1. ‫امیرکبیر‬ ‫صنعتي‬ ‫دانشگاه‬
(‫تهران‬ ‫تکنیک‬ ‫پلی‬)
‫برق‬ ‫مهندسی‬ ‫دانشكده‬
‫عنوان‬
‫روبات‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫کنترل‬7‫آزادی‬ ‫درجه‬
Upper-Limb Powered Exoskeleton
‫نگارش‬
‫بابایی‬ ‫سحر‬(92123141)
‫میری‬ ‫حاج‬ ‫مجتبی‬(92123120)
‫حمصیان‬ ‫مسعود‬(91126913)
‫شریفی‬ ‫مریم‬(92123138)
‫درس‬ ‫استاد‬
‫طالبی‬ ‫علی‬ ‫حیدر‬ ‫دکتر‬
‫ماه‬ ‫بهمن‬1392

2. ‫مطالب‬ ‫سرفصل‬
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬‫حرکت‬‫ی‬‫و‬‫باز‬‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬‫بات‬‫و‬‫ر‬
‫ی‬‫مدلساز‬‫دینامیکی‬‫بات‬‫و‬‫ر‬
‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫ی‬‫ساز‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫ی‬‫ساز‬ ‫پیاده‬
‫ی‬‫گیر‬‫نتیجه‬
3/10

3. ‫مقدمه‬
‫از‬ ‫ر‬‫منظو‬‫ه‬‫ژ‬‫و‬‫پر‬‫این‬‫در‬‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫اسکلت‬‫یک‬‫لی‬‫و‬ ‫مفاصل‬‫با‬‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫ی‬‫ساختار‬‫مکانزیم‬‫های‬ ‫نک‬
‫بدن‬ ‫شبیه‬‫انسان‬‫است‬.
‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫اسکلت‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫بردهای‬‫ر‬‫کا‬
.1‫استفاده‬‫تشخیص‬‫و‬‫مانی‬‫ر‬‫د‬‫دستگاه‬‫عنوان‬ ‫به‬‫اپی‬‫ر‬‫فیزیوت‬
.2‫های‬‫توانایی‬‫بردن‬‫باال‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫کمکی‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫انسان‬
.3‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫هپتیکی‬ ‫وسیله‬ ‫یک‬‫شبیه‬‫واقعیت‬‫ی‬‫ساز‬‫ی‬‫مجاز‬
.4‫بات‬‫و‬‫ر‬(‫و‬‫هر‬‫ر‬)‫بردهای‬‫ر‬‫کا‬‫در‬‫عملکرد‬‫دو‬‫سویه‬
‫برد‬‫ر‬‫کا‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫ا‬‫ر‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫یم‬‫ر‬‫دا‬‫قصد‬‫ه‬‫ژ‬‫و‬‫پر‬‫این‬ ‫در‬‫ما‬1‫نماییم‬‫ل‬‫کنتر‬‫پسیو‬‫محیط‬ ‫در‬.
‫پسیو‬ ‫محیط‬
‫اکتیو‬ ‫محیط‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
3/45

4. ‫ساخت‬‫ا‬‫ر‬‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫اسکلت‬‫باتهای‬‫و‬‫ر‬ ‫توان‬‫می‬‫مختلفی‬‫های‬‫ش‬‫و‬‫ر‬‫به‬.‫ب‬‫اینجا‬ ‫در‬ ‫ما‬ ‫که‬‫دو‬ ‫ه‬
‫یم‬‫ز‬‫پردا‬‫می‬‫آنها‬‫از‬‫د‬‫ر‬‫مو‬.
.1‫معمولی‬ ‫ساختار‬ ‫با‬ ‫و‬‫باز‬ ‫بات‬‫و‬‫ر‬(‫ند‬‫ر‬‫دا‬‫ار‬‫ر‬‫ق‬ ‫ها‬ ‫لینک‬ ‫در‬ ‫ها‬‫ر‬‫موتو‬)
.2‫کابلی‬ ‫ساختار‬ ‫با‬ ‫و‬‫باز‬ ‫بات‬‫و‬‫ر‬
‫مقدمه‬
‫یاد‬‫ز‬ ‫ی‬ ‫اینرس‬
‫یاد‬‫ز‬ ‫لقی‬
‫ساده‬ ‫ل‬‫کنتر‬
‫کم‬‫ی‬ ‫اینرس‬
‫کم‬ ‫لقی‬
‫پیچیده‬‫ل‬‫کنتر‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
4/45

