وبلاگ

:
در دو دهه اخیر پیشرفت های تكنولوژی در زمینه های مهندسی هوافضا و هسته ای ، ترمو الاستیته
را به عنوان یك شاخه اصلی از مهندسی كاربردی آورده است . درجه حرارت های بالا در بسیاری از سازه
ها و قطعات ماشین ها نظیر سازه های هوا – فضایی ، موتورهایی كه در هواپیماهای پر سرعت به كار می
روند ، مخازن مورد استفاده در نیروگاههای اتمی و هسته ای و یا در فرایندهای صنعتی مانند آنهایی كه
از اشعه لیزر با دانسیته انرژی بالا جهت تولید استفاده می كنند ، به وجو میآید . این سازه ها و یا قطعات
تحت شرایط حرارتی غیر یكنواخت ناپایدار كه با تغییر خصوصیات فیزیكی و مكانیكی همراه است ، كار
می كنند . این مساله باعث ایجاد تنش های حرارتی می گردد كه در طراحی سازه ها یا قطعه ها باید
مورد توجه قرار بگیرد ، چراكه همراه با تنش های مكانیكی ناشی از بار های خارجی ، باعث ترك و
شكست در قطعه می شود . تنش های حرارتی می توانند اثراتی نظیر خستگی حرارتی و كمانش حرارتی

از خود نشان بدهند . همچنین پاره ای از مواد در میدان درجه حرارت غیر دائم در اثر گرادیان بالای
درجه حرارت ، ماهیت ترد پیدا خواهند كرد و در نهایت قابلیت تحمل گرادیان های بالای درجه حرارت را
نخواهند داشت كه می تواند فاجعه بار باشد 1[ ] .
1 یكی از راه حل های مقابله با بارهای شدید حرارتی استفاده از مواد هدفمند
می باشد كه موادی
2 نا همگن
ولی ایزوتروپ هستند كه خواص در آنها از نقطه ای به نقطه دیگر تغییر می كند . مثلا در
مقاومت مكانیكی ، مقاومت به سایش ، سختی و ضریب هدایت حرارتی كه به طور پیوسته تغییر می كنند
. این تغییرات پیوسته نسبت به تغییرات گسسته خواص مواد مركب ، مشكل تغییرات ناگهانی را در سطح
تماس دو ماده ی متفاوت رفع می كند . شكل 1 تفاوت های یك ماده مركب را با یك ماده هدفمند از
لحاظ چگونگی توزیع خواص و مواد سازنده نشان می دهد .

انگیزه ساخت این مواد برای اولین بار این بود كه در صنعت به موادی نیاز بود كه بتوانند دماها و
گرادیان های شدید آنرا تحمل كنند . مثلا روی سطح شاتل های فضایی ، معمولا دما هنگام ورود به جو
زمین 2100 كلوین می باشد و این سطح می بایست اختلاف دمابی حدود 1600 كلوین را تحمل نماید .
به این علت دانشمندان علم مواد در ژاپن در مركز تحقیقات هوا و فضا یی در شهر سندایی برآن شدند كه
ماده ای با چنین خصوصیاتی طراحی كنند . در سال 1987 سه سال بعد از اولین ایده های ساخت مواد
هدفمند یك پروژه ملی برای رسیدن به فن آوری اولیه ساخت این مواد تعریف شد .
پس از به پایان رسیدن این پروژه كه موسسه تحقیقات ملی هفده كشور مختلف و چندین دانشگاه و چند
شركت در آن همكاری كردند ، چند قطعه آزمایشگاهی ، مثلا یك صفحه مربعی 300 میلیمتر مربعی و
یك پوسته نیم كروی با شعاع 50 میلیمتر ساخته شد .

ای بر طراحی رباتها ی موازی شد. البته هر چند به لحاظ ملاحظات طراحی این گونه رباتها
پیچیدگی بیشتری نسبت به انواع سری دارند. توسعه روز افزون رباتها از دهه 60 قرن بیستم میلادی
جهش بزرگی یافت. زمانی که ربات موازی شش درجه آزادی استیوارت به عنوان شبیه ساز پرواز بکار گرفته
شد. اما مصارف عملی رباتها در صنایع، نیاز به همه شش درجه آزادی نداشت لذا رباتهای موازی با درجه

