Skip to main content
SUPERVISOR
حمید صادقیان (استاد مشاور) مهدی کشمیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Venus Pasandi
ونوس پسندی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
:This research proposes an algorithm for the online reference joint trajectory generation for biped walking assuming a library of desired trajectories. The proposed algorithm is a central pattern generator (CPG) whose steady state response can match any desired trajectory. For this purpose, at first, a non-integrated CPG comprising a synchronized network of oscillators is presented. To this end, a 3-dimensional oscillator is designed whose limit cycle can match any one-dimensional periodic signal. Then, the oscillator dynamic is modified by a state transformation method for generating a bounded output. Finally, a synchronized network of the proposed bounded output oscillators is presented for generating multi-dimensional periodic signals. The performance of the non-integrated CPG for generating the reference joint trajectory for free arm motion, as well as, walking is studied by conducting a few simulations and experiments on the humanoid robot iCub. The results show that the non-integrated CPG is not suitable for walking, because the reference trajectory generated for different joints is not always synchronous. Therefore, at second, a (2n+1)-dimensional bounded output oscillator is designed whose limit cycle can match any n-dimensional periodic signal. Then, an integrated CPG consisting of only one such an oscillator is presented. The Lyapunov arguments prove that both proposed CPGs ensure the stability and convergence of the multi-dimensional periodic signal. Moreover, the stability and convergence of the desired signal are independent of the CPG parameters. Thus, the parameter tuning is not required for generating the desired trajectory. Besides that, the output of the proposed CPGs is bounded, and hence the generated reference joint trajectory complies with the joint position and velocity constraints of the robot. Finally, the integrated CPG is modified for integrating with the sensory feedback while the stability and convergence of the desired trajectory are preserved. Keywords:Online Trajectory Generation, Central Pattern Generator, Programmable Oscillator, Bounded Position and Velocity, Synchronization, Biped
: یکی از چالش‌های کنترل سیستم های رباتیکی در حوزه ربات‌های دارای پا، طراحی مسیر مرجع مفاصل ربات است که به علت دینامیک غیرخطی، مرتبه بالا، کوپل شده و قیدهای یک طرفه، پیچیده و زمان‌بر بوده و اغلب به صورت برون‌خط انجام می شود. اما، روش‌های برون‌خط امکان تعامل فعال با محیط ویا مقابله با اغتشاش را ندارند. لذا در روش‌های کنترلی مدرن، مسیر مفاصل ربات با استفاده از دو حلقه تودرتو تولید می‌شود. در حلقه بیرونی، مسیر مطلوب مفاصل که حرکت خواسته شده برای ربات را فراهم می آورد، به صورت برون‌خط طراحی می‌شود. در حلقه درونی، یک الگوریتم کنترلی وظیفه تطبیق مسیر مطلوب مفاصل را با شرایط ربات و محیط برعهده گرفته و مسیر مرجع مفاصل را به صورت برخط تولید می‌کند. در این رساله، طراحی الگوریتم تولید برخط مسیر مرجع مفاصل برای حرکت ربات دوپا با فرض داشتن کتابخانه‌ای از مسیرهای مطلوب مورد توجه قرار گرفته است. راه رفتن ربات دوپا یک حرکت متناوب است و لذا مسیر مطلوب مفاصل یک تابع متناوب است. از این رو، الگوریتم تولید مسیر مرجع مفاصل پیشنهادی در این رساله بر مبنای ایده مولد الگوی مرکزی پایه‌ریزی شده است که در آن از یک سیستم دینامیکی با چرخه حدی پایدار برای تولید مسیر مرجع مفاصل استفاده می‌شود. در حقیقت، این رساله به اولین گام در طراحی یک مولد الگوی مرکزی یعنی مسئله طراحی یک سیستم دینامیکی خودگردان که چرخه حدی آن قابل انطباق بر مسیر مطلوب مفاصل باشد، پرداخته است. بدین منظور، ابتدا با فرض این که مسیر مطلوب مفاصل یک تابع متناوب یک بعدی است، یک سیستم دینامیکی خودگردان با خروجی محدود طراحی شده است که چرخه حدی آن منطبق بر منحنی مسیر مطلوب در فضای حالت است. پس از آن، مجموعه‌ای از این سیستم‌های دینامیکی با یکدیگر کوپل شده و یک شبکه همزمان برای تولید مسیرهای مطلوب چند بعدی ارائه شده است. استدلال‌های لیاپانوف ثابت می‌کنند که این شبکه پایداری و همگرایی سراسری مسیر مطلوب چند بعدی را تضمین می‌کند. کارایی این شبکه که یک مولد الگوی مرکزی غیرمجتمع نامیده شده است، برای تولید مسیر مرجع مفاصل برای حرکت آزاد بازو و هم‌چنین راه‌رفتن ربات انسان‌نمای iCub مورد بررسی قرار گرفته است. این نتایج نشان می‌دهند که این مولد الگوی مرکزی برای راه‌رفتن ربات دوپا مناسب نیست، زیرا مسیر مرجع تولید شده برای مفاصل مختلف در ابتدای حرکت همزمان نیست. از این رو، در ادامه رساله یک مولد الگوی مرکزی که خروجی آن همواره همزمان است، طراحی شده است. این مولد الگوی مرکزی که تنها از یک سیستم دینامیکی تشکیل شده، مولد الگوی مرکزی مجتمع نامیده شده است. چرخه حدی این سیستم دینامیکی قابل انطباق بر مسیر متناوب مطلوب چند بعدی است و خروجی آن محدود است. دراین رساله، همچنین راهکاری برای تلفیق بازخورد حسگرها به عنوان یک سیگنال خارجی با شبکه مولد الگوی مرکزی مجتمع ارائه شده است. پایداری و همگرایی سراسری مسیر مطلوب در مولد الگوی مرکزی مجتمع با استفاده از استدلال‌های لیاپانوف اثبات شده‌اند. کارایی این مولد الگوی مرکزی برای تولید مسیر مرجع مفاصل برای حرکت آزاد بازوی ربات صنعتی kuka و راه‌رفتن یک ربات دوپای هفت لینکی نشان داده شده است. در هر دو مولد الگوی مرکزی پیشنهاد شده، پایداری و همگرایی مسیر مطلوب مستقل از پارامترهای سیستم هستند. لذا، این مولدهای الگوی مرکزی برعکس روش‌هایی که تاکنون ارائه شده‌اند، نیازی به تنظیم پارامترها برای تولید مسیر مطلوب ندارند. علاوه برآن، خروجی مولدهای الگوی مرکزی پیشنهاد شده محدود بوده و لذا، مسیر مرجع تولید شده محدودیت‌های موقعیت و سرعت مفاصل ربات را رعایت می‌کند. لغات کلیدی:طراحی برخط مسیر مرجع مفاصل، شبکه مولد الگوی مرکزی، نوسانگر قابل برنامه ریزی، محدودیت موقعیت و سرعت، همزمانی سیستم های دینامیکی، ربات دوپا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی