طراحی مسیر بهینه برای یک ربات دوپا با به کار گرفتن پنجه فعال و پاشنه

در مقاله پیش رو، اهمیت تجهیز پای یک ربات انسان نما به پنجه فعال مورد بررسی قرار می گیرد. هدف از این بررسی، استفاده از مفصل پنجه فعال و پاشنه برای بهبود گام برداری ربات از نقطه نظر حداکثر گشتاور زانو و انرژی مصرفی کل است. بدین منظور، با در نظر گرفتن هم زمانِ پنجه و پاشنه، یک نوع الگوی حرکتی بهینه ارایه و با الگوی حرکتی بدون پنجه و پاشنه مقایسه می شود. سیستم مورد بررسی، یک رباتِ انسان نما با 22 درجه آزادی است که روش های تحلیلی کین و لاگرانژ به منظور استخراج معادلات دینامیکی آن مورد بررسی قرار می گیرند. سپس، به منظور کاهش بار محاسباتی، راه حلی تراجعی برای حل معادلات دینامیک معکوس، براساس روش کین ارایه می گردد. به منظور اطمینان از صحت نتایج به دست آمده برای گشتاورهای موردنیاز مفاصل و نیز نیرو و گشتاورهای عکس العملی زمین، موقعیت نقطه گشتاور صفر (zmp) به دو روش محاسبه و مقایسه می شود. در ادامه، برای هر دو الگوی حرکتی، مسیری مناسب برای حرکت میان تنه و کف پاها در فضای کاری طراحی می شود و از طریق سینماتیک معکوس، مسیر حرکت همه مفاصل به جز پنجه در فضای مفصلی به دست می آید. مسیر حرکت پنجه، جداگانه و براساس مسیر طراحی شده برای کف پا تعیین می شود. در انتها، پارامترهای مهم در طراحی مسیر برای حرکت بر روی سطح صاف، بهینه سازی و انتخاب می شوند که بیشینه گشتاور زانو به حداقل مقدار برسد و انرژی مصرفی کل کاهش یابد. در پایان، الگوی حرکتی مناسب برای حرکت بر روی سطح صاف با طول گام زیاد نیز پیشنهاد میگردد.