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 با 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 گشتاور زانو و انرژی مصرفی کل است. بدین منظور، با در نظر گرفتن هم زمان پنجه و پاشنه، یک نوع الگوی حرکتی بهینه ارائه و بررسی می شود و با الگوی حرکتی بدون پنجه و پاشنه مقایسه می شود. سیستم مورد بررسی، یک ربات انسان نمای 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 تکراری برای حل معادلات دینامیک معکوس، بر اساس روش کین ارائه می-گردد. به منظور اطمینان از صحت نتایج به دست آمده برای گشتاورهای موردنیاز مفاصل و نیرو و گشتاورهای عکس العملی زمین، 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، به گونه ای انتخاب (بهینه) می شوند که بیشینه گشتاور زانو به حداقل مقدار برسد و انرژی مصرفی کل کاهش یابد. در پایان، از بین الگوهای حرکتی ارائه شده، الگوی حرکتی مناسب برای حرکت بر روی سطح صاف با طول گام زیاد پیشنهاد می گردد.