طراحی و بهینه‌سازی زنجیره انتقال قدرت مفصل مچ یک ربات انسان‌نما

Abstract

با توجه به ضرورت افزایش کارائی نسل‌های جدید ربات‌های انسان‌نما، در این مقاله، به منظور افزایش سرعت حرکت ربات انسان‌نما سورنا3، یک مکانیزم انتقال قدرت برای تحریک مفصل مچ پیشنهاد شده و انرژی مصرفی در مکانیزم پیشنهادی و پیشین مورد مطالعه قرار گرفته است. در مکانیزم پیشنهادی، موتورهای محرک مفصل مچ به لینک ساق پا منتقل شده‌اند و به منظور ایجاد حرکت دورانی مچ حول محور طولی، از ترکیب تسمه-پولی و هارمونیک درایو و برای دوران مچ حول محور عرضی، از مکانیزم رولراسکرو استفاده شده است. جهت صحه‌گذاری بر روند طراحی، نتایج شبیه سازی حرکت ربات با داده های تجربی مقایسه شده‌اند و در نتیجه این روند، مدل دینامیکی با تقریب خوبی با مدل واقعی ربات مطابقت پیدا کرده است. سپس، به منظور ایجاد طراحی مسیر پایدار ربات، از الگوریتم فراابتکاری ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای موثر حرکت ربات براساس تابع هدفی که ماکزیمم گشتاور مفصل زانو را حداقل می‌کند، استفاده شده است. این فرآیند بهینه‌سازی در حرکت مستقیم‌الخط ربات بر روی سطح صاف اعمال شده و در نتیجه این روند، پارامترهای طراحی مسیر بهینه برای مکانیزم پیشنهادی به نحوی بدست آمده‌اند که منجر به کاهش گشتاورهای مفاصل پائین‌تنه ربات نسبت به ربات سورنا3 شده‌اند. همچنین، مکانیزم پیشنهادی با کاهش جرم کف پا، استفاده از موتورهای سبک‌تر و نیز رسیدن به سرعت‌های بالاتر برای ربات را ممکن می سازد.