پایدارسازی و طراحی مسیر یک روبات چهارپا

روبات های پادار دارای مانورپذیری بیشتری نسبت به ربات های چرخدار و زنجیری در محیط های ناهموار می باشند. مشخصه ربات های پادار که از نقاط تماس گسسته با زمین استفاده می کنند آن ها را قادر می سازد که محل مناسبی را برای گذاشتن پا انتخاب کنند به طوری که از گذاشتن پاها بر روی موانع یا حفره ها اجتناب شود. در این پژوهش، به طراحی مسیر پایدار برای یک ربات چهارپا پرداخته می شود. ربات موردنظر، دارای شش درجه آزادی غیر فعال در بدنه و سه درجه آزادی فعال در هر پا می باشد. در نتیجه، در حالت غیر مقید روبات مزبور دارای 18 درجه آزادی است و به واسطه حرکت بر روی سطح معین یک سیستم مقید به قیود سینماتیکی می باشد. برای طراحی مسیر پایدار، ابتدا تحلیل سینماتیکی و دینامیکی ربات انجام می شود و چون ربات توسط پاها بر زمین مقید شده و تمامی درجات آزادی بدنه غیرفعال می باشد، روشی برای حذف قیود پاهای تکیه گاهی ارائه می شود. سپس ربات موردنظر در نرم افزار simmechanics مدلسازی شده و مقایسه ای بین تمامی گشتاورهای مفاصل در هر دو مدل تحلیلی و نرم افزاری صورت گرفته و چون اختلاف حاصله از این مقایسه در حد صفر است، صحت مدل با دقت بالا تایید می شود. سپس، با توجه به اینکه پایداری یکی از مهمترین مسائل در زمینه سیستم های پادار است، معیارهای مختلف پایداری استاتیکی از روش های هندسی استخراج گردیده و مهمترین معیارهای دینامیکی که تاکنون ارائه شده، مورد مطالعه قرار گرفته و با توجه به ملاحظات پایداری، به طراحی گیت-های پریودیک استاتیکی و دینامیکی ربات پرداخته می شود. برای طراحی گیت استاتیکی، دو نوع گیت استاتیکی پیوسته و گسسته در نظر گرفته شده که هر یک به صورت جداگانه مورد مطالعه قرار می گیرند. در گیت استاتیکی پیوسته، به طراحی گیت های خرچنگی، چرخشی و صعود از پلکان پیوسته بر مبنای حداکثر استفاده از فضای کاری ربات پرداخته می شود. برای بالا رفتن ربات از پلکان، روشی برای پیکربندی پاهای ربات پیشنهاد می شود. با چنین پیکربندی، ربات قادر است با حفظ پایداری و استفاده از حداکثر فضای کاری و حداقل ضریب کار از روی پلکان بالا رود. در گیت استاتیکی گسسته، به طراحی گیت های خرچنگی و چرخشی گسسته پرداخته می شود و با استفاده از گیت های گسسته طراحی شده، ربات قادر است مسیر دلخواه را بپیماید. در بین انواع گیت های دینامیکی، گیت یورتمه بر مبنای معیار پایداری zmp به گونه ای طراحی می شود که پیوستگی موقعیت و سرعت حرکت بدنه در حین سوئیچ کردن پاها حفظ شود. نتایج حاصله از این طراحی نشان می دهد که ربات قادر است بر اساس فرمان کاربر، مسیر مورد نیاز را به صورت کاملا پایدار بپیماید.