Skip to main content
SUPERVISOR
حسین کریم پور (استاد مشاور) مهدی کشمیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Erfan Ghorbani
عرفان قربانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Effectiveness of changing length step to assure dynamic stability of locomotion for a biped in response to impact
Bipedal robots can adapt to the urban environment of modern societies due to their particular locomotion mode similar to the human gait, and therefore, are good candidates for collaborating with humans by walking alongside them. However, motion planning while maintaining stability for these robots is a challenging issue that despite the development of new technologies and the advancement of knowledge, has not reached a satisfactory solution yet. In most of the methods proposed by researchers on the walking stability of bipedal robots, the general trend relies on ensuring an instantaneous stability by constraining the motion. Although those methods present good performance in sustaining stability, they lack to spare the robot a natural gait, often resulting in low efficiency strategies with high energy consumption. Consequently, some other walking techniques have been developed based on following a certain motion limit cycle, considering the overall stability of motion rather than satisfying it continuously. In this research, a method is proposed to preserve the stability of those limit cycles against disturbances. For this purpose, the dynamical model of the biped robot is extracted in the space of the mass center variables and, according to the desired step length and speed, a motion limit cycle is designed. Subsequently, a motion stabilizer is proposed based on the idea of step length shift, which is a natural human strategy for recovering the balance in case of sudden situation of disequilibrium. In order to alleviate the unwanted effects of proposed stabilizing strategy, a friction analysis helps to redesign the algorithm to a more advanced level of reliability. Ultimately, the motion stabilizer demonstrates its ability to withstand impacts, while taking into account the limitation of surface friction. As an extension, by defining a constrained optimization problem, the proposed stabilizer is implemented in the joint space. Finally, a simulation is performed on a biped robot model with realistic parameters, dealing with two different scenarios including impact during motion and in standstill position. The results show that this technique has a good performance in maintaining the stability of motion against impact, and exhibits responses similar to human reactions. Keywords: Biped Robot, Limit Cycle Walking, Push Recovery, Step Length Changing Strategy, Stability and non-slippage
ربات های دوپا به دلیل شباهت حرکتی به انسان، با محیط جامعه مدرن سازگاری داشته و از این رو شریک مناسبی برای انسان محسوب می شوند. حفظ پایداری و کنترل راه رفتن این ربات ها مسئله ای چالش برانگیز است که علی رغم توسعه تکنولوژی و پیشرفت دانش هنوز راهکار مناسبی برای آن ارائه نشده است. در اکثر روش های پیشنهاد شده توسط محققین برای حفظ پایداری راه رونده های دوپا، سعی شده است تا با محدود کردن حرکت به قیدهای متعدد، پایداری حرکت در هر لحظه تضمین شود. اگرچه این روش ها عملکرد خوبی در حفظ پایداری دارند، اما راه رفتن ربات را از حرکت طبیعی انسان دور کرده و کارایی پایین و مصرف انرژی بالا را به همراه دارند. از این رو، محققین بسیاری به تکنیکراه رفتن سیکل حدی روی آورده اند که پایداری کلی و نه لحظه ای حرکت را مد نظر قرار می دهد. این پژوهش با مدنظر قرار دادن این تکنیکراه رفتن، در پی بررسی راهبرد تغییر طول گام برای حفظ پایداری حرکت ربات دوپا در مقابل ضربه است. بدین منظور مدل دینامیکی ربات دوپا در فضای متغیرهای مرکز جرم استخراج شده و با توجه به طول و سرعتگام مطلوب، سیکل حرکتی طراحی شده است. پساز آن، بر اساسایده تغییر طول گام، که از راهبردهای طبیعی انسان برای حفظ پایداری حرکت در مواجهه با ضربه است، یکپایدارساز حرکت پیشنهاد شده است. در ادامه برای برطرف کردن نقصپایدارساز پیشنهادی، تحلیل اصطکاکصورت گرفته و پایدارساز بازطراحی شده است. به این ترتیبپایدارساز نهایی توانایی مقابله با ضربه را با در نظر گرفتن محدودیتاصطکاکسطح دارد. همچنین با تعریفیکمسئله بهینه سازی مقید، امکان پیاده سازی پایدارساز پیشنهادی در فضای مفاصل فراهم شده است. در انتها شبیه سازی بر روی مدل هفت لینکی ربات دوپا با پارامترهای نزدیکبه ربات واقعی در دو حالت اعمال ضربه در حرکت و حالت ایستاده انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که این تکنیککارایی مناسبی در حفظپایداری حرکتدر مقابل ضربه داشته و واکنش هایی مشابه با واکنش انسان را درپی دارد. کلمات کلیدی: ربات دوپا، راه رفتن سیکل حدی ، مقابله با ضربه، راهبرد تغییر طول گام، پایداری و عدم لغزش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی