نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، گروه طراحی کاربردی، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 استادیار، گروه طراحی کاربردی، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 دانشیار، گروه طراحی کاربردی، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در ربات‌های راه رونده‌ی دوپا اهمیت ویژهای دارد. در این پژوهش، به منظور برآورده کردن این دو خواسته، یک کنترل کننده‌ی غیرفعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه رونده‌ی دوپا اضافه شده است. ویژگی مهم راه رونده‌ی مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر عضو حرکتی بوده که بدون محرک به اندام مفصل شده و دارای تماس نقطهای با زمین است. نقطه‌ی تماس روی این منحنی دل‌خواه متغیر است. برای کاهش پیچیدگیهای دینامیکی این سیستم از رویکرد جرم نقطهای استفاده شده است. در این پژوهش رفتار دینامیکی این راه رونده‌ی کم تحریک، قبل و بعد از افزودن کنترل کننده مورد تحلیل قرار گرفته است. در گام اول، مدلی مبتنی بر جرم متمرکز توسعه یافته با اضافه نمودن دو منحنی محدب صلب به عنوان کف پا و مفصل لولایی غیرفعال به عنوان مچ پا ارائه شده است. برای ایجاد تغییر طول مورد نیاز پا در هنگام گام‌برداری، از عامل دینامیکی فعال استفاده شده است. در مرحله‌ی بعد، کنترل کننده و یا عامل دینامیکی غیرفعال در کنار عامل دینامیکی فعال به کار گرفته شده تا از میزان دخالت عامل فعال در طول حرکت کاسته شود. برای به حداقل رساندن این میزان دخالت، بهینه‌سازی پارامترهای طراحی عامل دینامیکی غیرفعال به روش ازدحام ذرات انجام شده و مقدار بهینه‌ی آن‌ها به دست آمده است. نتایج نشان میدهد که با ترکیب عامل دینامیکی فعال و غیرفعال بهینه، مقدار مصرف انرژی بسیار کاهش پیدا کرده و در نتیجه میتوان از محرک فعال بسیار کوچک‌تر و با توان کم‌تر برای پیمودن مسیر مورد نظر استفاده نمود. هم‌چنین استفاده از عامل دینامیکی غیرفعال در عمل کمک قابل توجهی به بهبود شرایط مکانیکی سازه از جمله ابعاد و وزن می‌کند و در مجموع سادگی استفاده برای کاربر را بهبود می‌بخشد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
An Investigation of Dynamic Behavior of a Pointed-Mass Convex-Sole Biped Walker with and without a Passive Controller
نویسندگان [English]
- Fatemeh Ghafouri 1
- Mohammad Hadi Honarvar 2
- Mohammad Mahdi Jalili 3
1 M.Sc. Student, Mechanical Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Mechanical Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
3 Associate Professor, Mechanical Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]
Minimizing the energy expenditure as well as structure's size and weight is very important in biped walking robots. To achieve this target, a passive controller, which is a combination of spring and linear damper, is added to a biped walker. The important specification of the studied walker is that it has two convex soles at the end of the legs as feet, which is jointed to body with a passive revolute joint. Contact point moves on a sole curve. To reduce system's dynamic complexity, pointed mass approach is used. The main purpose of this research is studying the dynamical behavior of this underactuated walker before and after adding controller. In the first step, a model based on developed pointed mass model is offered and analyzed by adding two rigid convex soles as feet and passive revolute joint as ankle. To make leg length changes during walking, an active dynamic element is used. Next, a passive controller or dynamic element is used with the active one to reduce active element role during movement. Particle swarm optimization method is used to minimize this role by calculating optimized passive element parameters. The results show using the combination of optimized passive and active dynamic elements, the amount of energy consumption is decreased significantly. As a result, we can use a much smaller active element with less power to walk. Also using a passive dynamic element practically improves mechanical specifications of the structure such as dimensions and weight as well as providing simple use for users.
کلیدواژه‌ها [English]
- Gait Cycle
- Passive Dynamic Element
- Energy Consumption
- Optimization
)