Skip to main content
SUPERVISOR
محمدجعفر صدیق دامغانی زاده (استاد راهنما) محمد حسن قاسمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Saeed Mansouri
سعید منصوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Minimum Time Gait Pattern Generation for Sagittal Motion of Biped Robot
With the development of robotic sciences, lots of research has been conducted in the area of biped robots and many industries have been attracted to the application of these robots. Therefore, a great number of humanoid robots have been developed all over the world. As the humanoid robots have the same structure as human beings, they have the ability to handle many tasks which are normally done by human beings. Also because of the uncontinuous nature of walking, biped do not face problems that wheeled or snake-like robots do in moving on stairs and ditches. Among the subjects which have been studied on biped motion, investigation of the stability, path generation, optimization, and control can be considered as more important issues. It is of great importance for the biped robots to walk with an optimized stable path. Consumed energy, actuator torques, and the velocity of walking are among the most important indices which have been considered for optimization by the researchers. Among these, the velocity of the biped robot always shows the superiority of the robot in comparison to the other prototypes. Due to complexity of system and different requirements not direct method which can be used to determine the maximum speed for the robot. In this research, we try to find a method to determine the maximum possible speed of a seven link biped robots during stable walking in sagittal plane without slippage. The method should consider actuator torque limits in addition to kinematic constraints of normal walking. To achieve this, firstly, a parameter study is done to investigate the effect of the length and time of each step. To this end a Genetic Algorithm based path planning was developed and used. However, this method is time consuming and has computational complexity. Regarding these defects, the research has been continued to find the minimum time trajectory of a biped robot in one step using phase plane analysis. To do so, minimum time trajectory algorithms used for fixed robots is employed. Considering the fact that the biped robot has the structure of a serial manipulator in single support phase, and behaves like a parallel manipulator in double support phase, the minimum time algorithms for serial and parallel manipulators have been used for single support and double support phases, respectively. Then an appropriate algorithm to find the solution curve in phase plane has been proposed, which satisfies the continuity condition of the velocity at the start and end of a step. Finally, the effects of some physical parameters such as coefficient of friction, the length of the step, etc have been investigated on the minimum time solution and the speed of walking has been considered. Keywords: biped robot, fast walking, phase plane analysis, actuator torque limitation, stability and non-slippage
با گسترش و پیشرفت علم رباتیک مطالعه و تحقیق بر روی ربات‌های دوپا افزایش یافته است و توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی و صنعتی را به خود جلب کرده است. به نحوی که در سال‌های‌ اخیر ربات‌های انسان نمای متعددی در سراسر دنیا ساخته شده است. ربات‌های دوپا به دلیل اینکه از نظر ساختاری شبیه انسان هستند، توانایی انجام بسیاری از فعالیت‌های انسان را دارند. همچنین به علت ماهیت ناپیوسته حرکت ربات دوپا، بسیاری از مشکلاتی که ربات‌های چرخ‌دار و مارسان در عبور از سطوح ناهموار، پله‌ها، موانع و شکاف‌ها دارند برای این دسته از ربات‌ها وجود ندارد. از میان تحقیقات زیادی که بر روی ربات‌های دوپا انجام شده‌ می‌توان به بررسی پایداری، طراحی مسیر، بهینه سازی راه رفتن و کنترل آن‌ها اشاره نمود. در کنار روش‌های ارائه شده برای طراحی مسیر ربات‌های دوپا، بهینه کردن این مسیرها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بهینه کردن انرژی مصرفی ربات، میزان ترک عملگرها و سرعت راه رفتن ربات از جمله مهمترین مواردیست که مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این میان سرعت ربات دوپا همواره یکی از نشانه‌های پیشرفت و برتری نسل‌های مختلف ربات‌های انسان نما بوده است. با وجود اینکه تحقیقات زیادی برای افزایش سرعت حرکت ربات دوپا انجام شده است ولی روش معینی برای تعیین حداکثر سرعت راه رفتن با در نظر گرفتن تمام محدودیت‌های موجود، ارائه نشده است. در این پروژه تلاش می‌شود تا روش مناسبی برای یافتن حداکثر سرعت راه رفتن ربات دوپای هفت عضوی صفحه‌ای برای داشتن حرکت پایدار و بدون لغزش و با وجود محدودیت گشتاور عملگرها ارائه شود. به این منظور ابتدا با بررسی پارامتری طول و زمان گام و با استفاده از بهینه‌سازی از طریق الگوریتم ژنتیک حداکثر سرعت ربات بدست می‌آید. اما این روش زمانبر بوده و نیازمند محاسبات زیاد است. با توجه به معایب این روش در ادامه سعی شده تا به کمک آنالیز صفحه فاز، مسیر حرکت حداقل زمان ربات دوپا در یک گام حرکت طراحی شود. برای اینکار از الگوریتم‌های حل حداقل زمان موجود برای ربات‌های پایه ثابت استفاده می‌شود. ازآنجایی که ربات در فاز تک تکیه‌گاهی یک ربات سری است و در فاز دو تکیه‌گاهی مشابه یک ربات موازی عمل می‌کند، برای یافتن مسیر حداقل زمان در یک گام حرکت از الگوریتم‌های حل حداقل زمان موجود برای ربات‌های سری و موازی به ترتیب برای فاز تک تکیه‌گاهی و دوتکیه‌گاهی استفاده می‌شود. سپس الگوریتم مناسبی برای یافتن منحنی حل در صفحه فاز ارائه می‌شود به طوری که پیوستگی سرعت در شروع و خاتمه گام برداشتن برآورده شود. در انتها تاثیر برخی از پارامترهای فیزیکی و حرکتی ربات نظیر ضریب اصطکاک، طول گام و ... بر حل حداقل زمان بدست آمده و سرعت راه رفتن ربات بررسی شده است. کلمات کلیدی: ربات دوپا، راه رفتن سریع، آنالیز صفحه فاز، محدودیت گشتاور عملگر، پایداری و عدم لغزش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی