به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

محرم حبیب نژاد کورایم

  • علیرضا مطهری*، حسن ظهور، محرم حبیب نژاد کورایم
    بازوهای بسیار-افزونه، بازوهایی هستند که درجات آزادی آنها زیاد است و به واسطه این ویژگی میتوانند از موانع عبور کنند و چالاکی بیشتری داشته باشند. در اینجا منظور از این نام، به طور خاص، بازوهایی است که از چیدن چندین بسته بر روی هم به صورت سری و بر روی یک پایه ثابت، ایجاد می شوند. هر بسته خود یک مکانیزم سری یا موازی می باشد. عملگرهای ناپیوسته، عملگرهایی هستند که تنها در چند حالت محدود، قابل تحریک هستند. در کنترل این عملگرها، معمولا نیازی به بازخورد نمی باشد و این ویژگی سبب سادگی در کنترل، ارزان بودن، دقت بالا و تکرار پذیری زیاد آنها می گردد. تا کنون روش های مختلفی برای حل مسئله سینماتیک معکوس بازوهای بسیار-افزونه با عملگرهای ناپیوسته ارائه شده است. در میان این روش ها، روش جستجوی جفت-جفت از لحاظ سرعت حل و خطا، بهتر عمل می کند. در این مقاله، این روش تعمیم داده می شود؛ به این ترتیب که در هر مرحله از جستجو، به جای اینکه لزوما از دو بسته استفاده شود، از تعداد دلخواهی از بسته ها استفاده می گردد و تاثیر آن بر سرعت و دقت حل مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور، دو بازو، یکی صفحه ای و یکی فضایی معرفی می شوند و مسائل سینماتیک معکوس برای آنها حل گردیده و نتایج آنها مورد تحلیل و مقایسه قرار می گیرد.
    کلید واژگان: بازوی بسیار-افزونه, عملگر ناپیوسته, سینماتیک معکوس, جستجوی چند-بسته ای
    Alireza Motahari *, Hassan Zohoor, Moharam Habibnejad Korayem
    The manipulators whose degrees of freedom are high are called “hyper-redundant manipulators”. High degrees of freedom make them dexterous and able to avoid the obstacles. Here, the term hyper-redundant manipulator is used for the manipulators which are produced by cascading the serial or parallel mechanisms on top of each other, as modules. The discrete actuators can have a few stable states. These actuators usually need no feedback in their control. This causes them to have a simpler control, to be cheaper, more precise, and to improve the repeatability. So far, several methods have been proposed to solve inverse kinematics problem of discretely actuated hyper-redundant manipulators. The two-by-two searching method is better than the other methods in terms of CPU-time and error. In this paper, the mentioned method is generalized by choosing an arbitrary number of modules as pending modules in each step of searching, instead of necessary two. Also, the effect of the number of pending modules on CPU-time and error is investigated. For this purpose, two planar and spatial manipulators are introduced to define the inverse kinematics problems and then the results are analyzed and compared.
    Keywords: Hyper-Redundant Manipulator, Discrete Actuator, Inverse Kinematics, Multi-Module Search
  • لیلا زینالی زاد، محرم حبیب نژاد کورایم*
    نانومنیپولیشن و جابه جایی میکرو/نانو ذرات، امروزه کاربردهای گسترده ای در علوم مختلف پیداکرده است. یکی از ابزارهای اساسی جهت انجام فرآیند نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی می باشد. امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی کاربردهای مختلفی ازجمله تصویربرداری سطوح، منیپولیشن و جابه جایی ذرات، استخراج خواص مواد و بافت ها پیداکرده است. منیپولیشن نانو ذرات معمولا شامل دو فاز می گردد. فاز نخست تا پیش از آغاز به حرکت ذره و استخراج نیروی بحرانی و زمان بحرانی را در برمی گیرد. فاز دوم نیز شامل بررسی ذرات در حین حرکت در خلال نانومنیپولیشن و جابه جایی می باشد. با توجه به این که در ابعاد میکرو/نانو، نیروهای سطحی نسبت به نیروهای حجمی اثر بیشتری دارند، لذا انتخاب مدل تماسی مناسب در مدل سازی و شبیه سازی فرآیند نانومنیپولیشن، بسیار حائز اهمیت می باشد. پارامترهای مختلفی بر مدل های تماسی در مقیاس میکرو/نانو اثرگذار می باشند. در این پژوهش به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر مدل های تماسی هرتز، جیکیآر و دی ام تی پرداخته شده است. بدین منظور جهت بررسی تاثیر پارامترهای ورودی مختلف، از روش آماری آنالیز حساسیت تحت عنوان ای-فست که یکی از روش های سریع می باشد، استفاده شده است. پارامترهای ورودی موردبررسی در این پژوهش، شامل شعاع سوزن، حجم ذره، مدول الاسیسته سوزن، مدول الاسیسته ذره ، ضریب پواسون سوزن و ضریب پواسون ذره همچنین عمق نفوذ و نیرو به عنوان پارامترهای خروجی تبیین می گردد. نتایج به دست آمده بیانگر تاثیرگذاری زیاد حجم ذرات هدف و شعاع سوزن در نیرو و عمق نفوذ در مدل های تماسی می باشد.
    کلید واژگان: مدل مکانیک تماس, ویسکوالاستیک, فاز اول و فاز دوم نانومنیپولیشن, نانوذرات زیستی, آنالیز حساسیت
    Leila Zeinalizad, Moharram Habibnejad Korayem *
    Nanomanipulation and displacement of nanoparticles has found wide applications in various sciences today.One of the basic tools for performing the Nanomanipulation process is the atomic force microscope.Today the atomic force microscope has found various applications, including surface imaging, manipulation and movement of particles, extracting the properties of materials and textures.The manipulation of nanoparticles usually involves two phases.The first phase includes the extraction of the critical force and the critical time before the start of the particle movement.The second phase also includes the investigation of particles during movement during Nano manipulation and displacement.Due to the fact that in micro/Nano dimensions,surface forces are more effective than volume forces,so it is very important to choose the appropriate contact model in modeling and simulating the Nano manipulation process.Various parameters affect contact models on the micro/Nano scale.In this research, the effect of different parameters on Hertz, JKR and DMT contact models has been investigated.For this purpose, in order to investigate the effect of different input parameters, the statistical method of sensitivity analysis called E-fast, which is one of the fast methods,has been used.The input parameters examined in this research include tip radius,volume of the particle,elastic modulus of the tip,elastic modulus of the particle,Poisson's coefficient of the tip and Poisson's coefficient of the particle, as well as penetration depth and force, which are explained as output parameters.The obtained results show that the volume of the target particles and the tip radius have a great influence on the force and depth of penetration in the contact models
    Keywords: Contact Mechanics Model, Viscoelastic, First Phase &, Second Phase Of Nano Manipulation, Nano Biological Particles, Sensitivity Analysis
  • صادق حاجی آبادی، سیاوش فتح الهی دهکردی*، محرم حبیب نژاد کورایم
    در این مقاله با بهره گیری از روش گیبس-اپل بازگشتی، مدل دینامیکی r بازوی همکار با n_m لینک و مفاصل دورانی بدست آمده است. جسم در پنجه بازوها با تعریف تماس کاملا مقید، نگه داشته شده و بازوها وظیفه جابجایی جسم را بر عهده دارند. در ابتدا معادلات دینامیکی هر یک از بازوها و جسم بصورت مجزا محاسبه شده و سپس نیروی بین پنجه ها و جسم مشترک از معادلات حذف می شود. در نتیجه معادلات نهایی سیستم در فضای مفاصل بدست می آیند. در ادامه معادلات دینامیک مستقیم سیستم شبیه سازی و نتایج آن با نتایج خروجی از نرم افزار Adams مقایسه می شوند. در ادامه همچنین حل دینامیک معکوس ربات با توجه به افزونگی مفاصل، از بین جواب های ممکن، در دو حالت بررسی می شود. در حالت اول، جواب مسئله با توجه به نیروهای اعمالی به جسم از طرف پنجه ها بدست می آید. بدین صورت که تنش های مکانیکی و نیروی داخلی در جسم ایجاد نمی نماید. در حالت دوم، گشتاورهای بهینه با این ویژگی که انرژی بصورت دلخواه بین مفاصل توزیع می شود. در پایان ظرفیت حمل بار دینامیکی در همه حالات تعیین می گردد.
    کلید واژگان: گیبس, اپل بازگشتی, بازوهای همکار, زنجیره سینماتیکی بسته, کاهش تنش جسم, توزیع بهینه انرژی
    Sadegh Hajiabadi, Siavash Fathollahi Dehkordi *, Moharam Habibnejad Korayem
    In this paper, dynamic model of r cooperative manipulators with n_m links derived by using recursive Gibbs-Appell formulation. Object grasped fully constrained by the manipulator’s end effector and manipulators transport the object simultaneously. For computing the system equations, first the object and manipulators dynamic equations developed independently. Therefore, by preparing the constraint equations, the end effectors and object inter connection forces and torques omitted for the constrained equations. By arranging these equations, the final form of motion equations in joint space evaluated. Next, the forward dynamic equations simulated by MATLAB software and compared with ADAMS software. For inverse dynamic solution, with considering the joints redundancy, two proper solution selected among appropriated one. In the first case, the solution chosen by considering the force extracted on the object by the manipulators. While, the force only cause the object manipulation and omitted the object internal force and stress. For the second one, optimum torques computed using Lagrange multiplier method and defining a cost function with assuming the arbitrary energy distribution between manipulator’s joints. At the end, the dynamic load carrying capacity calculated in all methods.
