جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش طراحی کاربردی

موضوع:  مدل­سازی و کنترل ربات دوزیست زیرآبی-هوایی

استاد راهنما: دکتر محمد دانش

استادان مشاور: دکتر مرضیه مجدراصیل

استادان داور: دکتر سعید ضیایی راد – دکتر حمیدرضا میردامادی

چکیده

با گسترش کاربرد سامانه­های خودکار در محیط­های دریایی و هوایی، توسعه ربات­های دوزیست زیرآبی-هوایی به دلیل قابلیت انجام مأموریت در دو محیط متفاوت، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. این ربات­ها می­توانند در مأموریت­هایی نظیر پایش محیطی، اکتشافات دریایی، جست­وجو، نجات و بازرسی زیرساخت­ها مورد استفاده قرار گیرند.

     در این پژوهش، یک ربات دوزیست زیرآبی-هوایی 9 درجه آزادی طراحی و مدل­سازی شده است که 3 درجه آزادی آن به تغییر پیکربندی ربات اختصاص یافته است. این قابلیت امکان تطبیق پیکربندی ربات با شرایط عملیاتی در هوا، زیرآب و به ویژه هنگام گذار بین دو محیط را فراهم می­کند و موجب بهبود وضعیت حرکتی، افزایش پایداری و ارتقای قابلیت مانور آن می­شود. با این حال، طراحی و کنترل چنین سامانه­ای به دلیل تفاوت چشمگیر خواص فیزیکی هوا و آب و تغییر ناگهانی نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی و هیدرودینامیکی در فرآیند عبور از مرز دو محیط و ضرورت حفظ پایداری و رهگیری دقیق مسیر، با چالش­های متعددی همراه است. به منظور غلبه بر این چالش­ها، مدل سینماتیکی و دینامیکی ربات با در نظر گرفتن ویژگی­های حاکم بر حرکت در هوا و آب استخراج گردیده است. سپس به منظور دستیابی به عملکرد مناسب در شرایط مختلف عملیاتی، یک کنترل­کننده ترکیبی گشتاور محاسبه شده مبتنی بر PID و مد لغزشی برای پایدارسازی و رهگیری مسیر طراحی شده است. 

     عملکرد سامانه پیشنهادی در محیط شبیه­سازی متلب/سیمولینک و در حالت­های عملیاتی مختلف شامل ناوبری هوایی، حرکت زیرآبی و انتقال بین دو محیط مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد که کنترل­کننده طراحی­شده می­تواند پایداری ربات را حفظ کرده و مسیرهای مرجع را با دقت مناسبی دنبال نماید. همچنین ربات در فرآیند انتقال بین محیط هوا و آب عملکرد مطلوبی از خود نشان داد که بیانگر کارایی ساختار و روش کنترلی پیشنهادی است.