%34تخفیف

تولید گام بهینه دویدن صفحه­ای برای یک ربات دوپای واقعی و مقایسه با کنترل بر مبنای آونگ وارون فنری

تعداد118صفحه  درword

گروه مهندسی مکاترونیک

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکاترونیک

 

تولید گام بهینه دویدن صفحه­ای برای

 

یک ربات دوپای واقعی و مقایسه با کنترل بر مبنای آونگ وارون فنری

کلید واژه:دوپا[1]، دویدن[2]،گام[3]،گشتاور[4]، طراحی گام[5]،بهینه‌سازی[6]، مدل SLIP[7]

چکیده:امروزه استفاده از ربات­ها در صنعت، پزشکی، آموزش، خدمات و … امری کاملاً عادی و فراگیر است. ربات­های دوپابه دلیل داشتن قابلیت­ها و ویژگی­های منحصربه‌فرد، توجه زیادی را به خود معطوف داشتهو کاربرد آن‌ها در طی زمان در حال افزایش می­باشد. در سال­های اخیر، مطالعه بر روی ربات­های دوپا با پای انعطاف‌پذیر به دلیل کارایی انرژی و شکل طبیعی حرکت آن‌هاموردتوجهقرار گرفته است. در فصل اول ابتدا به معرفی ربات­های دوپا پرداخته­ و در ادامه انواع مکانیزم­های حرکتی آن‌ها رامورد مطالعه قرار می­دهیم. برای ایجاد تعادل در ربات دوپا، روش­های مختلفی وجود دارد که توضیحی مختصر درباره هرکدام ارائه داده و در آخر راه رفتن و دویدن دوپا و فازهای مختلف آن‌ها راشرح داده و پیشینه هرکدام را موردبررسی قرار می­دهیم.در فصل دومپس از معرفی ربات دوپای واقعی موردمطالعهو تشکیل مختصات تعمیم­یافته، به استخراج معادلات دینامیکی دویدن ربات می‌پردازیم. مدل دینامیکی که بیانگر رابطه بین گشتاور موتورها، موقعیت، سرعت و شتاب لینک­های ربات است را با استفاده از معادلات لاگرانژ با تلفات ریلی به دست می­آوریم. با اعمال گشتاور مناسب به مدل دینامیکی ربات،حرکت دویدن متناوب با کمترین مقدار مصرف انرژی را تولید می­کنیم. برای این کار با فرض گشتاور به شکل توابع چندجمله‌ایو گسسته و با استفاده از بهینه­سازی، گشتاورهای مناسب را طوری به دست می­آوریم که ضمن متناوب بودن گام، مقدار مصرف انرژی نیز کمینه شود. برای بهینه­سازی از نرم­افزار متلب استفاده می­کنیم. خروجی حاصل از بهینه­سازی برای هرکدام از توابعگشتاور، بیانگر تابع تغییرات لازم برای گشتاور موتورها است که به ازای آن­ها گام متناوب و طبیعی مشابه با موجودات زنده با هزینه حمل مکانیکی کمینه، تولید می­شود. در فصل سومبرای اعتبار­سنجی، نتایج حاصل از مطالعه حاضر را با نتایج موجود از گامطراحی‌شده با استفاده از کنترل بر مبنای آونگ وارون فنری، مقایسه می­کنیم. با اینکه کنترل بر مبنای مدل SLIPیک روش بهینه محسوب می­شود، در این پژوهش گام­های دویدن بهینه­تری نسبت به روش فوق بدست آمده و درصد کاهش هزینه حمل مکانیکی به ازای توابع مختلف گشتاور محاسبه گردیده و مورد بحث و بررسی قرار داده­ایم.