    Keywords: recursive Gibbs-Appell, cooperative manipulator, closed kinematic chain, reduce object stress, optimal energy distribution
  • محرم حبیب نژاد کورایم، معین طاهری*، حسام خاکسار، سید حسن بطحائی
    تعاریف مختلف نانوتکنولوژی نشان دهنده ی این واقعیت است، که فناوری نانو دامنه ی وسیعی از حوزه های علمی را در بر می گیرد. در حقیقت نانوتکنولوژی یک علم بین رشته ای و رویکردی جدید به تمام رشته ها است. در فرآیند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، مدل های تماسی برای تعیین نیرو و زمان بحرانی که تشکیل دهنده ی فاز اول این فرآیند هستند، نقش بسیار مهمی دارند. در این مقاله دو بخش تماسی در نانومنیپولیشن میکرو/نانوذرات استوانه ای طلا مورد بررسی قرار گرفته است. بخش اول تماس میکرو/نانوذرات هدف و صفحه ی مبنا و بخش دوم تماس نوک سوزن تیرک و میکرو/نانوذرات هدف است. برای بخش اول از پنج مدل تماسی مهم هرتز، لاندبرگ، داوسون، نیک پور و هواپریچ استفاده شده است. در بخش دوم نیز از مدل های تماسی هرتز و جی کی آر بهره گرفته شده است. برای تماس در بخش اول تغییر شکل صورت گرفته بین صفحه ی مبنا و میکرو/نانوذرات استوانه ای طلا، مدل داوسون بیشترین و مدل نیک پور کمترین میزان تغییر شکل و عمق نفوذ را داشته است. همچنین در تغییر شکل صورت گرفته بین ذرات استوانه ای هدف و نوک کروی سوزن، مدل هرتز کمترین و مدل جی کی آر بیشترین تغییر شکل و عمق نفوذ را به دلیل در نظر گرفتن نیروهای چسبندگی نشان داده است. نتایج داشته است، که با افزایش زاویه ی نوک سوزن با محور z، میزان عمق نفوذ و تغییر شکل ایجاد شده بین ذره و صفحه ی مبنا به طور کلی کاهش خواهد یافت که، مدل لاندبرگ بیشترین و مدل نیک پور کمترین میزان کاهش را نمایش داده است.
    کلید واژگان: منیپولیشن سه بعدی, مدل های تماسی مقیاس میکرو, نانو, میکروسکوپ نیروی اتمی, تغییر شکل ناحیه تماس, اثر زاویه ای
    Moharam Korayem, Moiein Taheri *, Hesam Khaksar, Seyed Hasan Bathaee
    Different definitions of nano-technology prove this truth that nano-technology includes wide range of various scientific fields. In fact, nano-technology is an interdisciplinary science and a new approach to the all domains. In Nanomanipulation process by utilizing Atomic Force Microscope, contact models play important role for determining critical force and time which constituent the first phase of this process. In current study, two contact stages in Nanomanipulation of gold cylindrical micro/nano particles are investigated. First stage is the contact of micro/nanoparticles and substrate and the second one is the contact between cantilever tip and micro/nanoparticles. For the first stage, five significant contact models including Hertz, Lundeberg, Dawson, Nikpour and Heoprich have been used. Also in the second stage, contact models of Hertz and JKR have been applied. Dawson model predicts maximum and Nikpour model predicts the least amounts of deformation and penetration depth for the contact of the first stage of deformation between substrate and gold cylindrical micro/nanoparticles. Also the deformation between cylindrical particles and spherical tip apex has the minimum amount in Hertz model and the highest amount of deformation and penetration depth have been showed in JKR model due to regarding adhesion forces. Generally, the results indicate increasing the angle of tip apex along the z axis leads to decrease of penetration depth and the amount of deformation between particles and substrate which Lundeberg model has been demonstrated the least amount and Nikpour model has been showed the highest amount of decrease.
    Keywords: 3D manipulation, Micro, nano scale contact models, Atomic Force Microscope, Contact area deformation, Angular effect
  • علیرضا مطهری*، حسن ظهور، محرم حبیب نژادکورایم

    در این مقاله طراحی و ساخت یک بازوی رباتیکی بسیار- افزونه (Hyper-Redundant Manipulator) با تحریک پنوماتیکی دوحالته جدید ارایه شده است. با وجود مزایایی چون فضای کاری وسیع، توانایی عبور از موانع و کنترل ساده، تاکنون نمونه های کمی از بازوهای بسیار- افزونه با تحریک ناپیوسته، آن هم در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده است که نقایصی در آنها دیده می شود. این نقایص شامل بازه حرکتی کوچک، قیمت تمام شده نسبتا بالا و حرکت غیریکنواخت و توام با تکان و لرزش بازو است. برای رفع این مشکلات در بازوی ارایه شده در این مقاله از مکانیزم لولایی- کشویی- کروی سه گانه (3-RPS) به عنوان بسته (Module) استفاده شده است که به دلیل داشتن تعداد پایه های کم، قیمت تمام شده پایین تری دارد. همچنین با جایگزینی مفاصل کروی با مفاصل چهارشاخه، بازه حرکتی بالاتر رفته است و در نهایت با استفاده از مجراهای قابل تنظیم در ورودی هر سیلندر، به طور موثری از غیریکنواختی و تکان های بازو کاسته شده است. در نهایت برای بررسی نحوه حرکت بازو، آزمون هایی اجرا شده اند که نتایج آنها ارایه خواهد شد.

    کلید واژگان: طراحی و ساخت ربات, بازوی بسیار- افزونه, عملگر ناپیوسته, تحریک دوحالته
    A. Motahari*, H. Zohoor, M. Habibnejad Korayem

    In this paper, the design and construction of a new binary pneumatic actuated hyper-redundant manipulator is presented. The discretely actuated hyper-redundant manipulators have advantages such as wide workspace, the ability of obstacle avoidance and simple control. Despite of these advantages, few prototypes have been made so far, which each of them has some defects. These defects are small movement range, fairly high cost, and accelerated and impulsive motion. To solve these problems, the 3-revolute prismatic spherical parallel mechanisms (3-RPS) are used as modules in this paper. So the cost is reduced due to the lower number of legs. Also, the motion range has been increased by replacing the spherical joints with universal joints. The movements of the manipulator have been effectively more uniform and softer by using flow control valves on cylinders. Finally, several tests are conducted to determine how the manipulator moves and the results are presented.

    Keywords: Robot design, construction, Hyper-redundant Manipulator, Discrete Actuator, Binary actuation
  • سید مرتضی جوادی نصر آبادی*، محرم حبیب نژاد کورایم
    تولید و سنگ زنی قطعات دوار با ناهم محوری موازی و زوایه ای یکی از موضوعات مورد بحث در زمینه مهندسی ساخت و تولید بوده و برای اتصال این نوع قطعات به دستگاه سنگ زنی نیازمند استفاده از سه نظام های خاص یا ساخت قید و فیکسچر است که کاری پیچیده و زمان بر است. در این پژوهش به بررسی امکان سنجی استفاده از ربات6RUS به عنوان کارگیر شش درجه آزادی دستگاه سنگ محور پرداخته خواهد شد. این پژوهش شامل طراحی ربات 6RUS و بررسی سینماتیک معکوس و فضای کاری ربات خواهد بود و پس از آن به بررسی امکان سنجی استفاده از ربات به عنوان کارگیر شش درجه دستگاه سنگ محور پرداخته خواهد شد که تحلیل تنش کرنش و فرکانسی در نرم افزار های المان محدود را شامل می شود
    کلید واژگان: نا هم محوری موازی, نا هم محوری زاویه ای, ماشین سنگ زنی, ربات موازی, اسپیندل, ساعت کردن قطعات
    Seyyd Norteza Javadi *, Moharam Habibnejad Korayem
    The production and grinding of rotating parts with parallel and angular misalignment is one of the topics issues in the field of Manufacturing engineering. To connect these types of parts to the grinding machine, it is necessary to use three jaw chuck or Jig & Fixtures that are complicated and Time-consuming. This study examines the feasibility of using the 6RUS parallel robot as a six-degree of freedom chuck in the grinding machine. This research will include the design of the 6RUS robot and the reverse kinematics and robot workspace, and then examine the feasibility of using the robot as a six-degree of freedom chuck, which will analyze strain and frequency stress in finite element software includes.
