طراحی و تحلیل یک مکانیزم یک درجه آزادی برای پای ربات قورباغه‌ای و شبیه‌سازی شنا-کردن بر اساس حرکت طبیعی قورباغه

Abstract

مطالعه بر روی مکانیزم حرکتی جانوران همواره از فعالیت‌های مهم در تحقیقات علمی بوده است. در دهه‌های اخیر مطالعه‌ بر روی حرکت قورباغه‌ها در شنا کردن و پریدن و شبیه‌سازی این حرکات افزایش یافته است. در کار پیش رو با الگوبرداری نحوه‌ی عملکرد عضلات و مطالعه‌ی آناتومی پای قورباغه مکانیزمی طراحی شده است که حرکت طبیعی پای قورباغه را تنها با یک عملگر شبیه‌سازی می‌کند. با ارائه روش هندسی در طراحی مکانیزم، حرکت پای قورباغه با توجه به تغییر زوایای مفاصل طراحی می‌شود. مقدار تغییرات زاویه‌های اصلی در مکانیزم بر اساس تغییر زاویه‌ها در حرکت طبیعی قورباغه می‌باشد. عملگر دارای حرکت دورانی می‌باشد و به صورت سینوسی دوران می‌کند وبا فرکانس‌های مختلف می‌توان سیکل حرکتی قورباغه را ایجاد کرد. با توجه به سرعت حرکت خطی پنجه‌ی پا در شنای قورباغه‌ی طبیعی، مقدار فرکانس لازم برای عملگر به دست می‌آید. همچنین با وارد کردن نیرو‌های درگ و نیروی تولیدی توسط پنچه‌ی پا، شنا کردن قورباغه شبیه‌سازی شده است. با داشتن سرعت وشتاب حرکت، گشتاور لازم برای عملگر به دست می‌آید. نتایج حاصل از شبیه‌سازی و مقایسه‌ی آنها با نتایج حاصل از حرکت طبیعی قورباغه نشان دهنده‌ی دقت بالای مکانیزم در تقلید حرکت واقعی پای قورباغه و نحوه شنا کردن و تطبیق مقادیر سرعت و شتاب و نیروهای درگ و نیروی تولیدی محوری می‌باشد. با توجه به نتایج به دست آمده، می‌توان از مکانیزم طراحی شده برای شبیه‌سازی حرکت انواع قورباغه در شنا کردن استفاده کرد.