طراحی مسیر و کنترل بهینه ربات دوپا با استفاده از رویکرد زیستی
چکیده
طبیعت همواره نمایانگر بهترین شیوه های حرکت برای موجودات است. مطالعات فیزیولوژیکی اعصاب بدن موجودات زنده نشان داده است که حرکات پایه ای و تکراری بدن با شبکه های عصبی، تحت عنوان ایجادکننده الگوی مرکزی (cpg) ایجاد می شود. با توجه به شباهت های موجود مابین رباتیک و بیولوژی و همچنین فراگیر شدن استفاده از مطالعات زیستی در حوزه رباتیک، در این پژوهش از cpg به عنوان رهیافتی زیستی جهت حرکت ربات استفاده شده است. در این پایان نامه، روشی روی خط برای ایجاد مسیرهای مفاصل ربات با استفاده از cpg بر مبنای سیستم فازی t-s و روش doe، ارائه شده است. با مشخص نمودن تنها دو پارامتر (طول گام و سرعت راه رفتن) زوایای مورد نیاز جهت حرکتی پایدار به دست می آیند. ابتدا، در ربات دو پای هفت لینکی صفحه ای، طول گام و سرعت راه رفتن به سایر پارامترهای راه رفتن مربوط می شوند. به منظور انجام حرکتی تکراری، توابع پریودیک فوریه برای تعریف هر زاویه مفصل مورد استفاده قرار گرفته اند. در مرحله بعد، از یک مدل cpg استفاده شده است که مقادیر مناسب برای زوایا را ایجاد کند. جهت انجام این کار، پارامترهای cpg توسط روش fal-cpg تنظیم شده اند. استفاده از cpg امکان تغییر نرم بین مسیرهای مختلف را فراهم می نماید. بنابراین، تغییر روی خط دامنه و یا دوره تناوب مسیر، به سادگی و با تغییر چند پارامتر cpg فراهم می شود. از سیستم فازی t-s جهت مربوط نمودن پارامترهای cpg به دو پارامتر مسیر بهره گرفته شده است. روش طراحی آزمایشات برای ساختن سیستم فازی t-s استفاده شده است. با ایجاد رابطه بین پارامترهای راه رفتن و پارامترهای cpg، امکان تغییر در راه رفتن به شکل روی خط فراهم می شود. به منظور حفظ بالانس دینامیکی ربات در حین راه رفتن، مدل ساده شده پاندول معکوس استفاده شده است. زاویه تنه بر مبنای مسیر دلخواه zmp و همچنین حرکت پایین تنه محاسبه می شود. شبیه سازی راه رفتن حالت پایدار و همچنین راه رفتن فعال بررسی شده است. نشان داده شد که با حفظ بالانس دینامیکی، تغییرات روی خط در طول گام و سرعت راه رفتن قابل انجام است. از نتایج این پژوهش می توان برای طراحی مسیر و بهبود حرکت ربات های صنعتی، ربات های انسان نما، اندام های مصنوعی و ربات های پوشیدنی بهره گرفت.