    Keywords: Parallel misalignment, angular misalignment, grinding machine, parallel robot, spindle, centering parts
  • مائده غفزانی*، محرم حبیب نژاد کورایم، علی کفاش هوشیار
    با گسترش نانو فناوری، روباتهای بر پایه میکروسکوپ نیروی اتمی بعنوان ابزاری کارآمد جهت انتقال و ساخت نانو ساختارها بصورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. عدم امکان مشاهده همزمان عملیات هل دادن کنترل شده نانو ذرات یکی از مهمترین محدودیت های این روش می باشد. به منظور رفع این محدودیت در این مقاله از یک محیط حقیقت مجازی جهت مشاهده روند عملیات استفاده شده است. در شبیه سازی صورت گرفته در این پژوهش ابتدا تصاویر گرفته شده از میکروسکوپ نیروی اتمی پردازش شده و موقعیت و ابعاد نانو ذرات مشخص شده است. پس از آن با استفاده از مدلسازی دینامیک انتقال نانو ذرات و شبیه سازی نمودار نیرو زمان بحرانی، امکان انتقال کنترل شده ذرات فرآهم آمده است. شبیه سازی ها جهت استفاده از کانتیلور های مستطیلی، Dagger و V-Shape گسترش یافته است. محیط واقعیت مجازی ارائه شده امکان شبیه سازی دقیق فرآید کاربردی نمودن مدلسازی های ارائه شده جهت کاربران را فرآهم آوده است.
    کلید واژگان: نانوربات AFM, محیط حقیقت مجازی, نانو ذرات استوانه ای
    M. Ghofrani *, M. H. Korayem, A. K. Hoshiar
    As nanotechnology develops, atomic force microscope Nano-robots attracted the attentions as an efficient instrument in order to Nano-structures transfer and construction. Lack of possibility of simultaneously observing the Nano-particles controlled pushing operation is one of the most important limitations on this method. In present research a virtual reality environment is used for observing the operation process in order to eliminate the limitations. At first, the images obtained from the AFM Nano-robots were processed in the simulation performed and then Nano-particles dimensions were determined. Then, the particles were transferred using Nano-particles transference dynamic simulation and simulating the critical time-force diagram. The simulations developed in order to make use of the rectangular, dagger and V-shaped cantilevers. The virtual reality environment provided allowed for the modeling applicability accurate process simulation for users.
    Keywords: AFM Nano-robot, Virtual Reality Environment, Cylindrical Nano-particles
  • یوسف حبیبی سوها، محدثه مظفری، محرم حبیب نژاد کورایم*
    در اغلب تیوری های تماس، که از پرکاربردترین آن ها می توان به سه مدل هرتز،DMT و JKR اشاره کرد، ذرات زیستی به صورت جسم کروی الاستیک در نظر گرفته شده اند که این فرض مناسبی نیست. الاستیک در نظر گرفتن ذرات زیستی منجر به نادیده گرفتن تاریخچه ی بارگذاری می شود که در نتیجه ی آن، تاریخچه ی تنش ها و کرنش های وارد بر ماده مورد بررسی قرار نمی گیرد. بنابراین، در بخش اول به توسعه ی سه مدل بیان شده، از حالت الاستیک به ویسکوالاستیک در هندسه ی کروی پرداخته شد. شبیه سازی و مقایسه ی این سری تیوری با داده های تجربی به دست آمده از آزمایش دندانه گذاری سلول سرطانی MCF-10A به وسیله ی میکروسکوپ نیروی اتمی در این مقاله، نشان داد که حالت ویسکوالاستیک نسبت به حالت الاستیک پیش بینی بهتری را از رفتار نیرو-دندانه گذاری این سلول ارایه می دهد. سپس، با توجه به اینکه اکثر باکتری ها دارای هندسه ای نزدیک به استوانه هستند، اقدام به توسعه و مدل سازی تیوری های تماسی ویسکوالاستیک برای تماس یک کره و یک استوانه شد. پس از آن، به شبیه سازی تماس الاستیک و ویسکوالاستیک برای سه دسته ی نانوباکتری اپیدرمیدیس، سالیویروس و آیروس، با استفاده از سری دوم تیوری های توسعه داده شده پرداخته شد. مقایسه ی نتایج شبیه سازی تماس الاستیک و ویسکوالاستیک با نتایج آزمایشگاهی موجود (دندانه گذاری به وسیله ی میکروسکوپ نیروی اتمی)، نشان داد که در نظر گرفتن حالت الاستیک برای شبیه سازی تماس نانوذرات زیستی مناسب نبوده و نتایج غیردقیقی را ارایه می دهد. هم چنین، مقایسه ی نمودار شعاع تماس برحسب عمق دندانه گذاری در دو تیوری الاستیک و ویسکوالاستیک نشان داد که به ازای میزان شعاع تماسی ایجادشده ی یک سان، میزان عمق دندانه گذاری در حالت الاستیک از ویسکوالاستیک بیشتر است.
    کلید واژگان: میکروسکوپ نیروی اتمی, تئوری تماسی ویسکوالاستیک, تئوری تماسی الاستیک, هندسه ی استوانه ای, باکتری, MCF-10A
    Yousef Habibi Sooha, Mohadese Mozafari, Moharam Habibnejad Korayem *
    In the most contact theories such as Hertz, DMT and JKR, which are the most practical contacts models, biological particles are considered as a spherical elastic particle, which is not the best assumption. In this assumption, the history of loadings are not considered in that the history of strains and stresses will not analyzed properly. Therefore, in the first part of this paper, three models of elastic in spherical geometry have been developed to the viscoelastic models. By simulations and comparing the results with the experimental data of MCF-10A (breast-cancer cell), which is derived by Atomic Force Microscopy, it is revealed that viscoelastic models are more accurate than elastic models in the force-indentation curves. Then, according to the fact that most bacteria's geometry is cylindrical, contact theory for a sphere and cylinder have been developed and simulated for three groups of nanobacteria (Epidermidis, SallyVirus, and Aureus). By comparing simulations results with experimental data we observe that elastic models are not reasonable and contacts radius in viscoelastic model are smaller than they were for elastic models.
    Keywords: Atomic Force Microscopy, Viscoelastic Contact Theory, Elastic Contact Theory, Cylindrical Geometry, Bacteria, MCF-10A
  • صادق صادق زاده*، محرم حبیب نژاد کورایم
    در این مقاله، با استفاده از دینامیک مولکولی کلاسیک و توسعه آن به دینامیک مولکولی درشت دانه، مکانیسم منیپولیشن خودکار با استفاده از نانوربات میکروسکوپ نیروی اتمی مدل سازی شده و نشان داده شده که تخریب سوزن مهم ترین عامل خطا در فرآیندهای منیپولیشن خودکار می باشد. بر همین اساس، یک طرح کنترلی برای جلوگیری از اثرات نامطلوب تغییر شکل سوزن ارائه شده است. با تعریف مجذور میانگین مربعات به عنوان معیاری برای اندازه گیری سطح تغییر شکل، یک پسخور ساده استفاده شده تا بتوان سیستم را کنترل نمود. پس ازاینکه مدل ارائه شده در مقایسه با برخی کارهای تجربی موجود صحه گذاری شده، با استفاده از درشت نمایی دینامیک مولکولی، سیستم به یک مدل نسبتا ساده درشت دانه تبدیل شده و برای اعمال در فرآیندهای منیپولیشن پیشنهادشده است. با استفاده از این مدل، ملاحظه شده که علیرغم اینکه سوزن آلومینیومی بدترین نتیجه را در میان جنس های مختلف سوزن داشته، با استفاده از پسخور شکل، خطای موقعیت دهی تا حد بسیار قابل تاملی کاهش یافته است. خطای موقعیت دهی ذره بدون پسخور و با پسخور برای سوزن نیکلی به ترتیب 7 7 /3 7 و 7 7 /1 7 درصد بوده است. این مقادیر به خوبی کارایی روش کنترل تغییر شکل را نشان می دهند.
    کلید واژگان: نانوربات, میکروسکوپ نیروی اتمی, تغییر شکل سوزن, پسخور شکل, نانومنیپولیشن خودکار
    S. Sadeghzadeh *, M. H. Korayem
    In this paper, by using the classical molecular dynamics and coarse grained molecular dynamics, the mechanism of automatic nanomanipulation with atomic force microscope nano-robot was modelled and it was shown that the rupture of tip is the most error source in the automatic nano-manipulation process, where is manipulation of particles on the substrate frequently. By this, to prevent from the non-favorable effects of deformation of tip on the result of nano-manipulation, a control plan was introduced. By definition of root mean squares as a criterion for measurement of the level of deformation, a simple feedback of it was used to control the system. After that the model proposed and validated in comparison with some experimental works, by using the coarsening the molecular dynamics, the system is converted into a relatively simple model and was suggested for implementation into the manipulation processes. By using this model, it was observed that although the aluminum tip leads to the worst result, by using the shape feedback, the positioning error has been reduced considerably. Positioning error without and with feedback was reported for a nickel tip as 37.77% and 17.77%, respectively. These values show the efficiency of the presented shape feedback approach.