[1] – Biped

[2] – Running

[3] – Gate

[4] – Torque

[5] – Gate planing

[6] – Optimization

[7] – Spring Loaded Inverted Pendulum

فهرست مطالب

عنوان     صفحه

1- پیشینهتحقیق.. 2

1-1-   مقدمه.. 2

1-1-1-……………………………………………………………………………………. رباتدوپا.. 2

1-1-2-                         انواعکلیرباتهایدوپا.. 4

1-1-3-                                                      انواعمکانیزم‌هایحرکتیربات­هایدوپا   6

1-1-4-                         مزیتپایانعطاف‌پذیر.. 8

1-1-5-                                            ایجادتعادلدرحرکترباتدوپا.. 9

1-2-   پیشینهپژوهش.. 9

1-2-1-                                                                   روش‌هایایجادحرکتوتعادلدررباتدوپا   9

1-2-2-………………………………………………………………………………………. راهرفتن.. 22

1-2-3-……………………………………………………………………………………………. دویدن.. 24

1-2-4-……………………………………………………………………………………. انگیزهها.. 30

1-2-5-……………………………………………………………………………………………. اهداف.. 31

1-2-6-         تعریفمسئله.. 31

1-2-7-     جمعبندی.. 32

2- موادوروش‌ها.. 34

2-1-   مقدمه.. 34

2-2-   معرفیومشخصاترباتاتریاسوفرضیاتمسئله.. 34

2-3-   مدل‌سازی.. 40

2-3-1-                                               مختصاتتعمیم‌یافتهرباتاتریاس.. 40

2-3-2-                                          مشخصاتفیزیکیرباتاتریاس.. 42

2-3-3-                                       معادلاتلاگرانژباتلفاتریلی.. 44

2-3-4-                    معادلاتدینامیکیدرصفحهنیمرخدرفازتکیه­گاهی.. 46

2-3-5-                                                                         معادلاتدینامیکیدرصفحهنیم­رخدرفازپرواز   53

2-3-6-                               مدل‌سازیفازکندهشدن.. 59

2-3-7-                        مدل‌سازیفازبرخورد.. 59

2-3-8-                                                 گاممتناوبباحداقلمصرفانرژی.. 61

2-4-   بهینه‌سازی.. 61

2-4-1-………………………………………………………………………………………. تابعهدف.. 62

2-4-2-                                                                       تعریفقیدمسئلهبااستفادهازنگاشتپوآنکاره   63

2-4-3-                                                    شاخصپیچیدگیمسئلهبهینه­سازی.. 64

2-4-4-                                                                                                  انتخابحل­کنندهمناسبواجرایبهینه­سازیبانرم­افزارمتلب   65

2-4-5-                    چگونگیاستخراجنقطهشروعمناسببااستفادهازنتایجکنترلبرمبنایSLIP  70

2-4-6-                    تولیدگامبهینهبافرضگشتاورهابهشکلتابعدرجهسه.. 71

2-4-7-                    تولیدگامبهینهبافرضگشتاورهابهشکلتابعدرجهچهار.. 75

2-4-8-                    تولیدگامبهینهبافرضگشتاورهابهشکلتابعدرجهپنج.. 79

2-4-9-                    تولیدگامبهینهبافرضگشتاورهابهشکلسریفوریه.. 82

2-4-10-                    تولیدگامبهینهبافرضگشتاورهابهشکلزمانگسسته.. 83

2-5-   الگوریتمژنتیک.. 87

2-5-1-                                                                   تولیدگامبهینهبااستفادهازالگوریتمژنتیک   88

3- جمعبندیونتیجه‌گیری.. 92

3-1-   مقایسهنتایجحاصلازمطالعهحاضرونتایجکنترلبرمبنایمدلآونگوارونفنری   92

3-2-   جمعبندیوپیشنهاد‌ها.. 94

4- فهرستمنابع.. 97

فهرست اشکال

عنوان     صفحه

شکل 1- 1- سیرتکاملیربات­هایدوپاساختشرکتهوندا[2].. 3

شکل 1- 2- (الف) رباتSony SDR-4X II [4]، (ب) رباتPetmanساختشرکتبوستونداینامیکس[3].. 4

شکل 1- 3- استخراجراهرفتنغیرفعالدرشیبروبهپایینباپیرویازروشMcGeer [5]   5

شکل 1- 4- دونمونهرباتدوپا، (الف) رباتغیرفعالدانشگاهCornell [6]، (ب) رباتفعالHubo [7].. 5

شکل 1- 5- نمونه‌ایازمکانیزمتلسکوپی [8].. 6

شکل 1- 6- نمونه‌هاییازمکانیزمزانودار (الف) رباتMABELدارایمکانیزمموازی[10] ، (ب) پایرباتاتریاسدارایمکانیزمسری[9].. 7

شکل 1- 7- نمودارمربوطبهنیرویعکس­العملسطحبرایرباتوانساندردوحالتراهرفتنودویدن[11].. 8

شکل 1- 8- سمتچپ: مدلرباتپنجلینکی،سمتراست: رباتواقعی[12].. 10

شکل 1- 9- الف: نمونهکپیازرباتمک‌گیر[13] ساخته‌شدهدردانشگاهکرنلدرگروهپروفسورRuina ،ب: ربات ” Mike” ساخته‌شدهدرآزمایشگاهبیورباتیکدانشگاهدلف[14].. 11

شکل 1- 10الف: تک­پاسه‌بعدیریبرت [15] دردانشگاهMITب: نسخهتوسعه‌یافتهرباتدوپاریبرت [16]… 12

شکل 1- 11- نقطهگشتاورصفر [17].. 12

شکل 1- 12- گشتاورهایواردبربدنومعیارZMP [18].. 13

شکل 1- 13- چندنمونهازربات­هاییکهازمعیارZMPبرایپایداریاستفادهمی­کنند،الف: رباتHRP-2[20]،ب: رباتwabian2،ج: رباتKHR-2 [21]،د: رباتHUBO FX-1 [22].. 13

شکل 1- 14- مدلSLIPپیشنهادشدهتوسطبلیکن [24].. 14

شکل 1- 15- شکلسمتچپ: مدلSLIPوپارامترهایمربوطبهآن،شکلوسط: مدلرباتجهندهریبرت،شکلسمتراست: تصویرمدلSLIPدریکدونده [26].. 15

شکل 1- 16- فازهایحرکتی،زیرفازهاوحالت­هایگذارمدلSLIP [25].. 15

شکل 1- 17- فازهایتکتکیه­گاهیوجفتتکیه­گاهیبرایراهرفتنرباتدوپاکهازمدلSLIPاستفادهمی­کند[11]… 17

شکل 1- 18- مدلSLIP،سمتراست: مدلSLIPفعالارائه‌شدهتوسطجولیاپیوان [29]   19

شکل 1- 19- رباتMABEL [10].. 20

شکل 1- 20- رباتچهارپاایبوتوالی،گام­هابراییکگاماستنتاجشده [32]   21

شکل 1- 21- رباتدوپاهوپا2 [33].. 22

شکل 1- 22- بخش‌هایمختلفراهرفتندوپا [36].. 22

شکل 1- 23- شماتیکرباتدرصفحهنیمرخبامراکزجرمهرکدمازلینک­ها [38]   24

شکل 1- 24- مراحلدویدندوپا [39].. 24

شکل 1- 25- نتایجبهینه‌سازیبرایگامدویدن [40].. 26

شکل 1- 26- الف: مدلSLIPغیرفعالپسازمواجههباموانعمی‌افتد،ب: مدلSLIPباکنترلEGBباموفقیتدرحفظتعادلگامدربرخوردباموانع [41]   27

