طراحی مسیر ربات های دوپای هفت عضوی در شرایط محیطی متفاوت با استفاده از روش فازی

ربات های پادار شامل نمونه حیوانی تا راه رونده های دوپا پیشرفت چشمگیری در چندین دهه گذشته داشته اند. توسعه ربات دوپا که بتواند رفتار همتای بیولوژیکی اش(انسان) را تقلید کند امری دشوار است. برای این منظور بایستی ربات قادر باشد حرکتش را براساس شرایط مختلف سطح وفق داده و با حرکت مناسب پا و بالاتنه پایداری خود را تضمین نماید. در این تحقیق مسیر گام برداشتن برای یک ربات راه رونده دوپا 7 عضوی صفحه ای بر روی سطوح مختلف طرح ریزی شده است. تعادل دینامیکی قدم زدن ربات دوپا بستگی به طراحی مسیر مناسب دارد. اکثر روش های ارائه شده طراحی مسیر به دنبال تعیین مسیرهای مناسب برای مفاصل مچ و ران هستند زیرا با دانستن مسیر حرکت این دو مفصل بحث طراحی مسیر ربات دو پا تکمیل می گردد. مسیرهای حرکت مفاصل مچ و ران پاها در فضای کارتزین با استفاده از چند جمله ای هایی با درجه مناسب به گونه ای طراحی شده که اثر ضربه پاها با زمین حذف گردد و مسیرهای مفاصل ربات و در نتیجه نقطه ممان صفر هموار و پیوسته باشد. روش های مختلفی از جمله روش های تحلیلی و بهینه سازی برای این منظور استفاده گردیده است. همچنین می توان از اطلاعات و تجربیات راه رفتن انسان نیز برای طراحی مسیر استفاده نمود. هدف این تحقیق ارائه روشی به منظور تولید مسیر برای ربات مورد نظر در محیط و شرایط حرکتی متفاوت می باشد. به منظور طراحی مسیر برای حرکت ربات در صفحه طولی بر روی سطح صاف افقی یک سیکل کامل حرکتی با قابلیت تغییر طول گام شامل دو حالت تک تکیه گاهی و دوتکیه گاهی در نظر گرفته شده است. از توانایی های مسیر طراحی شده می توان به حرکت ربات از موانع با ارتفاع دلخواه، تغییر طول گام و حرکت با گام زمانی متفاوت اشاره نمود. با در نظر گرفتن قیود سینماتیکی، مسیرهای حرکت مفصل مچ پا و ران به نحوی مطلوب طراحی شده اند. قیود سینماتیکی شامل پیوستگی سرعت و شتاب می باشد و این باعث پیوستگی در مسیر مفاصل و همچنین نقطه گشتاور صفر می شود. با در نظر گرفتن دو ضریب مجهول در مسیر مفصل ران و با انتخاب مناسب آنها قید پایداری دینامیک ربات ارضا شده است. با جمع آوری مقادیر عددی این ضرایب در حالت های مختلف حرکتی و در ربات های متفاوت مجموعه از داده ها بر اساس روش جستجوی دستی و با استفاده از تجربیات انسانی به منظور آموزش سیستم فازی تولید کننده ضرایب فراهم آمده است. شناسایی پارامترهای سیستم فازی بر پایه روش گرادیان نزولی برای تطبیق پارامترهای سیستم فازی تاکاگی-سوگنو با استفاده از پایگاه عددی بدست آمده انجام شده است. با استفاده از این روش ضرایب مسیر مفصل ران با توجه به شرایط حرکتی مورد نظر تولید می شود. طراحی مناسب مسیر ساز، علاوه بر ارضاء قیود سینماتیکی و تکرار پذیر بودن حرکت، پایداری دینامیکی ربات را تضمین و از واژگون شدن ربات جلوگیری می نماید. معیار پایداری دینامیکی استفاده شده نقطه ممان صفر می باشد که در هر دو حالت تک تکیه گاهی و دو تکیه گاهی معتبر می باشد. البته برای سطح پله از روش شیب مجازی برای استفاده از رابطه نقطه گشتاور صفر استفاده شده است. روش پیشنهاد شده برای حرکت بر روی سطح شیبدار و پله نیز انجام شده است. در نهایت شبیه سازی بر روی سطوح مختلف مانند سطح افقی، سطوح شیبدار با شیب رو به بالا و پایین و پله صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند ربات قادر است بر روی سطوح مورد نظر به صورت پایدار حرکت کند.