    Keywords: Nano-robot, AFM, Deformation of tip, Shape feedback, Automatic nano-manipulation
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، محسن استاجی، احمد همایونی
    به منظور بررسی اثر داروها بر روی ویروس ها، اثرات متقابل بین پروتئین ها و ایجاد تغییرات مطلوب ژنتیکی بر روی دی ان ای موجودات، بررسی هرچه دقیق تر این ذرات بیولوژیکی یکی از کلیدی ترین نیازهای امروزه است. در این مسیر، شناسایی خواص مکانیکی این ذرات و همچنین نحوه ی رفتار مکانیکی آن ها در شرایط متفاوت نیز یک ضرورت به حساب می آید. منیپولیشن ذرات زیستی در ابعاد نانو یکی از فرایندهای مهم در بررسی رفتار نانوذرات بیولوژیکی است؛ زیرا بررسی میزان نیروی وارده، میزان تغییرشکل و بررسی احتمال تخریب در ذره می تواند اطلاعات سودمندی را در اختیار ما قرار دهد. در این مقاله به شبیه سازی دینامیک مولکولی فرآیند نانومنیپولیشن سه ذره ی زیستی مختلف (ویروس، پروتئین و دی ان ای تک رشته ای) بر پایه ی نانو ربات میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده است. هدف، یافتن اثر جنس زیرلایه بر روی نیروی وارده بر نانوذره و همچنین بررسی احتمال تخریب آن است. برای این منظور از سه زیرلایه ی مختلف با جنس های سیلیکون، گرافن و طلا استفاده شده است. دلیل انتخاب این زیرلایه ها فراوانی استفاده از آن ها در فرایندهای آزمایشگاهی و همچنین عدم واکنش با ذرات زیستی است. نتایج نشان می دهد که بیشترین نیروی وارد به ذره، متعلق به فرایند منیپولیشن بر روی زیرلایه ی طلایی است و احتمال تخریب نیز در این حالت بسیار زیاد است. در مقایسه ی بین زیرلایه های گرافنی و سیلیکونی نیز مشخص می شود که نیروی منیپولیشن و تغییرشکل ذره بر روی زیرلایه ی گرافنی بیشتر از زیرلایه ی سیلیکونی است.
    کلید واژگان: نانو منیپولیشن, ذره ی زیستی, میکروسکوپ نیروی اتمی, جذر متوسط مربع فاصله ها, نیروی منیپولیشن
    Moharam Habibnejad Korayem *, Mohsen Estaji, Ahmad Homayooni
    To investigate the effects of drugs on viruses, interactions between proteins and inserting desirable genetic changes on DNA, precise study of biological cells is a necessary demand for nowadays. In this way, exploring mechanical properties of these particles and their mechanical behavior in different situations is needed; manipulation of bioparticles in nano scale is an important process for investigating nanoparticles behavior; because the amount of exerted force, deformation and investigating the damage possibility can provide useful information. In this paper, a molecular dynamics modeling of bioparticles nanomanipulation based on AFM has been done. Bioparticles include virus, protein and ssDNA. The main goal of this study is investigating the substrate effect on exerted force on the bioparticles and exploring damage possibility. Three types of substrates have been used, including silicon, graphene sheet and golden substrate. Widespread usage and low level interactions with other materials are the reasons of choosing these substrates. Results show that on gold substrate, the maximum manipulation force occurs and damage possibility is high. Also on graphene substrate manipulation force and deformation of particle are more than the silicon substrate.
    Keywords: Nanomanipulation, bioparticle, AFM, RMSD, manipulation force
  • محرم حبیب نژاد کورایم، هدیه بادکوبه هزاوه، معین طاهری
    در این مقاله زبری سطح سلول سرطانی HT29 با استفاده از تحلیل تصاویر توپوگرافی به دست آمده توسط میکروسکوپ نیروی اتمی تعیین شده است. بر مبنای نتایج آنالیز زبری انجام شده و معادلات تئوری زبری رابینوویچ، شعاع متوسط برجستگی های سطح نمونه و سطح مبنا تعیین شده است. این مقادیر در روابط مدل دینامیک منیپولشن ذرات زبر وارد شده و مقادیر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن سلول ها شبیه سازی شده است. برمبنای نتایج، مد غلتشی مد غالب در شروع به حرکت سلول است و تحلیل برمبنای مدل رابینوویچ نسبت به مدل رامپ مقادیر نیرو و زمان بحرانی کمتری را پیش بینی می کند.
    کلید واژگان: زبری سطح, سلول سرطانی HT29, میکروسکوپ نیروی اتمی, نانومنیپولیشن
    Moharam Habibnejad Korayem, Hedieh Badkoobehhezaveh, Moein Taheri
    In this paper, surface roughness of HT29 cancerous is determined using topography images obtained by Atimic Force Microscopy (AFM). The mean radiuses of cell and substrate surface asperities are determined, based on results of conducted roughness analysis and Rabinovich roughness theory. These values have been applied in the equations of rough particle nanomanipulation dynamic model and the amounts of critical force and time are simulated. Based on results, the rolling mode is the dominant dynamic mode at the onset of cells movement and the analysis based on rabinovich model predict lower amounts of critical force and time compared to Rumpf model based analysis.
    Keywords: Surface roughness, HT29 cancerous cell, Atomic Force Microscopy, Nanomanipulation
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، امین حبیب نژاد کورایم، معین طاهری، سعید رفیعی نکو
    امروزه جابه جایی میکرو/نانوذرات مورد توجه بسیار جهت ساخت ابزارهای مختلف در مقیاس میکرو/نانو و کاربرد در علوم پزشکی و زیستی است. پروب میکروسکوپ نیروی اتمی بسیار رایج برای جابه جایی دقیق در مقیاس ابعاد کوچک است. در حین نانومنیپولیشن، میکرو/نانوذرات می توانند به نقطه ی مطلوب نهایی با دقت بسیار بالایی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در مود تماسی با کنترل دقیق پروب آن جابه جا شوند. در این مقاله با انتخاب مناسب ورودی گشتاور اعمالی به راس پروب، به کنترل انحراف از مرکز پروب و مشاهده ی میزان جابه جایی پروب از راستای قائمش پرداخته شده است، تا در هنگام جابه جایی، میکرو/نانوذره همواره با پروب در تماس باشد. محیط های مایع مختلف (آب، الکل و پلاسما) با میکرو/نانوذرات مختلف اعم از زیستی و غیرزیستی جهت این مطالعه به کار گرفته شده است. علاوه بر این، با استفاده از کنترل مود لغزشی، پروب میکروسکوپ نیروی اتمی در محیط های آب، الکل و پلاسما استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که زمان لازم برای کنترل میکرو/نانوذرات مختلف در محیط پلاسما کمتر از محیط آب است؛ همچنین زمان مورد نیاز در محیط آب کمتر از محیط الکل می باشد.
    کلید واژگان: کنترل مود لغزشی, نانومنیپولیشن, میکروسکوپ نیروی اتمی, محیط های مختلف
    Moharam Habibnejad Korayem*, Amin Habibnejad Korayem, Moein Taheri, Saeed Rafee Nekoo
    Nowadays, movement of micro/nano particles has been attracted considerable attention to manufacturing different devices in micro/nano scale and medical and biological applications. Atomic Force Microscope Probe is widely being used for precise small scale movements. During nano-manipulation, micro/nano particles can be moved to a desired destination with high accuracy using Atomic Force Microscope while in contact mode with precise probe control. In this article, by selecting a proper amount of torque applied to the probe tip, deviation from the center and movement of probe have been investigated to assure the contact between the probe and micro/nano particle. Different liquid environments (water, alcohol, and plasma) with different micro/nano particles including biological and non-biological have been used for this investigation. In addition, using sliding mode control, Atomic Force Microscope Probe was used in different environments such as water, alcohol, and plasma. Obtained results showed that the time needed to control different micro/nano particles in plasma was shorter than that of in water; also the time needed in water was shorter than that of in alcohol.
    Keywords: Sliding mode control, Nanomanipulation, Atomic Force Microscope, Different Environments
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، حسن اصلانی پایان، احمد همایونی، روزبه نوحی حفظ آباد
    در این مقاله به مدل سازی و شبیه سازی فرآیند منیپولیشن نانوذرات کربنی پرداخته شده است. از آن جایی که در منیپولیشن نانوذرات، هندسه نقش مهمی در رفتار دینامیکی بازی می کند؛ بررسی اشکال هندسی مختلف نانوذرات در این فرآیند حائز اهمیت است. به منظور بررسی تاثیرات هندسی، منیپولیشن چهار آلوتروپ کربنی با جرم برابر انجام شد و تاثیر قطر نانولوله های کربنی با طول های یکسان در این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور از روش دینامیک مولکولی که متناسب با ابعاد سیستم مورد مطالعه است استفاده شد تا درک صحیحی از فرآیند منیپولیشن و دینامیک آن ارائه دهد. در مطالعه ی منیپولیشن آلوتروپ های کربنی با جرم یکسان مشخص شد که هرچه آلوتروپ از حالت کروی شکل خارج شود، روند منیپولیشن تسهیل می گردد و نیروی وارد بر سوزن کاهش خواهد یافت. می توان علت این امر را در انحنای سطح تماس سوزن و نانوذره جستجو نمود. در فرآیند منیپولیشن نانولوله با قطرهای مختلف، افزایش قطر نانولوله سبب تغییر در نیروی وارد شده بر سوزن و افزایش مقدار آن می گردد. مقدار عمق نفوذ در طی فرآیند منیپولیشن برای هر نانولوله استخراج شد، نتایج نشان داد که با افزایش قطر نانولوله، مقدار عمق نفوذ افزایش می یابد. ازآنجایی که آلوتروپ های کربنی به عنوان حامل های داروئی کاربرد دارند، نتایج این مطالعه در بهبود فرآیندهای عملی و کاهش هزینه های آزمایشگاهی قابل استفاده است.