5. .1‫عمومی‬‫حرکات‬:‫انسان‬‫ی‬‫و‬‫باز‬ ‫که‬ ‫است‬‫حرکاتی‬ ‫تمامی‬ ‫شامل‬(‫ایستاده‬ ‫حالت‬‫در‬)‫میتواند‬‫انجام‬
‫دهد‬.‫و‬‫نج‬‫ر‬‫آ‬ ‫انبساط‬ ‫مانند‬...
.2‫انه‬‫ز‬‫و‬‫ر‬‫فعالیتهای‬:‫انجام‬ ‫ا‬‫ر‬‫آنها‬‫ز‬‫و‬‫ر‬ ‫طی‬‫در‬‫فرد‬ ‫یک‬ ‫که‬ ‫است‬‫حرکاتی‬ ‫تمامی‬ ‫شامل‬‫ده‬‫می‬‫د‬‫مانند‬
‫و‬‫دن‬‫ر‬‫خو‬ ‫غذا‬...
‫بات‬‫و‬‫ر‬‫عمومی‬‫حرکات‬ ‫به‬‫فقط‬ ‫ما‬‫اینجا‬‫در‬‫ل‬‫کنتر‬‫و‬‫پرداخته‬‫نماییم‬‫می‬.
‫سینماتیک‬‫حرکت‬‫انسان‬ ‫ی‬‫و‬‫باز‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
5/45

6. 1-‫ر‬‫دو‬‫بدن‬ ‫ر‬‫محو‬‫از‬‫شانه‬ ‫کردن‬ ‫نزدیک‬‫و‬ ‫کردن‬
‫است‬ ‫ایستاده‬ ‫که‬ ‫هنگامی‬ ‫انسان‬ ‫ی‬‫و‬‫باز‬‫عمومی‬ ‫حرکات‬.
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
6/45
Shoulder
adduction/abduction

7. 2-‫انتقباض‬‫و‬ ‫انبساط‬‫شانه‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
7/45
Shoulder flexion/extension

8. 3-‫و‬ ‫داخل‬ ‫به‬ ‫شانه‬ ‫چرخش‬‫خارج‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
8/45
Shoulder interior/exterior rotation

9. 4-‫نج‬‫ر‬‫آ‬‫انقباض‬‫و‬ ‫انبساط‬
9/45
Elbow flexion/extension

10. 5-‫چرخش‬‫نج‬‫ر‬‫آ‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
10/45
Elbow rotation (supination/pronation)

11. 6-‫وضعی‬ ‫حرکت‬‫مچ‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
11/45
Wrist ulnar/radial deviation

12. 7-‫انقباض‬‫و‬ ‫انبساط‬‫مچ‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
12/45
Wrist flexion/extension

13. 8-‫افقی‬ ‫انقباض‬‫و‬ ‫انبساط‬‫شانه‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
13/45
Shoulder horizontal
abduction/adduction

14. 9-‫شانه‬ ‫کامل‬ ‫چرخش‬
‫مقدمه‬
‫بازو‬ ‫حرکت‬ ‫سینماتیک‬‫ی‬
‫انسان‬
‫روبات‬‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬‫شبیه‬‫و‬‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬‫نتیجه‬
14/45
Full-range shoulder free motion

15. ‫باتهای‬‫و‬‫ر‬‫اسکلت‬‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫به‬‫دو‬‫نوع‬‫پایه‬‫ثابت‬‫و‬‫پایه‬‫متحرک‬‫بند‬‫تقسیم‬‫ی‬‫شوندکه‬‫می‬
‫ما‬‫در‬‫اینجا‬‫نوع‬‫پایه‬‫ثابت‬‫آن‬‫ا‬‫ر‬‫ی‬ ‫س‬‫ر‬‫بر‬‫ایم‬‫کرده‬.
‫ب‬ ‫حداقل‬ ‫نماید‬ ‫تقلید‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫انسان‬ ‫ی‬‫و‬‫باز‬ ‫حرکت‬ ‫بتواند‬ ‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫این‬ ‫اینکه‬ ‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫اید‬7‫جه‬‫ر‬‫د‬
‫داشته‬ ‫ادی‬‫ز‬‫آ‬‫باشد‬.‫جه‬‫ر‬‫د‬ ‫یک‬ ‫یعنی‬
‫یم‬‫ر‬‫دا‬ ‫اضافی‬.
‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬7‫جی‬‫ر‬‫خا‬ ‫اسکلت‬‫ادی‬‫ز‬‫آ‬ ‫جه‬‫ر‬‫د‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
15/45

