Loading...

Optimization, Fabrication and Utilization of a New Tendon Actuated Manipulator with Lockable Joints

Shafaei, Mohsen | 2011

1673 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 41995 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Alasty, Aria; Salarieh, Hassan
  7. Abstract:
  8. Serpentine manipulators are a kind of hybrid manipulators that have a large number of joints and degrees of freedom. Due to their high flexibility, they have a great potential to work in constrained environment that filled with obstacles. One of the main problems of this type of manipulators is high weight and controlling difficulties. Many researches have been done to achieve lighter weight and simplify control methods of hyper-redundant manipulator. One way is putting the actuators in the base of the manipulator and transferring the actuator forces by cable. In this way, one cable and one actuator per controllable DOF is needed. Therefore, the weight and cost will increase dramatically with DOF. In addition, the control and simulation will be complicated.In 2008, a novel hyper-redundant manipulator was present that use only three cables and actuators with high power.Using a locking system on each joint one can lock and release each joint by consuming a little amount of energy. Therefore, by releasing or locking the joints in arbitrary sequence and by stretching the cables, the configuration of manipulator will change. In the current thesis, a new conceptual design is proposed to apply this idea. After the troubleshooting of the previous faulty arm, proposing all possible solutions and removing the defects, it has been optimized and reconstructed. In addition, by image processing of manipulator’s tip and calculating the position of the tip of manipulator, the possibility of the close loop control is provided. To set up, control and utilize the manipulator user interface software has been designed
  9. Keywords:
  10. Tendon Actuated Manipulators ; Image Processing ; Hyper-Redundant Manipulators ; Serpentine Hybrid Manipulator ; Lockable Joints