    کلید واژگان: منیپولیشن, نانورباتیک, دینامیک مولکولی, آلوتروپ های کربنی, اثرات هندسی
    Moharam Habibnejad Korayem*, Hasan Aslani Payan, Ahmad Homayooni, Rouzbeh Nouhi Hefzabad
    In this paper, the modeling and simulation of manipulation of carbon nanoparticles have been investigated. The geometry plays a significant role in the dynamic behavior of nanoparticles manipulation and the evaluation of different geometric shapes of nanoparticles in this process is very important. To examine the geometry effects, the manipulation of a different kind of the nano-carbon allotropes has been studied. Furthermore, the manipulation of carbon nanotubes with different diameter has been simulated. For this purpose, the molecular dynamics method has been used to improve our knowledge and understanding about the nanomanipulation processes and dynamics. In the manipulation of carbon allotropes, the results indicated that more spherical allotrope Modes away, the easier manipulation process occurred and the forces on the probe have been reduced; this is due to the curvature of tip and nanoparticle. The results of nanotubes manipulation showed that increasing the diameter of the nanotube causes to increase the force on the probe. The indentation depth was extracted for each nanotube during the manipulation process. The results indicated that the indentation depth increases versus diameter increasing. According to the application of carbon-based structures and nanotubes as the drug carriers in medicine, such this simulation studies can reduce time and cost of experimental projects in this field.
    Keywords: manipulation, Nanorobotics, Molecular Dynamics, Allotropes of carbon, Geometry effects
  • محرم حبیب نژاد کورایم *، سعید رفیعی نکو، نعیم یوسفی لادمخی
    در طراحی کنترل، اطلاعات کامل بازخورد اغلب ضروری است. در بازوهای مکانیکی با مفاصل انعطاف پذیر، اندازه گیری تغییرات زوایای بازوها میسر است ولی اندازه گیری تغییرات عملگرها به سادگی قابل اندازه گیری نیست. از طرفی اندازه گیری متغیرهای حالت همواره دارای نویز سیگنالی است و فضای کاری بازوهای مکانیکی مخلوطی از اغتشاشات هست. بنابراین وجود یک رویت گر و تخمین گر غیرخطی مطلوب، جهت بهبود عملکرد سیستم دینامیکی موردنظر، امری ضروری است. روش معادله ریکاتی وابسته به حالت یکی از بهترین روش های کنترل بهینه غیرخطی می باشد. سیستماتیک بودن این روش، فرمول بندی و انجام محاسبات را ساده کرده و کنترل طیف وسیعی از سیستم های دینامیک غیرخطی )به شرط پایدار پذیر بودن( را در بر می گیرد که از مزایای این روش محسوب می شود. در اکثر روش های کنترل غیرخطی از تکنیک های خطی سازی مدل استفاده می شود اما در این روش فضای حالت مستقیم به صورت غیرخطی مورد استفاده قرار می گیرد که یکی از علل دقت و انعطاف پذیری در طراحی نسبت به سایر روش ها می باشد. هدف این مقاله، طراحی کنترل کننده و تخمین گر مبتنی بر روش معادله ریکاتی وابسته به حالت است که باوجود اغتشاشات، نویز سیستم های اندازه گیری و محدودیت های سیستم (عملگر و حس گرها)، تا حد امکان متغیرهای خروجی سیستم به مقدار طراحی (مطلوب) نزدیک شده و رفتار سیستم به رفتار حقیقی ربات نزدیک تر می شود. در این پژوهش ابتدا فرمولاسیون کنترل کننده و رویت گر بیان گردیده است، سپس این روند برای بازوی سه درجه آزادی با مفاصل انعطاف پذیرطراحی و شبیه سازی شده است. در ادامه فرایند طراحی به صورت تجربی برای ربات آزمایشگاهی اسکات پیاده سازی شده و نتایج صحه گذاری به دست آمده است.
    کلید واژگان: معادله ریکاتی وابسته به حالت, کنترل کننده, رویت گر و تخمین گر, مفاصل انعطاف پذیر_ نویز و اغتشاش
    Moharam Habibnejad Korayem*, Saeed Rafee Nako, Naim Yousefi Lademakhi
    Full feedback data is mostly essential in control design. The measurement of the variation of flexible joint robot (FJR) actuators is not easy as the measurement of the changes of FJR links’ angles. The measurement of the states is also affected by noise, and the disturbance in the workspace of the robot is not ignorable. Hence a state observer or a nonlinear estimator is necessary to improve the performance of the dynamic system. The state-dependent Riccati equation (SDRE) is one of the most promising nonlinear optimal control methods for estimating variables of systems. Systematic procedure, simple structure, and incorporating wide range of systems (under observability condition) are some advantages of SDRE method. The majority of nonlinear techniques linearize the model, but the SDRE directly uses the nonlinear state space; it is one of the reasons for its precision and flexibility in design with respect to other methods. The goal of this work is to merge the SDRE controller and estimator simultaneously to reduce the state error of the system in presence of external disturbance and measurement noise. So, first, the controller and the observer formulation has been stated. Then, the procedure has been applied to design and to simulate a 3 DOF robot arm with flexible joints. Next, the process has been tested experimentally using Scout robot and the simulation results have been verified. Finally, the proposed method of this paper has been compared with the optimal sliding mode.
    Keywords: State, Dependent Riccati equation, Controller, Observer, Estimator, Flexible Joint Manipulator, Noise, Disturbance
  • محرم حبیب نژاد کورایم، سپهر دهقانی قهنویه، مهدی قاسمی، معین طاهری
    در منیپولیشن نانوذرات با میکروسکوپ نیروی اتمی، به منظور مدل سازی دقیق دینامیک منیپولیشن و جلوگیری از آسیب به نانوذره، محاسبه ی دقیق نیروی بحرانی امری ضروری می باشد. برای مدل سازی دینامیکی دقیق و محاسبه ی نیروی وارد بر نانوذره نیز نیاز به مدل سازی سختی در انواع تیرکها، شناخت پارامترهای هندسی حساس موثر بر سختی تیرک ها و پارامترهای حساس موثر بر زمان و نیروی بحرانی می باشد. ازاین رو در این مقاله ابتدا به صورت مجزا به بررسی دو نوع متداول تیرکها یعنی تیرک های وی-شکل و خنجری پرداخته شده است. برای مدل سازی سختی تیرک وی-شکل، این تیرک به دو قسمت تقسیم شده است؛ قسمت اول مثلثی و قسمت دوم شامل دو تیر مورب مستطیلی است. سپس سختی هر قسمت به طور مجزا مدل شده و سختی نهایی محاسبه شده است. برای مدل سازی سختی تیرک خنجری نیز از همین روش استفاده شده و تیرک به دو قسمت مثلثی و مستطیلی تقسیم شده و سختی نهایی به دست آورده شده است. با توجه به این که بررسی پارامترهای اثرگذار بر سختی تیرک و زمان و نیروی بحرانی منیپولیشن در منیپولیشن ذرات زیستی اهمیت بالایی دارد، لذا با استفاده از روش آنالیز حساسیت ای-فست به انتخاب مناسب نوع تیرک و پارامترهای آن پرداخته شده است. در انتها در این مقاله نشان داده شده است که تیرک خنجری برای جابه جایی ذرات بیولوژیکی مناسب تر است.
    کلید واژگان: تیرک, منیپولیشن, نیرو و زمان بحرانی, ای, فست
    Moharam Habibnejad Korayem, Sepehr Dehghani Ghahnaviyeh, Mehdi Ghasemi, Moein Taheri
    In nanoparticles manipulation with atomic force microscope for modeling exact manipulation dynamics and prevent of damaging nanoparticles, it is necessary to compute critical force. For modeling dynamics and computing critical force that apply to nanoparticles it is necessary to modeling cantilever stiffness and determine sensitive geometrical parameters which are effect cantilever stiffness and critical force. In this paper at first it is investigated on two common different kinds of cantilevers which are V-shaped and dagger cantilevers. For modeling V-shaped cantilever stiffness this cantilever is divided into two parts a triangular head section and two slanted rectangular beams. After that the stiffness of each part is modeled separately and the total stiffness is computed. For modeling dagger cantilever stiffness it is used the same method and cantilever is divided into two parts a triangular head section and a rectangular beam and then the total stiffness is computed. Cantilevers stiffness and critical force in manipulation of biological particles and non-biological particles are very important because of that it is used EFAST sensitivity analyses for selecting suitable cantilever and its parameters. In this paper it has been shown that the dagger-shaped cantilever is more suitable for the manipulation of biological particles.
