برآوردن دقیق شرایط مرزی، معادلات دینامیکی و قیود غیرهولونومیک، یک تابع عملکرد همچون توان یا گشتاور مصرفی نیز کمینه شود. در این مقاله شبیه سازی برای یک ربات فضایی شناور - آزاد دو لینکی انجام شده، نتایج حاصل با کارهای قبلی مقایسه و نهایتا کارایی روش پیشنهادی در کاهش حرکت پایه نمایش داده شده است.

سیستم های تعلیق مغناطیسی در سال های اخیر کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف پیدا کرده اند. سیستم های جابجایی با تعلیق مغناطیسی دارای شرایط دینامیکی خاصی هستند که به شدت تابع فیزیک سیستم از جمله سرعت قسمت متحرک، فاصله قسمت معلق با هسته مغناطیسی، شدت میدان مغناطیسی و هم چنین نویزهای ورودی می باشند. شرایط دینامیکی خاص این سیستم ها همراه با نویزهای موجود در محیط باعث ایجاد ناپایداری سیستم می شوند. در این پژوهش یک سیستم جابجایی بدون تماسی و با استفاده از تعلیق مغناطیسی برای جابجایی در راستای عمودی یک گوی فلزی به عنوان یک نمونه منیپولاتور بدون تماسی مغناطیسی طراحی و ساخته شد. جهت پایداری جسم معلق حین جابجایی از کنترل گر PID استفاده شده و عملکرد آن در سرعت های مختلف جابجایی عمودی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان دهنده که روش پیشنهادی می تواند با دقت بسیار بالائی سیستم تعلیق مغناطیسی را حتی به ازای حرکت های ناگهانی هد مغناطیسی کنترل کند. سیستم تعلیق مغناطیسی توانست حداکثر سرعت رو به بالای عمودی 453/0 (m/s) را برای پایداری شی معلق حفظ کند.

امروزه یکی از بحث هایی که در دنیای نانو مطرح است، بحث جابه جایی یا منیپولیشن نانوذرات است. این بحث به این دلیل مهم است که می توان با جابه جایی نانوذرات، ساختاری متفاوت ازآنچه درحال حاضر در دسترس است، را به دست آورد. لذا برای رسیدن به این مهم از پروب میکروسکوپ نیروی اتمی به عنوان منیپولاتور استفاده می شود. به این طریق که با استفاده از آن، نانوذرات با کشیدن و یا راندن روی سطح، جابه جاشده و به نقطه مطلوب رسانده می شوند. اگر نیروی وارده بیش ازحد نیاز باشد، نانوذره پس از ایستادن پروب میکروسکوپ نیروی اتمی همچنان به حرکت خود (لغزشی یا غلتشی) ادامه داده و از نقطه مطلوب نهایی دور می شود. از طرف دیگر، اگر نیروی وارده کم باشد، به طوری که نتواند بر نیروی اصطکاک ایستایی غلبه کند، نانوذره هیچ حرکتی نخواهد داشت. پس پیدا کردن نیروی بهینه در امر نانومنیپولیشن از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله، با استفاده از شبیه سازی دینامیکی نانوذره، معادلات حاکم بر نانوذره در هنگام منیپولیشن استخراج و شبیه سازی شده تا با استفاده از آن ها بتوان نیروی بحرانی و زمان بحرانی را برای نانوذرات طلا، مخمر و پلاکت در محیط های گازی، آبی، الکلی و پلاسما محاسبه کرد. با مقایسه نتایج به دست آمده، نتیجه گیری می شود که حرکت ذرات در محیط های مختلف بیولوژیکی با تاخیر زمانی و نیروی بحرانی بیشتر نسبت به محیط گازی صورت می گیرد.