16. ‫می‬ ‫اتفاق‬ ‫حالت‬ ‫دو‬‫در‬ ‫تکینی‬ ‫کلی‬‫حالت‬ ‫در‬‫افتد‬
.1‫تکینی‬‫در‬‫های‬‫ز‬‫مر‬‫ی‬‫کار‬:‫در‬‫این‬‫حالت‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫کامال‬‫کشیده‬‫است‬‫و‬‫یا‬‫به‬‫سمت‬‫عقب‬
‫خم‬‫شده‬‫است‬
.2‫تکینی‬‫در‬‫نقاط‬‫داخلی‬:‫در‬‫این‬‫حالت‬‫دو‬‫یا‬‫چند‬‫مفصل‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫در‬‫یک‬‫استا‬‫ر‬‫ق‬‫ار‬‫ر‬‫می‬
‫گیرند‬
‫ی‬ ‫س‬‫ر‬‫بر‬‫تکینی‬ ‫مشکل‬(singularity)‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫در‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
16/45

17. ‫غ‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫توانیم‬‫می‬ ‫اینجا‬‫در‬‫لبه‬‫ب‬‫و‬‫ر‬‫ی‬ ‫چرخش‬‫پایه‬‫ر‬‫محو‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫در‬ ‫تکینی‬‫وقوع‬‫بر‬‫مانند‬‫ا‬‫ر‬‫ات‬
‫یر‬‫ز‬‫شکل‬‫تغییر‬‫نگردد‬‫تکینی‬‫ر‬‫دچا‬‫دیگر‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫تا‬‫دهیم‬.
‫شود‬‫می‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫سینماتیکی‬‫معادالت‬‫تحلیل‬‫شدن‬‫پیچیده‬‫باعث‬ ‫کار‬‫این‬.
‫تکینی‬ ‫مشکل‬ ‫حل‬(singularity)‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫در‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
17/45

18. ‫های‬ ‫امتر‬‫ر‬‫پا‬‫دن‬‫ر‬‫آو‬ ‫بدست‬D_H‫بات‬‫و‬‫ر‬
1-‫اختصاص‬‫مفاصل‬‫از‬ ‫یک‬ ‫هر‬‫به‬ ‫مختصات‬‫های‬‫ر‬‫محو‬ ‫دهی‬
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
18/45

19. Position
Shown
θidiai-1αi-1i
=0θ1θ10001
=-90θ2θ200+902
=0θ3θ3- UL0-903
=+90θ4θ400+904
=+90θ5θ5-FL0-905
=-90θ6θ600+906
=0θ7θ700+907
-00HL08
‫های‬ ‫امتر‬‫ر‬‫پا‬ ‫مختصات‬ ‫های‬‫ر‬‫محو‬‫دهی‬ ‫اختصاص‬‫نحوه‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬D_H
‫آیند‬‫می‬‫در‬ ‫یر‬‫ز‬ ‫ت‬‫ر‬‫صو‬‫به‬
αi:‫اویه‬‫ز‬‫بین‬Zi‫و‬Zi+1‫در‬‫جهت‬
Xi‫می‬‫باشد‬.
ai:‫فاصله‬‫بین‬Zi‫و‬Zi+1‫در‬‫استای‬‫ر‬
Xi‫می‬‫باشد‬.
di:‫فاصله‬‫بین‬Xi-1‫و‬Xi‫در‬‫استای‬‫ر‬
Zi‫می‬‫باشد‬.
θi:‫اویه‬‫ز‬‫بین‬Xi-1‫و‬Xi‫در‬‫استای‬‫ر‬
Zi‫می‬‫باشد‬.
‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
19/45