    Keywords: Cantilever, Manipulation, Critical force, time, EFAST
  • امین حبیب نژاد کورایم، معین طاهری، محرم حبیب نژاد کورایم
    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 ی 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 ی 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 ی 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.
    کلید واژگان: تیرک, منیوپولیشن, نیرو و زمان بحرانی, میکروسکوپ نیروی اتمی, نانو ذرات
    Amin Habibnejad Korayem, Moein Taheri, Moharam Habibnejad Korayem
    Nowadays one of the arguments that have been raised in the world of nanotechnologies is moving or manipulation nanoparticles. This discussion is important because the displacement of nanoparticles can make structurally different than what is currently available. So to achieve this goal, the atomic force microscope probe is used as manipulator. In this way, the use of nanoparticles by pulling or pushing on the surface, are displaced and brought to the desired point. If you apply too much force is needed, Nanoparticle Continued movement (sliding or rolling) after standing atomic force microscopy probes and away from the desired final. On the other hand, if the force is low, so that it can’t overcome the static friction force, Nanoparticles will be no movement. So finding the optimal force is important in nanomanipulation. In this paper, with using nanoparticle dynamic simulation, the governing equations on nanoparticle are derived and simulated during manipulation happen that they can be used to obtain the critical force and time for gold, yeast and platelets nanoparticles, in gaseous, water, alcohol, and plasma environments. By comparing the results obtained in this paper, it is concluded that the movement of particles in different biological environments starts later and by a force of higher magnitude relative to the gaseous medium.
    Keywords: Cantilever, Manipulation, Critical force, time, Atomic force microscope, Nanoparticles
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی، نسیبه کرمی، سعید رفیعی نکو
    این مقاله تحقیق در مورد فرمول کلی و راه حل عددی مساله ظرفیت حمل بار دینامیکی بازوی مکانیکی با عضوهای انعطاف را بیان می کند. روش ارائه شده بر اساس مساله کنترل بهینه حلقه باز است. این روش از اصل مینیمم پونتریاگین منتج می شود که یک مساله مقدار مرزی دو نقطه ای را به وجود می آورد. روش غیر مستقیم برای استخراج شرایط بهینگی استفاده شده است. معادلات دینامیکی حرکت سیستم از فرمولاسیون گیبس-اپل و روش مودهای فرضی بدست آمده است. خصوصیات انعطاف پذیری عضو ها بر اساس فرض تئوری تیر تیموشنکو و شکل مودهای مرتبط با آن مدل شده است. از آنجایی که مدل تیر تیموشنکو از دقت بالاتری نسبت به روش اویلر-برنولی برخوردار است، برای مدل سازی انعطاف پذیری در لینک ها مورد استفاده قرار گرفته است. هدف اصلی این پژوهش محاسبه حداکثر بار مجاز یک بازوی مکانیکی با عضوهای انعطاف پذیراست، بطوری که یک مسیر بهینه ایجاد شود. در نهایت مقایسه نتایج شبیه سازی از مدل ارائه شده و نتایج بدست آمده از بستر آزمایشگاهی برای یک بازوی دو درجه آزادی انعطاف پذیر به منظور بررسی روش ارائه شده انجام شده است. کارایی روش پیشنهادی با انجام برخی مطالعات شبیه سازی بر روی بازوی انعطاف پذیردانشگاه علم و صنعت نشان داده شده است. مقایسه داده های استخراجی شبیه سازی و تجربی، اعتبار ادعای قابلیت کنترل در مسیر نقطه به نقطه با روش ارائه شده و قابلیت آن را برای محاسبه ظرفیت حمل بار دینامیکی تایید می کند.
    کلید واژگان: ظرفیت حمل بار دینامیکی, لینک انعطاف پذیر_ فرمولاسیون گیبس, اپل, کنترل بهینه, اصل مینیمم پونتریاگین
    Moharam Habibnejad Korayem, Ali Moahmmad Shafei, Nasibeh Karami, Saeed Rafee Nekoo
    This paper presents the investigation of general formulation and numerical solution of the dynamic load carrying capacity (DLCC) of flexible link manipulator. The proposed method is based on open loop optimal control problem. A two point boundary value problem (TPBVP) is provided, extracted from the Pontryagin's minimum principle. The indirect approach is employed to derive optimality conditions. The system’s dynamics equation of motion is obtained from Gibbs-Appell (G-A) formulation and assumed mode method (AMM). Elastic properties of the links are modeled according to the assumption of Timoshenko beam theory (TBT) and its associated mode shapes. As TBT is more accurate compared with the Euler-Bernoulli beam theory, it is exploited for mathematical modeling of flexible links. The main contribution of the paper is to calculate the maximum allowable load of a flexible link robot while an optimal trajectory is provided. Finally, the result of the simulation and experimental platform are compared for a two-link flexible arm to verify the introduced technique. The efficiency of the proposed method is illustrated by performing some simulation studies on the IUST flexible link manipulator. Simulation and experimental results confirm the validity of the claimed capability for controlling point-to-point motion of the proposed method and its application toward DLCC calculation.
    Keywords: Dynamic Load Carrying Capacity (DLCC), Flexible link, Gibbs, Appell formulation, Optimal control, Pontryagin's Minimum Principle
  • محرم حبیب نژاد کورایم، حسام خاکسار، روزبه نوحی حفظ آباد، معین طاهری
    در این مقاله به توسعه و مدلسازی تئوری های تماسیالاستیک – پلاستیک جهت نانوباکتری های نرم کروی شکل به منظور کاربرد در منیپولیشن میکرو/نانوذرات زیستی مختلف بر پایه ی میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده است. ابتدا شبیه سازی تماس الاستیک برای سه دسته نانوباکتری اپیدرمیدیس، سالی ویروس و آئروس با استفاده از مدل تماسی هرتز و المان محدود پرداخته شد. مقایسه نتایج شبیه سازی تماس الاستیک با نتایج آزمایشگاهی موجود نشان داد که در نظر گرفتن حالت الاستیک برای شبیه سازی تماس نانوذرات زیستی مناسب نیست و نتایج نادرستی را در اختیار قرار می دهد. از این رو در این مطالعه به توسعه و شبیه سازی تئوری تماسی الاستیک – پلاستیک چانگ جهت کاربرد در شبیه سازی مکانیک تماس به منظور کاربرد در شبیه سازی منیپولیشن پرداخته شد. مقایسه شبیه سازی تئوری تماسی چانگ با نتایج آزمایشگاهی موجود و نتایج حاصل از شبیه سازی تماسی چن و همکارانش نشان داد که تئوری الاستیک – پلاستیک کامل چانگ نتایج مطلوبی را در اختیار قرار می دهد. مقایسه نمودار شعاع تماس بر حسب عمق نفوذ در دو تئوری هرتز و چانگ نشان داد که میزان شعاع تماسی ایجاد شده در حالت الاستیک – پلاستیک از میزان شعاع تماسی ایجاد شده در حالت الاستیک بیشتر می باشد.
    کلید واژگان: منیپولیشن, تئوریهای مکانیک تماسیالاستیک - پلاستیک, نانوباکتری های نرم, میکروسکوپ نیروی اتمی, تئوری الاستیک - پلاستیک چانگ
    Moharam Habibnejad Korayem, Hesam Khaksar, Rouzbeh Nouhihefz Abad, Moein Taheri
    In this paper we developed and modeled elastic - plastic contact theories for soft spherical nano - bacteria to be applied in manipulation of various micro/nanobio particles based on atomic force microscopy. First, we simulated elastic contact for three types of nano - bacteria: S. epidermidis, S. salivarius and S. aureus, using Hertz contact model and finite element. Comparing simulation results of elastic contact with experimental data showed that considering elastic contact for simulating the contact of nano - bio particles is not appropriate and will yield incorrect results. Therefore, in this research, we tried to develop and simulate Chang elastic - plastic contact theory to be applied in simulation of contact mechanics for application in simulating manipulation. Comparing simulation of Chang contact theory with available experimental data and the results from contact simulation of Chen et al showed that Chang’s complete elastic - plastic theory yields desirable results. Comparing the diagram of contact radius in terms of indentation in Hertz and Chang theories showed that the created contact radius in elastic - plastic state is larger than contact radius in elastic state.
