طراحی بهینه ربات چرخ دار بالا رونده از پله و کنترل حرکت آن

در سالهای اخیر رباتهای متحرک به صورت گسترده ای برای امور متنوعی گسترش داده شدهاند که اعم آنها بازرسی ساختمانها، تحقیقات نظامی و کاوشهای سیارهای می باشند و اخیرا در طراحی ویلچر برای افرادی که دچار ناتوانی های جسمی و حرکتی می باشند استفاده شده است. هدف از این تحقیق طراحی مکانیزم چرخ دار حرکتی، جهت عبور از پله و نیز ارائه یک الگوریتم بر مبنای اصطکاک بین چرخ و مسیر است که بتواند بدون استفاده از سنسور های پیچیده و نیز وسایل جانبی دیگر که عملا هزینه اجرا را بالا خواهند برد مسیر های پله دار، مسیر های متقارن، مسیرهای نامتقارن و... را طی نمایند. ربات چرخ دار به دلیل سبک بودن، الگوریتم کنترلی ساده، بازدهی بالای انرژی و همینطور کم سروصدا بودن از جمله ربات هایی است که همواره مورد توجه قرار گرفته است. ارائه یک ربات چرخ دار با مکانیزم عضوی، امکان تحلیل ساده تر این ربات را می دهد. در ربات انتخاب شده پارامترهای موثری همچون طول عضو ها، فاصله مرکز ثقل ربات تا زمین و همینطور جرم چرخ ها وجود دارد که بهینه سازی این مقادیر موجب بهبود وضعیت بالا رفتن ربات از پله می شود. در ابتدا به تحلیل شبه استاتیکی ربات در چند وضعیت خاص پرداخته و نیروهای ترکشن و عکس-العمل در نقاط تماس چرخ های ربات و پله بدست آورده می شود. سپس به منظور بالا بردن توانایی ربات در گذر از پله به بهینه سازی ابعاد ربات پرداخته می شود. در نهایت الگوریتم کنترل ترکشن مبتنی بر پدیده ی چسبش-لغزش روی چرخ پیاده می شود. در این الگوریتم گشتاور وارد بر چرخ همواره بین حداکثر گشتاور ایجاد شده توسط نیروی اصطکاک ایستایی و اصطکاک جنبشی خواهد بود. الگوریتم توسط دو نرم افزار adams و matlab روی ربات پیاده می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ربات توانایی گذر از مسیر مسطح، سطوح با موانع متقارن و نامتقارن و همچنین پله با ابعاد مشخص شده و متناسب با ربات را دارد و گشتاور وارد بر چرخ همواره بین دو مقدار گشتاور ایجاد شده توسط نیروهای اصطکاک ایستایی و جنبشی خواهد بود.