شکل 1- 27- مدلSLIPباکنترل­گرEGBهنگامبرخوردباتغییرزمینمی­افتد[41] .   27

شکل 1- 28- مدلSLIP + EGB [43].. 27

شکل 1- 29- سمتراست: مکانیزمزانودار،سمتچپ: مکانیزمتلسکوپی [44]   28

شکل 1- 30- رباتدوپاپنجلینکی [47].. 29

شکل 2- 1- رباتاتریاسواجزایآن[9].. 35

شکل 2- 2- رباتاتریاسمقیدبهصفحهنیم­رخبهوسیلهBoom  [50].. 35

شکل 2- 3- نقشهپایرباتاتریاس[50].. 36

شکل 2- 4- نقشه­هایمربوطبهرباتاتریاسالف: سیستمدرایوب: روتور[50]   36

شکل 2- 5- نقشه­هایرباتاتریاسالف: اتصالفنرورانب: فنرران[50]   36

شکل 2- 6- نقشه­هایمربوطبهرباتاتریاسالف: رانب: اتصالفنرومیلهبالایی[50]   37

شکل 2- 7- نقشه­هایمربوطبهرباتاتریاسالف: فنرمیلهبالاییب: میلهپایینیج: ساقپا[50].. 37

شکل 2- 8- نقشهتنهرباتاتریاسترسیمشدهدرنرمافزارسالیدورکس[50]   37

شکل 2- 9- شماتیکیازپایرباتاتریاسومکانیزمفنرسری[9].. 38

شکل 2- 10- تغییرفنرهایصفحه­ایرباتاتریاسدرزمانبرخوردپابازمین[9]   39

شکل 2- 11- فنرصفحه­ایرباتاتریاسوتغییرشکلفنرهنگاماعمالباربهآن   39

شکل 2- 12- جهتگشتاوراعمالیموتورها،الف: پایتکیهگاهیدرحالتجمعشدن،ب: پایتکیهگاهیدرحالتبازشدن،ج: پایآونگی[51].. 40

شکل 2- 13- مختصاتتعمیم‌یافتهرباتاتریاس.. 41

شکل 2- 14- نحوهبدستآوردنمرکزجرممجموعهفنر.. 50

شکل 2- 15- نمودارهایگشتاورموجودحاصلازتولیدگامبرمبنایکنترلمدلSLIPرباتاتریاس   71

شکل 2- 16- نمودارهایگشتاوردرجهسهبرازششدهباگشتاورحاصلازکنترلبرمبنایمدلSLIPرباتاتریاس.. 72

شکل 2- 17- نمودارمقادیرتابعهدفوقیدبرحسبتعدادتکراربرایگشتاوردرجهسه   73

شکل 2- 18- نمودارانرژیمکانیکیرباتاتریاسبراییکقدمکاملباتابعگشتاوردرجهسه   73

شکل 2- 19- گشتاورهایبهینهحاصلازتابعگشتاوردرجهسهبراییکقدمکاملدویدناتریاس   74

شکل 2- 20- نمودارنیروهایعکسالعملپادرفازتکیه­گاهیبرایتابعگشتاوردرجهسه   74

شکل 2- 21- پیکره­بندیرباتدریکقدمکاملدویدنباگامطراحیشدهازتابعگشتاوردرجهسه.. 75

شکل 2- 22- نمودارهایگشتاوردرجهچهاربرازششدهبانمودارهایگشتاورحاصلازکنترلبرمبنایمدلSLIP. 76

شکل 2- 23- نمودارمقادیرتابعهدفوقیدبرحسبتعدادتکراربرایتابعگشتاوردرجهچهار   77

شکل 2- 24- نمودارانرژیمکانیکیرباتاتریاسبراییکقدمکاملباتابعگشتاوردرجهچهار   77

شکل 2- 25- گشتاورهایبهینهحاصلازتابعگشتاوردرجهچهاربراییکقدمکاملدویدناتریاس   78

شکل 2- 26- نمودارنیروهایعکسالعملپادرفازتکیه­گاهیبرایتابعگشتاوردرجهچهار.. 78

شکل 2- 27- پیکره­بندیرباتدریکقدمکاملدویدنباگامطراحیشدهازتابعگشتاوردرجهچهار   78

شکل 2- 28- نمودارهایگشتاوردرجهپنجبرازششدهبانمودارهایگشتاورحاصلازکنترلبرمبنایمدلSLIP. 79