    Keywords: Manipulation, Elastic, plastic contact theories, Soft nanobacteria, Atomic force microscopy, Chang elastic, plastic contact theory
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی، مهسا دوست حسینی، بهزاد کدخدایی
    در این مقاله، تحقیقی بر روی ارتقاء مدل سازی بازو های رباتیکی Nلینکی ویسکوالاستیک انجام شده است. مدل دینامیکی سیستم با استفاده از فرمولاسیون گیبس- اپل و روش مود های فرضی استخراج شده است. زمانی که طول رابط در جهت طول آن کوتاه باشد، تغییر فرم برشی عاملی است که می تواند تاثیر مهمی بر روی دینامیک سیستم بگذارد. بنابراین در مدل سازی، فرض تئوری تیر تیموشنکو و مود های مرتبط با آن لحاظ شده است. اگر چه در نظر گرفتن تاثیر میرایی در سیستم های ممتد، فرمولاسیون مربوط به معادلات حرکت را پیچیده تر می کند، دو مکانیزم مهم میرایی، یعنی میرایی کلوین-ویت به عنوان میرایی داخلی و اثر ویسکوز هوا به عنوان عامل مستهلک کننده خارجی در معادلات لحاظ شده است. در نهایت، برای تایید مدل پیشنهادی، ارزیابی مقایسه ای بین نتایج بدست آمده از آزمایش عملی و شبیه سازی در حوزه زمان انجام شده است.
    کلید واژگان: تیموشنکو, کلوین, ویت, میرایی هوا, گیبس, اپل, دستگاه آزمایش
    Moharam Habibnejad Korayem, Ali Mohammad Shafei, Mahsa Doosthoseini, Behzad Kadkhodaei
    This paper presents a research into the progress of modeling of N-viscoelastic robotic manipulators. The governing equations of the system is obtained by using Gibbs-Appell (G-A) formulation and Assumed Mode Method (AMM). When the beam is short in length direction، shear deformation is a factor that may have substantial effects on the dynamics of the system. So، in modeling the assumption of Timoshenko Beam Theory (TBT) and its associated mode shapes has been considered. Although considering the effects of damping in continuous systems makes the formulations more complex، two important damping mechanisms، namely، Kelvin-Voigt damping as internal damping and the viscous air damping as external damping have been considered. Finally، to validate the proposed formulation a comparative assessment between the results achieved from experiment and simulation is presented in time domain.
    Keywords: Timoshenko, Kelvin, Voigt, Air Damping, Gibbs, Appell, Experimental Setup
  • مجتبی ابوالحسنی، وحید عظیمی راد، محرم حبیب نژاد کورایم
    در این مقاله مسیر بهینه ربات غیرهولونومیک car-like بازودار برای حالتی که شرایط مرزی ابتدا و انتها ثابت نبوده ولی از معادله خاصی تبعیت می کند، به دست آمده است. این شرایط مرزی، مجموعه نقاطی است که برتری نسبت به همدیگر ندارند و به نام مرز متحرک خوانده می شوند. همکاری ربات با نوار نقاله در سلول رباتیک در خط تولید نمونه ایی از کاربرد این موضوع است. به عنوان مثال برای قراردادن قطعه کار در محل مناسب در خطوط تولید با برنامه ریزی دقیق و تعیین بهترین مسیر می توان کاهش زمان، هزینه، انرژی و غیره را تضمین کرد. بدین منظور معادلات دینامیک و سینماتیک ربات استخراج گردیده و با استفاده از روش کنترل بهینه و اصل مینیمم پونتریاگن شرایط بهینگی به صورت دستگاه معادلات دیفرانسیل استخراج می گردد و به همراه شرایط مرزی یک مساله مقدار مرزی ایجاد می کند. فرمول بندی مرز متحرک برای ربات car-like به کمک کنترل بهینه، معادلاتی شامل حالت ها و شبه حالت ها است که جایگزین شرایط مرزی مساله در حالت مرز ثابت می گردد. در نتیجه با حل آن مسیر بهینه با مرز متحرک برای کمینه شدن تابعی هزینه که شامل سرعت ها و گشتاور ها است به دست می آید. در پایان، نتایج شبیه سازی برای ربات car-like با بازوی دولینکی و شرط مرزی متحرک آورده شده است که صحت روش و قابلیت کاربرد آن را نشان می دهد.
    کلید واژگان: طراحی مسیر, مرز متحرک, ربات متحرک, کنترل بهینه
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی
    در این مقاله، مدلسازی ریاضی و پاسخ دینامیکی منیپولاتور موبایل غیرهولونومیک که از یک زنجیره بازوی رباتیکی با مفاصل دورانی-کشویی و یک پایه متحرک با چرخ های تحریک مستقل تشکیل شده است؛ مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور اجتناب از محاسبه ضرایب لاگرانژ مرتبط با قیود غیرهولونومیک از روش گیبس-اپل به فرم بازگشتی آن استفاده شده است. به منظور مدلسازی دقیق این سیستم رباتیکی تاثیر متقابل حرکت همزمان دورانی و رفت وبرگشتی بازوهای صلب و 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 پایان یک منیپولاتور که دارای دو مفصل دورانی-کشویی بوده و بر روی یک پایه متحرک نصب گردیده است؛ مورد تحلیل قرار می گردد.
    در این مقاله، مدلسازی ریاضی و پاسخ دینامیکی منیپولاتور موبایل غیرهولونومیک که از یک زنجیره بازوی رباتیکی با مفاصل دورانی-کشویی و یک پایه متحرک با چرخ های تحریک مستقل تشکیل شده است؛ مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور اجتناب از محاسبه ضرایب لاگرانژ مرتبط با قیود غیرهولونومیک از روش گیبس-اپل به فرم بازگشتی آن استفاده شده است. به منظور مدلسازی دقیق این سیستم رباتیکی تاثیر متقابل حرکت همزمان دورانی و رفت وبرگشتی بازوهای صلب و 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 پایان یک منیپولاتور که دارای دو مفصل دورانی-کشویی بوده و بر روی یک پایه متحرک نصب گردیده است؛ مورد تحلیل قرار می گردد.
    کلید واژگان: منیپولاتور متحرک, رفت و برگشتی, غیرهولونومیک, بازگشتی, گیبس, اپل
    In this study, mathematical modeling and dynamic response of nonholonomic wheeled mobile robotic manipulator that consists of a serial manipulator with both Revolute-Prismatic (R-P) joints and an autonomous wheeled mobile platform is considered. To avoid the Lagrange multipliers associated with the nonholonomic constraints the approach of Gibbs-Appell formulation in recursive form is adopted. For modeling the system completely and precisely the coupling effects due to the simultaneous rotating and sliding motion of the rigid arms as well as both nonholonomic constraints associated with the no-slipping and the no-skidding conditions are included. Finally, the analysis of a mobile manipulator with two (R-P) joints is considered.In this study, mathematical modeling and dynamic response of nonholonomic wheeled mobile robotic manipulator that consists of a serial manipulator with both Revolute-Prismatic (R-P) joints and an autonomous wheeled mobile platform is considered. To avoid the Lagrange multipliers associated with the nonholonomic constraints the approach of Gibbs-Appell formulation in recursive form is adopted. For modeling the system completely and precisely the coupling effects due to the simultaneous rotating and sliding motion of the rigid arms as well as both nonholonomic constraints associated with the no-slipping and the no-skidding conditions are included. Finally, the analysis of a mobile manipulator with two (R-P) joints is considered.
    Keywords: Mobile manipulator, Revolute, Prismatic, Nonholonomic, Recursive, Gibbs, Appell
  • محرم حبیب نژاد کورایم، رضا قادری، محمد حق پناهی

    میکروتیرک های پیزوالکتریک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، تیرهایی هستند که با قرارگیری لایه پیزوالکتریک بر روی آن ها می توانند به عنوان یک خودمحرک مورد استفاده قرار بگیرند. هدف این نوشتار بررسی رفتار حرکت ارتعاشی این نوع از میکروتیرک ها در محیط مایع است. مدل سازی حرکت ارتعاشی تیر به کمک دو مدل تیر غیریکنواخت بر پایه ی نظریه ی اویلر برنولی، و مدل جرم متمرکز پیشنهادی شامل سه کره که هریک معادل یکی از قسمت های میکروتیرک غیر یکنواخت اند، انجام شده است. علاوه بر این تاثیر خواص مکانیکی مهم سیال، فاصله ی میکروتیرک تا سطح نمونه، زاویه ی قرارگیری میکروتیرک نسبت به سطح نمونه، و همچنین تاثیر شعاع پراب نیز مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصله نشان گر وابستگی حرکت ارتعاشی به نیروهای هیدرودینامیکی، فشردگی و همچنین برهمکنش بین نوک پراب و سطح نمونه (در فواصل در حد نانومتر) است.

