کنترل راه رفتن ربات دوپای سه بعدی با در نظرگرفتن دوران پنجه پا
چکیده
امروزه ربات های پادار، یکی از موارد مورد توجه پژوهشگران علم رباتیک می باشند. این ربات ها به دلیل قابلیت مانور بهتر نسبت به انواع دیگر ربات ها، توانایی عبور از موانع موجود در محیط زندگی انسان را دارند. ربات های دوپا یکی از انواع ربات های پادار بوده که مهم ترین و اساسی ترین مسئله در آن ها، ایجاد مسیر پایدار برای حرکتشان است. در بسیاری از منابع علمی، ربات دوپا به صورت دو بعدی و بدون حرکت فعال پنجه پا مدل سازی و تحلیل شده است. به منظور نزدیک تر شدن مدل سازی حرکت ربات به حرکت پای انسان در این پایان نامه، ربات به صورت سه بعدی و همراه با در نظرگیری حرکت فعال پنجه پا بررسی شد. در این میان، از کاربردی ترین معیار پایداری در ربات های دوپا یعنی، معیار نقطه گشتاور صفر بهره گرفته شد. در این پژوهش، ابتدا به معرفی ربات های دوپا، تاریخچه، ویژگی ها، اصول و اصطلاحات رایج مربوط به آن ها پرداخته شده و همچنین نگاهی اجمالی به منحنی های حرکتی انسان به منظور درک بهتر راه رفتن صورت گرفته است. سپس به طراحی مسیر گام پایدار برای یک ربات 9 عضوی فعال به کمک پایداری نقطه گشتاور صفر اقدام شده است. یکی از ویژگی های گام برداشتن انسان به منظور ایجاد گام های بلندتر، وجود حالتی است که در آن کف پا حول مفصل پنجه پا دوران می کند. از این رو در این پایان نامه از گامی استفاده می شود که همانند انسان در لحظاتی از حرکت، پای تکیه گاه ربات حول مفصل پنجه پا به صورت فعال دوران می کند. روش مورد استفاده برای حل معادلات حرکت این ربات استفاده از قیدی فرضی برای نقطه گشتاور صفر است. با استفاده از این روش معادله اولیه قابل قبولی برای حرکت ربات به دست می آید و به کمک الگوریتمی مسیر حرکت مفاصل ربات محاسبه می شود. سپس با بررسی پایداری نقطه گشتاور صفر ربات و به کمک الگوریتم دیگری مبتنی بر آزمون و خطا، حرکت مطلوب ربات و مسیرهای مطلوب حرکت مفاصل حاصل می شود. در نهایت برای کنترل ربات دوپای فوق از روش کنترل گشتاور محاسبه شده برای ردگیری مسیرهای مطلوب حرکت مفاصل ربات استفاده شده است. ضرایب بهره تناسبی و مشتقی این کنترل کننده به کمک روش بهینه سازی اجتماع ذرات که الگو گرفته از زندگی اجتمایی حیوانات است، بدست آمد.