بررسی اثرات دینامیکی افزودن کنترل‌کننده غیر فعال به یک راه رونده‌ی دو پا با جرم متمرکز و منحنی محدب کف پا

Abstract

کمینه‌کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در ربات‌های راه‌رونده‌ی دوپا اهمیت ویژه‌ای دارد. به منظور برآورده کردن این دو خواسته در این پژوهش، یک کنترل‌کننده غیر فعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه رونده دو پا اضافه می-شود. ویژگی مهم راه رونده مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر اندام حرکتی است که بدون محرک به اندام مفصل شده و دارای تماس نقطه‌ای با زمین است. نقطه تماس روی این منحنی دلخواه متغیر است. برای کاهش پیچیدگی‌های دینامیکی این سیستم از رویکرد جرم نقطه‌ای استفاده می‌شود. این پژوهش تحلیل رفتار دینامیکی این راه رونده کم تحریک قبل و بعد از افزودن کنترل‌کننده را هدف گرفته است. در گام اول مدلی مبتنی بر جرم متمرکز توسعه یافته با اضافه نمودن دو منحنی محدب صلب به عنوان کف پا و مفصل لولایی غیرفعال به عنوان مچ پا ارائه شده است. برای ایجاد تغییر طول مورد نیاز پا در طول گام‌برداری، از المان دینامیکی فعال استفاده می‌شود. در مرحله بعد کنترل‌کننده و یا المان دینامیکی غیرفعال در کنار المان دینامیکی فعال به کار گرفته می‌شود تا از میزان دخالت المان فعال در طول حرکت کاسته شود. به منظور به حداقل رساندن این میزان دخالت، بهینه‌سازی پارامترهای طراحی المان دینامیکی غیر فعال به روش ازدحام ذرات انجام شده و مقدار بهینه آن‌ها بدست می‌آید. نتایج نشان می‌دهد که با ترکیب المان دینامیکی فعال و غیرفعال بهینه، مقدار مصرف انرژی بسیار کاهش پیدا کرده و در نتیجه می‌توان از المان فعال بسیار کوچکتر و با توان کمتر برای طی کردن مسیر مورد نظر استفاده نمود. همچنین، استفاده از المان دینامیکی غیرفعال در عمل کمک قابل توجهی به بهبود شرایط مکانیکی سازه از جمله ابعاد و وزن می‌کند و در مجموع سادگی استفاده برای کاربر را بهبود می‌بخشد.