    کلید واژگان: میکروتیرک پیزوالکتریک, A F M, محیط مایع, نیروی هیدرودینامیکی
    M. H. Korayem, R. Ghaderi, M. Haghpanahi

    Piezoelectric microbeams are special types of beams applicable to the atomic force microscope (AFM). Having piezoelectric layers, they are capable of selfactuating using the voltage imposed on the piezoelectric layer. The present paper discusses the vibrating behavior of piezoelectric microbeams, with respect to the hydrodynamic forces imposed by a fluid. To do so, considering Hamiltons principle and assumptions of the Euler-Bernoulli theory, the dynamic modeling of a microbeam was carried out and the differential equation of vibrating motion was extracted. As it is very difficult to determine the exact amount of hydrodynamic force imposed on a beam, the hydrodynamic forces were approximated using string sphere modeling. The results obtained from dynamic modeling were compared with experimental ones. The results show that sphere string modeling can favorably model natural frequency and the resonance amplitude of piezoelectric microbeams in a liquid environment. The results show that the vibrating motion (natural frequency and resonance amplitude) of a microbeam in liquid is under the influence of fluid density, due to the damping of liquid and additional mass; it is also seen in the higher vibrating modes. By approaching the microbeam to the sample surface and intensifying squeeze force, the results show further amplitude decrease. The amplitude reduction at higher densities and low angles of the microbeam to the horizon is due to the intensification of compression force. When the interaction force between the probe tip and sample surface is intensified, and when there is a very short distance between the probe tip and sample surface (as small as a nanometer), amplitude is affected. According to the DMT model, there is a direct relationship between the interaction force between the tip and sample surface and the radius of the probe tip. Therefore, the more the radius of the probe tip, the more the interaction force will be. The increase of this force will be followed by a decrease in vibrational motion amplitude.

    Keywords: piezoelectric microcantilever, AFM, liquid environment, hydrodynamic force
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی، سیاوش فتح اللهی دهکردی
    هدف اصلی این مقاله ارائه مدلی ریاضی برای معادلات دینامیک معکوس ربات با بازوهای الاستیک و مفاصل دورانی–کشویی می باشد. با توجه به عدم وجود محدودیت در تعداد بازوهای مکانیکی، مدل پیشنهادی می بایست بر اساس الگوریتمی سیستماتیک و خودکار استخراج گردد. همچنین با توجه به حجم بالای محاسبات، معادلات بایستی به فرم بازگشتی ارائه گردند. لذا در این مقاله یک روش سیستماتیک و بازگشت پذیر برای استخراج معادلات حرکت ربات با n لینک الاستیک که دارای مفاصل دورانی-کشویی می باشند، ارائه گردیده است. معادلات دینامیک معکوس برای این سیستم رباتیکی بر اساس فرمولاسیون گیبس-اپل استخراج شده است. تمام عبارات دینامیکی هر بازو در سیستم مختصات مرجع محلی همان بازو بیان شده است. در پایان به منظور نشان دادن توانایی این الگوریتم در استخراج و حل معادلات اینگونه از سیستم های رباتیکی، یک ربات تک لینکی که دارای یک مفصل دورانی–کشویی می باشد، با این فرمولاسیون مورد تحلیل دینامیکی قرار گرفته است.
    کلید واژگان: گیبس, اپل, بازگشتی, دورانی, کشویی, الاستیک
    Moharam Habibnejad Korayem, Ali Mohammad Shafei, Siavash Fathollahi Dehkordi
    The main goal of this paper is to present a mathematical model for inverse dynamic equation of elastic robotic manipulator with revolute-prismatic joints. Due to the fact that there is no limitation on the number of mechanical arms، the proposed model must be extracted based on a systematic and automotive algorithm. Also according to the high computational complexity، the equations should be formed by a recursive formulation. Hence، a recursive and systematic methodology for deriving the equation of motion of elastic robotic arm with revolute-prismatic joints is presented. The inverse dynamic equations for this robotic system are obtained based on Gibbs-Applle formulation. All dynamic expressions of a link are expressed in the same link local coordinate system. Finally، in order to show the ability of this formulation in deriving and solving the equation of motion of such systems، a computational simulation for a flexible single robotic arm with revolute-prismatic joint is presented.
    Keywords: Gibbs, Applle, Recursive, Revolute, Prismatic, Elastic
  • محرم حبیب نژاد کورایم، علی محمد شافعی
    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 مدلسازی 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 گردد.
    کلید واژگان: منیپولاتور متحرک, غیرهولونومیک, بازگشتی, گیبس, اپل
    Moharam Habibnejad Korayem, Ali Mohammad Shafei
    The main purpose of this paper is to derive the inverse dynamic equation of motion of n-rigid robotic manipulator that mounted on a mobile platform, systematically. To avoid the Lagrange multipliers associated with the nonholonomic constraints the approach of Gibbs-Appell formulation in recursive form is adopted. For modeling the system completely and precisely the dynamic interactions between the manipulator and the mobile platform as well as both nonholonomic constraints associated with the no-slipping and the no-skidding conditions are also included. In order to reduce the computational complexity, all the mathematical operations are done by only 3×3 and 3×1 matrices. Also, all dynamic characteristics of a link are expressed in the same link local coordinate system. Finally, a computational simulation for a manipulator with five revolute joints that mounted on a mobile platform is presented to show the ability of this algorithm in generating the equation of motion of mobile robotic manipulators with high degree of freedom.
    Keywords: Mobile manipulator, Nonholonomic, Recursive, Gibbs, Appell
  • محرم حبیب نژاد کورایم، مصطفی ناظمی زاده، حامد رحیمی نهوجی
    ربات های انعطاف پذیر به دلیل وزن کم و قابلیت مانور پذیری بالا، کاربردهای فراوانی در صنایع فضایی دارند. در حقیقت نسبت بالای ظرفیت حمل بار به وزن اینگونه ربات ها موجب برتری آنها نسبت به نوع صلبشان گردیده است. همچنین مصرف انرژی کمتر، داشتن عملگرهای کوچکتر و همچنین سرعت عملکرد بالاتر این ربات ها را به عنوان انتخابی مناسب در کاربردهای فضایی معرفی کرده است. در این مقاله به مدل سازی دینامیکی ربات انعطاف پذیر با استفاده از روش المان محدود (finite element method) و طراحی مسیر حرکت نقطه به نقطه آن به روش کنترل بهینه پرداخته می شود. به منظور مدل سازی دینامیکی منیپولاتور(Manipulator) انعطاف پذیر، هر لینک آن به تعداد کافی المان تقسیم گردیده، و بردار جابجایی هر المان ربات به صورت مجموع یک حرکت صلب گونه، و یک جابجایی ناشی از انعطاف پذیری آن در نظر گرفته می شود. سپس با استفاده از اصل لاگرانژ معادلات دینامیکی ربات انعطاف پذیراستخراج شده، وتحلیل رفتار دینامیکی آن تحت اثر افزایش تعداد المان های لینک ربات مورد مطالعه قرارمی گیرد. همچنین به منظور طراحی مسیر بهینه نقطه به نقطه منیپولاتور الاستیک، معادلات دینامیکی به عنوان قیود غیرخطی مسئله کنترل بهینه در نظر گرفته شده، و با تعریف تابعی هزینه مناسب شامل ترم های گشتاور و سرعت، فرمولاسیون مسئله انجام می شود. سپس با استفاده از روش حساب تغییرات، معادلات بهینگی ربات انعطاف پذیر به صورت یک مجموعه معادلات دیفرانسیل غیرخطی استخراج می گردد، که به کمک روش های عددی قابل حل است. مزیت استفاده از روش کنترل بهینه در طراحی مسیر بهینه ربات انعطاف پذیر، و همچنین کاهش حجم معادلات دینامیکی غیر خطی ربات، مورد توجه بیشتری قرار گرفته، و شبیه سازی انجام شده برای یک ربات تک لینکی الاستیک نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی است.
    کلید واژگان: ربات انعطاف پذیر_ مدل سازی دینامیکی, روش المان محدود, کنترل مسیر, حرکت نقطه به نقطه, کنترل بهینه
    M.H. Korayem, M. Nazemizadeh, H.N. Rahimi
    Flexible manipulators have plentiful applications in Aero-Space fields, due to their less weight and maneuverability. In fact, the ratio of their load carrying capacity to their weight, make them more excellent over their rigid ones. Moreover, these manipulators are known as good candidates in Aero-Space applications because of their less energy consumption, and smaller actuators. In this paper, the dynamic modeling of the flexible manipulators are performed using Finite Element Method (FEM), and optimal control of point-to-point motion of robot is done via optimal control method. To dynamic modeling of flexible manipulator, each link of the robot is divided into sufficient elements, and total displacement of the element is presumed as summation of a rigid displacement and a displacement because of flexibility. By means of Lagrange’s principle, dynamic equations of the flexible robot are derived, and the effect of number of the on dynamic motion of the robot is considered. Also, for the optimal point-to-point motion planning of the elastic manipulator, the nonlinear dynamic equations of the robot is assumed as constraints of optimal control problem, and a proper cost function is defined including torque and speed terms. Then, variation of calculus and Pontryagin’s minimum principle are employed and optimality conditions are resulted in a set of nonlinear differential equations, which is solved numerically. The priority of the optimal control method on the optimal motion planning of the flexible manipulator is discussed, and simulations for a single-link elastic robot illustrate the applicability of the method
    Keywords: flexible manipulator, dynamic modeling, finite element method, motion control, pointto, point motion, optimal control
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال