شماره مدرك
21037
شماره راهنما
18050
پديد آورنده
قديري، آرمين
عنوان
كنترل هوشمند بازوي رباتيك بر اساس داده هاي حركت بازوي انسان در حركت توانبخشي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
طراحي كاربردي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده،84ص.:مصور،جدول، نمودار
توصيفگر ها
همكاري انسان و ربات، پيش بيني سري زماني، سيستم استنتاجي فازي_عصبي تطبيقي،بازوي رباتيك،پيش بيني حركت
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/13
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/21
كد ايرانداك
23215680
چكيده فارسي
در چشم انداز صنعت مدرن و حوزه هاي توانبخشي، همكاري و تعامل انسان و ربات به يك ضرورت انكارناپذير تبديل شده است. با اين حال، يكي از بزرگ ترين موانع در تحقق تعامالت طبيعي و كارآمد، تأخير زماني ذاتي در سيستم است. اين تأخير كه از لحظه دريافت حركت انسان توسط حسگر تا اجراي فيزيكي آن توسط ربات رخ مي دهد، منجر به ناهماهنگي، كاهش دقت رديابي و از بين رفتن حس هم زماني در همكاري مي شود. هدف اصلي اين پايان نامه، طراحي، پياده سازي و ارزيابي يك سيستم هدايت هوشمند براي غلبه بر اين چالش است تا با پيش بيني قصد حركتي كاربر، يك تعامل بالدرنگ، روان و دقيق را ممكن سازد. راهكار پيشنهادي در اين پژوهش، بر پايه يك معماري يكپارچه سخت افزاري و نرم افزاري استوار است. در اين سيستم، موقعيت سه بعدي دست كاربر توسط دوربين عمق سنج با فركانس مناسب استخراج مي گردد. داده هاي خام پس از پيش پردازش و حذف نويز، به هسته اصلي سيستم يعني يك مدل پيش بين هوشمند ارسال مي شوند.اين مدل مبتني بر سيستم استنتاج فازي-عصبي تطبيقي ANFIS طراحي شده است كه با دريافت سري زماني موقعيت هاي گذشته و حال، موقعيت آتي دست كاربر را با دقت بااليي تخمين مي زند. در نهايت، فرمان حركتي پيش بيني شده از طريق يك كانال ارتباطي مشخص به كنترل كننده بازوي ربات ارسال شده و اجرا مي شود. براي اعتبارسنجي جامع عملكرد سيستم، يك فرآيند ارزيابي چندمرحله اي انجام شد. در گام نخست، مدل انفيس در محيط شبيه سازي متلب و در حضور يك تأخير مصنوعي ارزيابي شد. نتايج نشان داد كه اين مدل با موفقيت، خطاي رديابي را تا 89% نسبت به سيستمي كه فاقد پيش بيني است، كاهش مي دهد. در گام بعدي، پس از پياده سازي مدل بر روي سخت افزار واقعي، مجموعه اي از آزمايش هاي عملي انجام گرفت. اين آزمايش ها شامل رديابي مسيرهاي از پيش تعريف شده (براي ارزيابي خالص مدل) و رديابي بلادرنگ حركت دست انسان (براي ارزيابي كل سيستم در شرايط واقعي) بود. نتايج تجربي به طور پيوسته نشان داد كه سيستم مجهز به مدل پيش بين، خطاي موقعيت يابي را بسته به نوع حركت تا 45% كاهش مي دهد. در نهايت، اين پژوهش با موفقيت يك مدل تئوريً را به يك سيستم رباتيك كاملا عملياتي و كارآمد تبديل مي كند. دستاورد كليدي اين كار، ارائه يك راهكار جامع و اعتبارسنجي شده است كه نشان مي دهد پيش بيني هوشمند حركت، ابزاري قدرتمند براي جبران تأخير سيستماتيك و بهبود چشمگير كيفيت تعامل در سيستم هاي همكاري انسان و ربات محسوب مي شود و مسير را براي كاربردهاي صنعتي و توانبخشي پيشرفته هموارتر مي سازد.
چكيده انگليسي
In the landscape of modern industry and rehabilitation domains, human-robot collaboration and interaction have become an undeniable necessity. However, one of the biggest obstacles to achieving natural and efficient interactions is the inherent time delay in the system. This delay, which occurs from the moment a human’s motion is captured by a sensor until its physical execution by the robot, leads to desynchronization, reduced tracking accuracy, and a loss of the sense of simultaneity in collaboration. The primary objective of this thesis is to design, implement, and evaluate an intelligent guidance system to overcome this challenge by predicting the user’s motion intention, thereby enabling a real-time, smooth, and precise interaction. The proposed solution in this research is based on an integrated hardware and software architecture. In this system, the 3D position of the user’s hand is extracted by a depth-sensing camera at a suitable frequency. After preprocessing and noise removal, the raw data is sent to the core of the system: an intelligent predictive model. This model is designed based on an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), which accurately estimates the user’s future hand position by receiving a time series of past and present positions. Finally, the predicted motion command
is sent through a specified communication channel to the robot arm’s controller and executed. For a comprehensive validation of the system’s performance, a multi-stage evaluation process was conducted. In the first step, the ANFIS model was evaluated in a MATLAB simulation environment in the presence of an artificial delay. The results showed that this model successfully reduced the tracking error by up to 89% compared to a
system lacking prediction. In the next step, after implementing the model on real hardware, a series of practical experiments were performed. These experiments included tracking predefined paths (for a pure evaluation of the model) and real-time tracking of human hand motion (to evaluate the entire system under real-world conditions). The experimental results consistently showed that the system equipped with the predictive model
reduced the positioning error by up to 45% , depending on the type of motion. Ultimately, this research successfully transforms a theoretical model into a fully operational and efficient robotic system. The key achievement of this work is the presentation of a comprehensive and validated solution that demonstrates intelligent motion prediction is a powerful tool for compensating for systematic delays and significantly improving the quality of interaction in human-robot collaboration systems, paving the way for more advanced industrial and rehabilitation applications.
استاد راهنما
مرضيه مجدراصيل , مهدي كشميري
استاد مشاور
عباس كرمي
استاد داور
سعيد بهبهاني , محمد دانش