بازیابی تعادل یک ربات چهارپا با تنظیم بهینه نیرو‌های قیدی و شتاب‌های بدنه

حفظ و بازیابی تعادل در هنگام اعمال نیروهای خارجی یک موضوع بسیار مهم برای ربات‌های چهارپا می‌باشد. اهمیت این موضوع به این دلیل است که ربات‌های چهارپا باید در محیط‌های ناهموار حرکت کرده و این نیروها جز لاینفک این سطوح می‌باشند. بنابراین در این مقاله به بررسی بازیابی تعادل یک ربات چهارپا پس از اعمال یک نیروی خارجی بر آن پرداخته می‌شود. بدین منظور، ابتدا مدل دینامیکی کامل یک ربات چهارپا استخراج شده و سپس یک روش حذف قیود برای به‌دست آوردن معادلات بدون قیود ارایه می‌شود. با بهره‌گیری از مبانی عملکردی کنترل تناسبی-مشتقی، شتاب‌های مطلوب جهت حفظ و بازیابی تعادل محاسبه می‌شوند. از آنجا که این شتاب‌ها ممکن است سبب لغزش پاهای ربات و همچنین از بین رفتن پایداری ربات گردند، یک مسیله بهینه‌سازی برای محاسبه همزمان نیروهای قیدی کف پا و شتاب‌های بدنه ارایه خواهد شد. بهینه کردن نیروهای قیدی همزمان با محاسبه شتاب‌های بدنه به منظور توزیع مناسب نیروهای قیدی برای جلوگیری از لغزش پاها صورت می‌پذیرد. از آنجا که در مسیله بهینه‌سازی شروط پایداری و عدم لغزش به عنوان قیود خطی فرمول‌بندی می‌شوند، روش فوق به‌آسانی به یک مسیله خطی و مقید حداقل مربعات خطا تبدیل شده که سبب می‌شود مسیله به صورت برخط قابل پیاده‌سازی باشد. در انتها عملکرد الگوریتم ارایه شده بر روی یک ربات چهارپا در شبیه‌سازی مورد بررسی قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی در فاز‌های ایستادن بر روی چهار پا و راه رفتن صورت می‌پذیرد و نتایج به‌دست آمده بحث خواهند شد.