آزادی کمتر از شش طراحی و پیشنهاد شدند. این رباتها در مقایسه با نوع شش درجه آزادی کنترل اسانتر،
فضای کاری بیشتری دارند. بعد از ان رباتهای سه درجه آزادی که توانایی حرکت صرفا انتقالی ویا صرفا
چرخشی داشتند به دلیل استفاده خاص در صنایع مورد توجه زیادی واقع شدند. با گسترش استفاده و
طراحی انواع رباتهای متنوع، مسائل طراحی نیز به تدریج شکل گرفته و پیشرفت کردند و ایده های نو وارد
حوزه طراحی شد و انواع تئوری های مختلف برای مورد خاصی از طراحی ارائه گردید. از جمله مسائلی که
در طراحی مورد توجه است کنترل پذیری ربات در فضای کاری ان می باشد. لذا یافتن نقاط و یا فضایی که
ربات در ان منطقه قابل کنترل نیست را باید از اولویتهای اصلی در طراحی ربات دانستد
هدف
این مجموعه به بررسی ربات از دیدگاه مکانیک می پردازد.به طور کلی این فعالیت شامل بیان جنبه
های کامل ربات اعم ازتقسیم بندی ربات از دیدگاههای مختلف ،بررسی پیشینه تحقیقات ارائه شده در
زمینه های مختلف ربات، توضیح ویژگیهای طراحی ربات از قبیل رفتار سینماتیکی شامل بدست آوردن
موقعیت، سرعت و شتاب هر نقطه از ربات، دینامیک شامل روشهای استخراج معادلات حرکت ربات، فضای
 کاری ربات و روشهای محاسبه آن و رسیدن به شرایط بهینه در فضای کاری، تکینگی
روشهای محاسبه
آن می باشد.همچنین مبحث انعطاف پذیری در ربات نیز مورد بررسی قرار می گیرد که خود شامل بررسی
روشهای مدل سازی درانعطاف پذیری و گسسته سازی معادلات حرکت منتج شده از آن می باشد.
 چرا رباتیک:
دقت انجام کار زمانی که دامنه حرکت کوچک باشد مهم بوده و رسیدن به آن بدون ربات دشوار خواهد
بود.همچنین دینامیک بسیار مهم است هنگامی که تماس بین محیط اطراف و ربات وجود دارد مثل
تراشکاری یا طی کردن سطوح یا در مواقعی که سرعت بسیار مهم است مثل مکانیزم جابجایی قطعات که
نیاز به یک ربات با قسمت متحرك سبک که ربات های سریع نامیده می شود.

:
در سالیان اخیر با افزایش نرخ كالاها و خدمات و به خصوص مواردی همچون بالا رفـتن قیمـت جهـانی
سوختهای فسیلی از طرفی و از سوی دیگـر نیـاز روزافـزون جوامـع بشـری بـه بـرق مطمـئن و اقتصـادی،
نیروگاههای تولید برق روز به روز بیشتر به چالشی تجارت انرژی كشیده میشوند تا جایی كه واژههایی چون
تجارت برق و بورس برق دیگر به گوش دست اندكاران این صنعت ناآشنا نیست.
از سوی دیگر بالا رفتن شاخصهای زیست محیطی جوامع هر روز عرصه را بـر تولیـد كننـدگانی كـه از
فناوری قدیمیتر در تولید برق استفاده میكنند، تنگ تر میكند.
مجموعه این عوامل در كنار خواسته همیشگی تولیدكنندگان برق جهت پایینتر بودن قیمت تمام شـده
تولید برق خود راه را به سوی استفاده از فناوریهای جدید تولید هموار میكند.
یكی از روشهایی كه جهت بهبود شاخصهای تولید نیروگاههای حرارتی در چند سال اخیر مورد توجـه
این صنعت قرار گرفته بازتوانی واحدهای حرارتی موجود با استفاده از توربینهای گازی است كـه از فنـاوری
روز بهرهمند میباشند.

در این گزارش ضمن معرفی روشهای معمول بازتوانی، به نمونههای انجام شدهای اشـاره و ضـمن ارائـه
اطلاعاتی از تجهیزات اصلی مورد نیاز به محاسبات فنی و ملاحظات اقتصادی اشاره و در خصوص نحوه انجام
بازتوانی بحث و نتیجه گیری میشود.
 ی بر روشهای بازتوانی
1ـ 1ـ پیشگفتار
بازتوانی یك راه حل حائز اهمیت، برای دستیابی به یك سیستم تولید توان بهبود یافته میباشد كه همه
یا بخشی از امكانات زیر را فراهم میكند:
y كاهش مصرف و در نتیجه كاهش هزینه سوخت مصرفی كل سیستم
y كاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات
y كاهش آلایندگی
y كمترین هزینه مورد نیاز برای افزایش ظرفیت تولید
y حداقل نمودن هزینههای سرمایه زگ اری
ارزیابی یك پروژه بازتوانی باید محدوده وسیعی شامل جنبههای تجاری، پیش بینـیهـای افـزایش بـار،
پارامترهای مالی، قواعد و قوانین زیست محیطی، تغییرات قیمت سوخت و دیگر عوامل را در برگیرد تا فوایـد
مهم این نوع پروژه ها قابل دستیابی باشند. این ارزیابی، به دلیل تغییر قوانین برای سرویسهای تولید قدرت
و تاثیر گذاشتن روی میزان رقابت آنها پیچیدهتر میگردد.
آنالیز بازتوانی معمولاً از مراحل زیر پیروی می كند:
y تعیین اهداف سیستم تولید توان، میزان و ارزش توان اضافی مورد نیاز، كـاهش میـزان آلاینـدههـا،
قیمت و قابلیت دسترسی سوخت، محدودیتها و ملزومات انتقال، برنامه های پیش بینی شـده بـار
تولیدی و غیره.
y تعیین نیروگاههای موجود كه میتوانند تحت بازتوانی قرار گیرند با شناسایی محدودیتهای اصـلی
مربوط به هر یك از آنها ( مثـل محـدودیت هـای آلاینـدگی)، وضـعیت تجهیـزات موجـود و دیگـر
اطلاعات با اهمیت.
y شناسایی تكنولوژیهای منتخب بازتوانی (مدار تركیبی، جعبه هوای داغ، توربین گاز با بویلر كمكی،
توربین گاز با گرمای آب تغذیه) و انجام یك آنالیز اولیه برای انتخاب بهترین فناوری.
y گسترش طراحی، پارامترهای عملكردی و هزینههای سرمایه گـزاری بـرای دیگـر نیروگـاههـای كـه
قابلیت بازتوانی را دارند یا نیروگاههای جدید.
y انتخاب بهترین روش یا روشها بر مبنای ملاحظات اقتصادی و دیگر فاكتورها.

 دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشكده تحصیلات تكمیلی

سمینار برای دریافت درجه كارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی مكانیك-طراحی كاربردی

عنوان :
تحلیل دینامیك، سینماتیك و كنترل مكانیزم استوارت با محركهای دورانی

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چكیده:

 این تحقیق، ضمن ی بر سینماتیك و دینامیك مكانیزم استوارت با محرك دورانی، كنترل این
مكانیزم را مورد مطالعه قرار داده است. روابط سینماتیكی با استفاده از معادلات قید، بصورت جبری و
دیفرانسیلی و معادلات دینامیكی با استفاده از روش لاگرانژ برای سیستمهای مقید، استخراج شده اند.
ضرائب لاگرانژ به كمك ماتریس مكمل متعامد حذف و فرم كاهش یافته معادلات، جهت طراحی كنترل
كننده ارائه شده است. كنترل كننده مكانیزم یكبار با استفاده از روش خطی سازی به كمك فیدبك و
یكبار با استفاده از روش فازی- عصبی طراحی شده است. در روش فازی- عصبی، میله های دورانی ربات
استوارت آموزش داده شده اند. در مرحله آموزش اثر میله های بالا به همراه سكو به صورت نیروی
خارجی مدل شده اند. داده های آموزشی، با استفاده از الگوریتم دسته بندی كاهشی، به چند مجموعه
داده كه هر كدام از آنها یك دسته نامیده می شوند، تقسیم شده اند. برای هر دسته یك قانون به فرم
فازی بگونه ای كه خروجی را به مقدار مطلوب نزدیك كند، استخراج شده است. قوانین را به فرم شبكه
عصبی درآورده و با روش پس انتشار خطا، خطا را كاهش می دهیم. در انتهای عملكرد سیستم فازی –
عصبی طراحی شده با استفاده از شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته و مشاهده می شود این
سیستم قادر به تعقیب مسیرهای پیچیده با حداقل خطا می باشد.

پیشگفتار
رباتها با توجه به شكل هندسی شان به دو دسته كلی سری و موازی تقسیم می شوند. رباتهای سری،
دارای زنجیره باز سینماتیكی می باشند كه این زنجیره از پایه ربات تا پنجه آن ادامه مییابد. مزایای
رباتهای سری، فضای بزرگ و قابلیت مانور بالا است. در مقابل معایب این رباتها، صلیب كم، فركانس
طبیعی پائین، عدم توانایی حمل بارهای سنگین و مشكل نصب محركها بر روی هر عضو است. با پرهیز از
این معایب، رباتهای موازی كه از یك یا چند حلقه بسته سینماتیكی تشكیل شده اند، بكار گرفته می-
شوند. این رباتها دارای مزایای، چون توانایی حمل بارهای سنگین، صلیب بالا، نصب محركها روی زمین و
نسبت نیرو به وزن بالا میباشند. از نقطه نظر سینماتیكی، رابطه عكس بین رباتهای سری و موازی برقرار
است. به این معنا، كه مساله سینماتیك مستقیم در رباتهای موازی پیچیده و در رباتهای سری ساده و در
مقابل مساله سینماتیك معكوس در رباتهای سری پیچیده و در رباتهای موازی ساده است.
در سال 1965 استوارت  استفاده از ربات موازی سكودار را در ساخت شبیه ساز پرواز پیشنهاد كرد
این ربات موازی سكودار، با عنوان مكانیزم استوارت شناخته میشود. این مكانیزم از سه بخش سكوی
ثابت، سكوی متحرك و میله ها تشكیل شده است. از این مكانیزم با درجات آزادی سه تا شش، با توجه
به نوع ماموریت استفاده میگردد. نمونه شماتیك سه تا شش درجه آزادی این مكانیزم در شكلهای 
 نشان داده شده است.

:
نیروی برآ را می توان با کاربرد آن در صنایع هوایی بهتر درك کرد. ویژگی بارز هواپیما در
مقایسه با سایر وسایل نقلیه، توانایی پرواز آن در هوا می باشد که نیروی مخالف این عمل نیروی
جاذبه می باشد . نیروی جاذبه بر تمام اجسامی که بر روی سطح زمین یا نزدیک آن قرار گرفته
باشند اثر می کند، اما هنگامی که جسمی می خواهد از زمین بلند شود، نمود بیشتری می یابد.
بنابراین برای آنکه جسمی به هوا بلند شود، باید نیرویی برابر یا بزرگتر از وزن آن در جهت مخالف
به آن وارد شود که این نیرو نیروی برا نام دارد. برای آنکه هواپیما در حالت افقی به پرواز ادامه
دهد، بایستی نیرویی برآیی برابر وزن آن توسط بال های آن تولید شود. که در این سیمنار در مورد
آن توضیح داده شده است.
نیروی پسای وارد بر اجسام یا نیروی مقاوم را نیز زمانی می توان بهتر درك کرد که به این
مسئله توجه کنیم که مساله کاهش نیروی مقاوم در برابر حرکت اجسام داخل یک سیال، و در

نتیجه، امکان دستیابی به سرعت های بالاتر و نیز کاهش مصرف سوخت، یا منابع مورد نیاز
انرژی برای حرکت جسم، از دیر باز مورد توجه دانشمندان ومحققان بوده است از. سوی دیگر
کاهش نیروی مقاوم یا درگ ، علاوه بر موارد فوق، امکان طی مسافتهای بیشتر به ازای دفعات
کمتر سوخت گیری ، میزان آلودگی کمتر محیط، همچنین بالا رفتن عمر کارکرد تجهیزات را به
دنبال دارد. امروزه این زمینه تحقیقاتی که در کاهش سوخت، افزایش سرعت متحرك و پاکیزگی
محیط زیست موثر است، رو به گسترش می باشد .
بطور مثال برای اجسام شناور می توان گفت که ، مقاومت در مقابل حرکت اجسام شناور
به شکل های مختلفی وجود دارد و دسته بندی می شود ، لیکن در یک سیال تراکم ناپذیر نظیر
آب مقاومت سیال در برابر حرکت عبارت است از مقاومت موج سازی، اصطکاك پوسته ای و
مقاومت فشاری .
برای اجسام پرنده نیز می توان گفت که مزایای کاهش نیروی پسا در اجسام پرنده آشکار
است . کاهش نیروی پسا در تمام پارامترهای عملکرد ، مثل ماکزیمم سرعت ، شتاب گیری سریع
تر، کمتر کردن فاصله برخاست و میزان سوخت مصرفی مؤثر می باشد .