 Digital Object List

 Bookmark

  • 1. فصل اول:مقدمه
    • 1-1. پیشینه مسأله و اهمیت آن
    • 1-2. تعریف پروژه و تبیین اهداف آن
    • 1-3. مروری بر فصول پایان نامه
  • 2. فصل دوم: مروری بر مفاهیم اولیه و تحقیقات پیشین
    • 2-1. بازوهای مکانیکی ماهر
    • 2-2. دسته بندی بازوهای مکانیکی بر اساس ملاحظات طراحی و ساخت
      • 2-2-1. بازوی سری
      • 2-2-2. بازوی موازی
        • 2-2-2-1. بازوی موازی کامل و بازوی موازی غیر کامل
      • 2-2-3. بازوی هیبریدی
    • 2-3. دسته بندی بازوهای مکانیکی بر اساس نوع فضای کاری عملگر
      • 2-3-1. بازوهای با عملگرهای دارای فضای کاری پیوسته
      • 2-3-2. بازوهای با عملگرهای دارای فضای کاری گسسته
    • 2-4. طرح و ایده‌ی جدید مطرح شده
  • 3. فصل سوم: طراحی مفهومی بازو
    • 3-1. مقدمه
    • 3-2. خصوصیات یک مکانیزم قفل ایده آل
    • 3-3. طرح اول: قفل مکانیکی اصطکاکی
    • 3-4. طرح دوم: قفل آهنربایی
    • 3-5. طرح سوم: قفل لینک‌ها با استفاده از ترمزهای الکترومغناطیسی
    • 3-6. طرح چهارم: قفل سیلندر و پیستونی
    • 3-7. طرح پنجم: مکانیزم لولایی و قفل سلونوئید
    • 3-8. طرح ششم: مکانیزم لولایی و قفل با سیال هوشمند
    • 3-9. جمع بندی طرح‌های ارائه شده
  • 4. فصل چهارم: عیب یابی، بهینه سازی و ساخت بازو
    • 4-1. مقدمه
    • 4-2. نشتی روغن و خالی شدن سیستم هیدرولیکی از روغن
      • 4-2-1. نشتی روغن از جک‌های نیوماتیکی
        • 4-2-1-1. جک‌های هیدرولیکی مینیاتوری سبک
        • 4-2-1-2. آزمایش جک نیوماتیکی پرشده با روغن در مقابل بارهای وارده
        • 4-2-1-3. تعمیر جک‌های قبلی و استفاده از جک‌های جدید
      • 4-2-2. نشتی روغن از اتصالات هیدرولیکی پلاستیکی
      • 4-2-3. نشتی روغن از شیرهای سلونوئیدی
    • 4-3. وجود لقی در سیستم هیدرولیکی و کل مکانیزم قفل
      • 4-3-1. وجود حباب‌های هوا در لوله‌های روغن رابط مکانیزم
      • 4-3-2. وجود لقی در مفاصل کروی
    • 4-4. اصطکاک در مکانیزم قفل و قطعات مکانیکی
    • 4-5. استفاده از کابل نامناسب در بازو و اثرات ناشی از آن
      • 4-5-1. خصوصیات یک کابل مناسب برای استفاده در بازو.
      • 4-5-2. نخ‌های کولار
        • 4-5-2-1. انواع مدل‌های نخ کولار و کاربردهای آن‌ها
        • 4-5-2-2. محاسبه‌ی ثابت فنری (K) نخ کولار
      • 4-5-3. نخ‌های هارنیش
    • 4-6. عیوب موجود در طراحی قسمت پایین بازو
    • 4-7. اشکالات موجود در قطعات و مدارات الکترونیکی
      • 4-7-1. طراحی و ساخت یک منبع تغذیه‌ی ویژه برای بازو
    • 4-8. مونتاژ بازو پس از عیب یابی و بهینه سازی
  • 5. فصل پنجم:پردازش تصویر نوک بازو
    • 5-1. مقدمه
    • 5-2. تصویر برداری از نوک بازو با استفاده از دوربین‌های تنظیم شده
    • 5-3. مدل‌های رنگی
      • 5-3-1. مدل رنگ RGB
      • 5-3-2. تبدیل تصویر رنگی به خاکستری جهت پردازش
    • 5-4. پردازش تصویر شبه رنگی
      • 5-4-1. بخش بندی شدت
    • 5-5. پردازش تصاویر دو رنگی
      • 5-5-1. گسترش باینری مورفولوژیکی
      • 5-5-2. سایش باینری مورفولوژیکی
      • 5-5-3. بستن و باز کردن باینری مورفولوژیکی
      • 5-5-4. مکمل کردن تصویر
    • 5-6. فیلتر رنگ و حذف نويز به کمک عملگرهاي مورفوگرافي
    • 5-7. علامت گذاری و استخراج اجزاء به هم پیوسته‌ی تصویر
      • 5-7-1. الگوریتم استخراج اجزا به هم پیوسته
    • 5-8. استخراج مرکز سطح اشیاء
    • 5-9. کالیبره کردن دوربین‌ها و پیدا کردن مشخصات تصویر
    • 5-10. تولید تصویر سه بعدی برای پیدا کردن مختصات نوک بازو
    • 5-11. نتایج و تحلیل تست‌های عملی انجام شده
  • 6. فصل ششم:کنترل بازو و بهره برداری از آن
    • 6-1. مقدمه
    • 6-2. سخت افزار واسط بین بازو و کنترلر
      • 6-2-1. واسطه‌ی ارتباطی سریال
      • 6-2-2. نحوه‌ی ارتباط واسطه‌ی داده‌ی سریال با میکرو کنترلر
    • 6-3. نرم افزار واسط بین بازو و کاربر
      • 6-3-1. کنترل دستی بازو توسط کاربر با استفاده از نرم افزار واسط
      • 6-3-2. کنترل خودکار بازو با استفاده از نرم افزار واسط
    • 6-4. کنترل مدار بسته‌ی طول کابل‌های بازو
    • 6-5. کنترل مدار بسته‌ی نیروی وارده به کابل‌های بازو
      • 6-5-1. کنترل دائم نیروی وارده به کابل‌ها در یک محدوده‌ی مجاز
      • 6-5-2. کنترل نیروی وارده به کابل‌ها در هنگام کنترل دستی بازو
    • 6-6. نتایج و تحلیل تست‌های عملی انجام شده
      • 6-6-1. سناریوی اول حرکتی بازوی سه لینکی
      • 6-6-2. سناریوی دوم حرکتی بازوی سه لینکی
      • 6-6-3. سناریوی حرکت بازوی چهار لینکی
      • 6-6-4. سناریوی حرکت بازوی چهار لینکی به همراه پردازش تصویر نوک آن
  • 7. فصل هفتم: نتیجه گیری و جمع بندی
    • 7-1. نتیجه گیری و جمع بندی
    • 7-2. پیشنهادهایی برای ادامه‌ی کار
...see more