20. ‫حرکات‬ ‫از‬ ‫یک‬ ‫هر‬‫به‬‫مربوط‬ ‫امترهای‬‫ر‬‫پا‬9‫انسان‬ ‫بدن‬ ‫گانه‬ ‫مقدمه‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬
‫سینماتیکی‬ ‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
20/45
θ7θ6θ5θ4θ3θ2θ1MotionI
0-90000-900, 180
Shoulder
abduction
adduction
1
0-90000−140,900
Shoulder
flexion
extension
2
0-90+90+90−90, 90-900
Shoulder
interior/
exterior
rotation
3
0-9000,120000
Elbow flexion
extension
4
0-90(0,180)900-900
Elbow
supination
pronation
5
0−140, −7090900-900
Wrist ulnar
radial rotation
6
(−90,70)-9090900-900
Wrist flexion
extension
7
0-90000−50,13590
Shoulder
horizontal
abduction
adduction
8
0-900000,36030
Full-range
shoulder free
motion
9

21. ‫موقعیت‬‫مرکز‬‫جرم‬‫های‬‫روبات‬
‫در‬‫اینجا‬‫برای‬‫حل‬‫معادالت‬‫دینامیکی‬‫از‬
‫روش‬‫الگرانژ‬‫استفاده‬‫ایم‬‫کرده‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬‫روبات‬
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫بازوی‬ ‫حرکت‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
21/45

22. ‫انسان‬ ‫یک‬ ‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫و‬‫باز‬ ‫دینامیکی‬ ‫امترهای‬‫ر‬‫پا‬75‫قد‬ ‫با‬ ‫کیلوگرمی‬175‫به‬ ‫متر‬‫سانتی‬
‫ل‬‫جدو‬ ‫ت‬‫ر‬‫صو‬‫یر‬‫ز‬‫می‬‫باشد‬
‫انسان‬ ‫دست‬ ‫دینامیکی‬ ‫امترهای‬‫ر‬‫پا‬
22/45
‫ردیف‬
‫بخش‬‫وزن‬‫طول‬
‫مرک‬ ‫فاصله‬‫ز‬
‫از‬ ‫جرم‬
‫مفصل‬
𝒓 𝒙𝒙𝒓 𝒚𝒚𝒓 𝒛𝒛
1‫بازو‬2kg
UL57% UL28.5% UL26.9% UL15.8% UL
0.245m0.1390.07230.06590.0387
2‫ساعد‬1.18kg
UF45.59%UF27.6% UF26.5% UF12.1% UF
0.251m0.1140.06920.06650.0301
3‫دست‬445gr
UH79%UH62.8% UH51.3% UH10.1% UH
0.190m0.1500.1190.09740.0191
‫مقدمه‬
‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬‫بازوی‬
‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬‫و‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬

23.  
 
 
0 0 1 2 3 0 0
1 2 3
0 0 1 2 3 4 5 0 0
1 2 3 4 5
0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0
1 2 3 4 5 6 7
U U U U
F F F F
H H H H
d
P T T T P V P
dt
d
P T T T T T P V P
dt
d
P T T T T T T T P V P
dt
  
  
  
0 0 0 0 0 01
2
T T T
tr U U U F F F H H HT M V V M V V M V V   
 
23/45
‫تقسیم‬‫بخش‬‫دو‬‫به‬‫بات‬‫و‬‫ر‬‫ی‬ ‫جنبش‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫شو‬‫می‬‫د‬
‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫انتقالی‬ ‫ی‬ ‫جنبش‬
‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫انی‬‫ر‬‫دو‬ ‫ی‬ ‫جنبش‬
‫بات‬‫و‬‫ر‬ ‫انتقالی‬ ‫ی‬ ‫جنبش‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫دن‬‫ر‬‫آو‬ ‫بدست‬

24. ‫دن‬‫ر‬‫آو‬ ‫بدست‬‫ی‬ ‫جنبش‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬‫انی‬‫ر‬‫دو‬‫بات‬‫و‬‫ر‬
0 0 0 3 0
1 2 3 1 0 2 2 2 3 3 3 0,ˆ ˆ ˆ U
U U U Uk R k R k R                
r r r r & & &
0 0 5 0
1 5 1 0 5 5 5 0,ˆˆ F
F F F Fk R k R            
r r r & &
0 0 7 0
1 7 1 0 7 7 7 0,ˆˆ H
H H H Hk R k R            
r r r & &
1
2
T T T
U U F F H H
ro U U U F F F H H HT         
 
