عنوان پایان‌نامه
طراحی مسیر راه رفتن و مدل سازی دینامیکی ربات انسان نما با مفصل پنجه پا
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3424;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77885;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3424;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77885
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مجید ساده دل
- استاد راهنما
- عقیل یوسفی کماء
- چکیده
- در سال‌های اخیر استفاده از مفصل پنجه در پای ربات‌های انسان‌نما رواج یافته است. برای استفاده از مفصل پنجه فعال و غیرفعال مزایای بسیاری برشمرده شده است. کاهش مصرف انرژی، کاهش سرعت و گشتاور مفاصل و افزایش سرعت و پایداری ربات از این مزایا می‌باشد. این رساله به بررسی اثرات اضافه شدن مفصل پنجه فعال و غیرفعال به پای ربات‌های انسان‌نما می‌پردازد. با توجه به پیشینه تحقیق، معیار پایداری نقطه گشتاور صفر و روش طراحی مسیر مناسب انتخاب شده است. برای مدل‌سازی دینامیکی دقیق ربات بی‌پنجه، با پنجه فعال و پنجه غیرفعال، از ترکیب دو مدل استفاده شده است. در مدل اول، دینامیک چندجرمی ربات به کمک روش لاگرانژ و یا کین مدل می‌شود. در این بخش سیستم انتقال قدرت هر مفصل ایده‌آل در نظر گرفته شده است. در بخش دوم، سیستم انتقال قدرت به روش شناسایی سیستم مدل‌سازی می‌گردد. چندین مرحله صحه‌گذاری، محاسبات صورت گرفته برای حل مدل دینامیکی را تایید می‌کند. تست‌های عملی روی ربات سورنا 3 بی‌پنجه و با پنجه غیرفعال، دقت مدل ارایه شده را نشان می‌دهد. در ادامه به بیان روش طراحی مسیر پرداخته می‌شود. در روش پیشنهادی ابتدا 12 مسیر در فضای کاری طراحی می‌گردد. سپس با حل مساله سینماتیک معکوس ربات، مسیر حرکت در فضای مفصلی محاسبه می‌شود. در ادامه به بیان پارامترهای بهینه‌سازی، توابع هدف و قیدهای آن پرداخته شده و از الگوریتم ژنتیک برای حل مساله‌ی بهینه‌سازی استفاده می‌گردد. در بخش پایانی نتایج بهینه‌سازی‌ها و آنالیزهای پارامتری بیان شده است. زاویه دوران حول پنجه و پاشنه برای ربات بی‌پنجه، جرم و طول لینک پنجه برای ربات با پنجه فعال و ضرایب سختی و میرایی برای ربات با پنجه غیرفعال بررسی شده و مورد بحث قرار گرفته است. کلمات کلیدی: ربات انسان‌نما، مدل‌سازی دینامیکی، شناسایی سیستم، پنجه فعال، پنجه غیرفعال، حرکت دورانی پا حول پنجه و پاشنه، الگوریتم ژنتیک، آنالیز پارامتری.
- Abstract
- Using toe joint in humanoid robots is very common in the recent years. Several benefits have been addressed in the literature for adopting active and passive toe joints, including reduction in energy consumption, joint torque and velocity and increasing stability of the motion. In this thesis, the effects of adding active and passive toe joint to the foot structure of humanoid robots have been investigated. The Zero Moment Point (ZMP) criterion and a proper path planning method are adopted. To have an accurate dynamic model of the humanoid robot, a combination of two models is introduced. In the first model, multi-body dynamics have been presented using Lagrange and Kane methods. In this part, the power transmission system is considered to be ideal. In the second model, the power transmission system were modeled using a system identification approach. Several verifications confirmed the calculation of solving the dynamic model equations. Moreover, experimental tests show the accuracy of the presented dynamic model. Then, the path planning method have been introduced. In the presented method, 12 paths have been considered in the task space. Afterward, the paths in the joint space have been calculated using inverse kinematics. Then, optimization parameters, goal functions and constraints have been presented. The genetic algorithm has been adopted to solve the optimization problem. In the last section, the results of optimization procedure and parametric analysis have been presented. Heel-strike and toe-off angles, mass and length of toe link and stiffness and damping coefficients have been investigated and discussed in this section. Keywords: Humanoid robot; Dynamic modeling; System identification; Active toe; Passive toe; Heel-Strike and toe-off motions; Genetic algorithm; Parametric analysis.
