مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه‌سازی حرکات دورانی پاشنه و پنجه برای ربات دو بعدی انسان‌نما مجهز به مفصل پنجه فعال (2)

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک طراحی کاربردی،مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته، دانشگاه تهران، تهران
2 رئیس / مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشگاه تهران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک طراحی کاربردی مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته
چکیده
در پژوهش حاضر، اثرات افزودن پنجه فعال به یک ربات انسان نمای دو بعدی که دارای حرکات دورانی پاشنه و پنجه می‌باشد بررسی می‌گردد. در این راستا، ابتدا مسیر حرکت مفاصل مختلف ربات طراحی می‌شود. پس از طراحی مسیر، مدل دینامیکی ربات با استفاده از دو روش کین و لاگرانژ در فازهای مختلف حرکت استخراج می‌شود. همچنین صحت مدل دینامیکی استخراج شده، با استفاده از دو روش مختلف تایید می‌گردد. مدل ارائه شده، براساس ویژگی‌های ربات سورنا 3 بوده که این ربات در مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته دانشگاه تهران طراحی و ساخته شده است. پس از آن، فرایند بهینه‌سازی با اتخاذ دو تابع هدف مختلف انجام می‌شود. توابع هدف برگزیده شده در این مقاله، مربوط به مصرف انرژی و پایداری ربات می‌باشند. هدف از بهینه‌سازی، کمینه کردن میزان مصرف انرژی و بیشینه کردن پایداری ربات است. در نهایت نتایج حاصل از بهینه‌سازی و آنالیز پارامتری ربات ارائه می‌شود. نتایج ارائه شده نشان می‌دهد که در هر سرعت یک مقدار بهینه برای زوایای دورانی پاشنه و پنجه وجود دارد که به ازای این مقادیر بهینه، میزان مصرف انرژی ربات کمینه خواهد شد. همچنین این نتایج نشان می‌دهند که زاویه دورانی پاشنه تاثیری بر روی پایداری ربات ندارد و تنها زاویه دوران پنجه است که در پایداری ربات تاثیر‌گذار است. در نهایت به بررسی اثرات جرم و طول پنجه بر روی توابع هدف پرداخته می‌شود و نشان داده می‌شود که افزایش جرم پنجه موجب افزایش مصرف انرژی و پایداری ربات خواهد شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Heel-off and toe-off motions optimization for a2D humanoid robot equipped with active toe joints (2)

نویسندگان English

Majid Sadedel 1
Aghil Yousefi Koma 2
Faezeh Iranmanesh 3
چکیده English

In this paper, the effects of the addition of an active toe joint on a 2D humanoid robot with heel-off and toe-off motions are studied. To this end, the trajectories of joints and links are designed firstly. After gait planning, the dynamic model of the humanoid robot in different phases of motion is derived using Kane and Lagrange methods. Then, the veracity of the derived dynamic model is demonstrated by two different methods. The under-study model, is in accordance with the features of SURENA III, which is a humanoid robot designed and fabricated at the Center of Advanced Systems and Technologies (CAST) located in University of Tehran. Afterward, the optimization procedure is done by selection of two different goal functions; one of them minimizes the energy consumption and the other maximizes the stability of the robot. At last, the obtained results are presented. According to the results, there is an optimum value for heel-off and toe-off angles in each velocity which minimizes the consumption of energy. The results also show that, the heel-off angle does not have any significant effects on the stability of the robot while increasing the toe-off angle improves the stability of motion. Finally, the effects of mass and length of the toe joint is inspected. These inspections suggest that heavier toe joints cause an increase in both energy consumption and stability of the robot while increasing the length of the toe joint does not have any effects on both goal functions.

کلیدواژه‌ها English

Humanoid robot
Active toe joint
Heel-off and toe-off motions
Path planning optimization