I I I
24/45

25. ‫انرژی‬‫پتانسیل‬‫سیستم‬‫تنها‬‫شامل‬‫بخش‬
‫گرانشی‬‫است‬‫که‬‫تابع‬‫ارتفاع‬‫عضو‬‫از‬‫سطح‬
‫زمین‬‫باشد‬‫می‬.
‫بنابراین‬‫برای‬‫انرژی‬‫پتانسیل‬‫داریم‬:
‫که‬‫منظور‬‫از‬‫مولفه‬‫عبارت‬
‫است‬.
‫ا‬‫نرژی‬‫روبات‬ ‫پتانسیل‬
 0 0 0
, , ,U U X F F X H H XU g M P M P M P     
0
,U XP0x0
UP
25/45
‫انرژی‬‫پتانسیل‬‫سیستم‬‫تنها‬‫شامل‬‫بخش‬
‫گرانشی‬‫است‬‫که‬‫تابع‬‫ارتفاع‬‫عضو‬‫از‬‫سطح‬
‫زمین‬‫باشد‬‫می‬.
‫بنابراین‬‫برای‬‫انرژی‬‫پتانسیل‬‫داریم‬:

26. ،‫پتانسیل‬‫و‬ ‫ی‬ ‫جنبش‬ ‫ی‬‫ژ‬‫انر‬ ‫ات‬‫ر‬‫عبا‬ ‫اج‬‫ر‬‫استخ‬‫با‬‫انژین‬‫ر‬‫الگ‬‫و‬ ‫سیستم‬‫معادال‬‫ت‬‫حرکتی‬
‫ت‬‫ر‬‫بصو‬‫بدست‬ ‫یر‬‫ز‬‫آیند‬‫می‬.
‫بدست‬‫معادله‬‫دن‬‫ر‬‫آو‬‫انژ‬‫ر‬‫الگ‬
tr roL T U T T U    
             1 2 3 4 5 6 7, , , , , , ,
Td L L
u q t t t t t t t
dt q q
      
  
         &
‫مقدمه‬
‫حرکت‬‫سینماتیک‬
‫انسان‬‫بازوی‬
‫سینماتیکی‬‫تحلیل‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫سازی‬ ‫شبیه‬‫و‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
26/45

27. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
17/45
‫سازی‬ ‫پیاده‬‫معادالت‬‫در‬Simulink/
matlab

28. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
28/45
‫مقدار‬ ‫و‬ ‫اولیه‬ ‫مقدار‬ ‫مولد‬
‫روبات‬ ‫مرجع‬

29. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
‫روبات‬ ‫کنترلی‬ ‫سیستم‬ ‫زیر‬
29/45

30. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
30/45
‫روبات‬ ‫خطی‬ ‫کنترل‬

31. ‫صورت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫روبات‬ ‫بتوانیم‬ ‫اینکه‬ ‫برای‬ ‫ما‬‫دینامیک‬‫معکوس‬
‫نماییم‬ ‫کنترل‬.‫معادله‬ ‫در‬ ‫باید‬‫یک‬ ‫زیر‬‫قانون‬‫فیدبک‬
‫کنترلی‬‫غیرخطی‬(u)‫بیابیم‬‫سیستم‬ ‫شدن‬ ‫خطی‬ ‫باعث‬ ‫که‬‫شود‬.
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
31/45
‫کنترل‬(‫دینامیک‬‫معکوس‬)‫روبات‬
(q,q)q (q)M C G uq   & &&&
1 1
( , , ) (q
( ) ( )
0 ( ) ( ) ( )
0
0
,q)q (q) a
a
a
q
d D d p d
d D d p d
D p
D
q
q
p
q
q K q q K q q
M q q K q q K q q
Me K e K
u f q
e
e M
q t C G
M
M
K e M K e 

   
     
   

   




&&
&& & &
&& && & &
&& &
&
&
&
&&
&

32. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
32/45
‫کنترل‬(‫دینامیک‬‫معکوس‬)‫روبات‬
•‫سیستم‬ ‫زیر‬tracking part:‫برای‬ ‫را‬ ‫شتاب‬ ‫بخش‬ ‫این‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫تولید‬ ‫ما‬.
( ) ( )a d D d pq dMq K q q K q q    && & &

33. ‫می‬ ‫را‬ ‫روبات‬ ‫دینامیکی‬ ‫معادالت‬ ‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫قسمت‬ ‫سیستم‬ ‫زیر‬ ‫این‬
‫سازد‬.
q:‫پارمترهای‬‫باشند‬ ‫می‬ ‫مفاصل‬ ‫به‬ ‫مربوط‬
:‫باشد‬ ‫می‬ ‫مفاصل‬ ‫سرعت‬.
H:‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫بخش‬‫معادالت‬‫دینامیکی‬‫باشد‬ ‫می‬ ‫روبات‬.
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
33/45
‫زیر‬‫سیستم‬feedbak linearizer
q&
𝐻 = 𝐶 𝑞, 𝑞 𝑞 + 𝑔 𝑞

34. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
34/45
‫زیر‬‫سیستم‬‫دینامیکی‬‫روبات‬

35. ‫مفاصل‬ ‫های‬ ‫زاویه‬ ‫گرفتن‬ ‫با‬ ‫سیستم‬ ‫زیر‬ ‫این‬
‫بازو‬ ‫موقعیت‬,‫می‬ ‫ما‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫انگشتان‬ ‫نوک‬ ‫و‬ ‫مچ‬
‫دهد‬
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
35/45
‫زیر‬‫سرعت‬ ‫و‬ ‫موقعیت‬ ‫سیستم‬
‫روبات‬
‫زیر‬‫چرخش‬ ‫های‬ ‫زاویه‬ ‫سیستم‬
‫روبات‬ ‫زاویه‬ ‫مفاصل‬ ‫های‬ ‫زاویه‬ ‫گرفتن‬ ‫با‬ ‫سیستم‬ ‫زیر‬ ‫این‬
‫های‬
‫بازو‬ ‫چرخش‬,‫دهد‬ ‫می‬ ‫ما‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫انگشتان‬ ‫نوک‬ ‫و‬ ‫مچ‬.

36. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
36/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Shoulder
adduction/abduction
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

37. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
37/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Shoulder
flexion/extension
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

38. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
38/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Shoulder interior/exterior
rotation
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

39. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
39/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Elbow
flexion/extension
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

40. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
40/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Elbow rotation
(supination/pronation)
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

41. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
41/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Wrist ulnar/radial
deviationX0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

42. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
42/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Wrist flexion/extension
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

43. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
43/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Shoulder horizontal
flexion/extension
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

44. ‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬
‫و‬ ‫سازی‬
‫شبیه‬
‫سازی‬
‫گیری‬ ‫نتیجه‬
44/45
‫شبیه‬‫سازی‬‫حرکت‬Shoulder Full range rotation
X0 : parallel to neck
Y0 : toward heart
Z0 : toward back

45. ‫گیری‬ ‫نتیجه‬
‫در‬‫این‬‫پروژه‬‫سازی‬‫شبیه‬‫حرکات‬‫عمومی‬‫دست‬‫انسان‬
‫توسط‬‫یک‬‫روبات‬۷‫درجه‬‫آزادی‬‫مورد‬‫بررسی‬‫قرار‬
‫گرفت‬.
.‫نتایج‬‫حاصل‬‫نشان‬‫دادند‬‫که‬‫روبات‬7‫درجه‬
‫آزادی‬‫پیشنهادی‬‫به‬‫عنوان‬‫اسکلت‬‫خارجی‬‫دست‬
‫انسان‬‫قابلیت‬‫انجام‬‫حرکات‬‫عمومی‬‫دست‬‫را‬‫بخوبی‬
‫دارد‬.
‫ها‬‫سازی‬‫شبیه‬‫حاکی‬‫از‬‫عبور‬‫روبات‬‫از‬‫نقاط‬
‫تکینگی‬(‫یا‬‫خیلی‬‫نزدیک‬‫به‬‫تکینگی‬)‫است‬‫که‬‫برای‬
‫پرهیز‬‫از‬‫آنها‬‫بایست‬‫می‬‫به‬‫هایی‬‫ترفند‬‫مانند‬
‫آفست‬‫دادن‬‫به‬‫زوایای‬‫مفاصل‬‫برای‬‫قرار‬‫دادن‬
‫نقطه‬‫تکینگی‬‫در‬‫خارج‬‫از‬‫محدوده‬‫حرکتی‬‫دست‬
‫مقدمه‬
‫سینماتیک‬
‫حرکت‬
‫بازوی‬
‫انسان‬
‫تحلیل‬
‫سینماتیکی‬
‫روبات‬
‫مدلسازی‬
‫دینامیکی‬
‫روبات‬
‫پیاده‬‫سازی‬
‫شبیه‬ ‫و‬
‫سازی‬
‫نتیجه‬
‫گیری‬
45/45