شکل 2- 29- نمودارمقادیرتابعهدفوقیدبرحسبتعدادتکراربرایتابعگشتاوردرجهپنج   80

شکل 2- 30- نمودارانرژیمکانیکیرباتاتریاسبراییکقدمکاملباتابعگشتاوردرجهپنج   81

شکل 2- 31-  گشتاورهایبهینهحاصلازتابعگشتاوردرجهپنجبراییکقدمکاملدویدناتریاس   81

شکل 2- 32- نمودارنیروهایعکسالعملپادرفازتکیه­گاهیبرایمنحنیگشتاوردرجهپنج.. 81

شکل 2- 33- پیکره­بندیرباتدریکقدمکاملدویدنباگامطراحیشدهازتابعگشتاوردرجهپنج   82

شکل 2- 34- نمودارگشتاوربرازششدهسریفوریهباگشتاورهایحاصلازکنترلبرمبنایمدلآونگوارونفنری.. 83

شکل 2- 35- نمودارهایگشتاورگسستهبدستآمدهبااستفادهازنتایجبهینه­سازیگشتاوردرجهسه.. 84

شکل 2- 36- نمودارمربوطبهمقدارهزینهحملومقدارقیدبرحسبتعدادتکراربرایتوابعگشتاورگسسته.. 85

شکل 2- 37- نمودارانرژیمکانیکیرباتاتریاسبراییکقدمکاملباگسستهسازیگشتاور   86

شکل 2- 38- گشتاورهایبهینهحاصلازگسستهسازیگشتاوربراییکقدمکاملدویدناتریاس   86

شکل 2- 39-  نمودارنیروهایعکسالعملپادرفازتکیه­گاهیبرایگشتاورگسسته   86

شکل 2- 40- پیکره­بندیرباتدریکقدمکاملدویدنباگامطراحیشدهازگسستهسازیگشتاور.. 87

شکل 2- 41- نمودارنتایجحاصلازبهینه­سازیبااستفادهازالگوریتمژنتیک   88

شکل 2- 42- انرژیمکانیکیرباتاتریاسبراییکقدمکاملدویدنبااستفادهازالگوریتمژنتیکوگشتاوردرجه 4.. 89

شکل 2- 43- گشتاورهایبهینهحاصلازالگوریتمژنتیکوتابعگشتاوردرجهچهاربراییکقدمکامل   89

شکل 2- 44- نمودارنیروهایعکسالعملپا،بدستآمدهازالگوریتمژنتیکباتابعگشتاوردرجهچهار   90

شکل 2- 45- پیکرهبندیرباتدریکقدمکاملدویدن،گامطراحیشدهازگشتاوردرجهچهاربااستفادهازالگوریتمژنتیک.. 90

شکل 3- 1- نمودارخطاوهزینهحملبرایتعداد 10 قدمدویدنرباتاتریاسبااستفادهازکنترلبرمبنایآونگوارونفنری.. 92

شکل 3- 2- نمودارگشتاورهایحالتپایامربوطبهگامطراحی‌شدهبااستفادهازکنترلبرمبنایآونگوارونفنری.. 93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان     صفحه

جدول 2- 1- پارامترهایمربوطبهمختصاتتعمیم‌یافتهربات.. 42

جدول 2- 2- مشخصاتمربوطبهجرم،طول،مرکزجرمومماناینرسیرباتاتریاس   42

جدول 2- 3- جدولمربوطبهگشتاورموتورها.. 43

جدول 2- 4- پارامترهایبدستآمدهازشناساییسیستم.. 43

جدول 2- 5 –جدولمربوطبهانتخابحل­کنندهمناسب.. 66

جدول 2- 6- نتایجبهینه­سازیبااستفادهازتابعگشتاوردرجهسهباتعدادتکرارهایمختلف.. 72

جدول 2- 7- نتایجبهینه­سازیبااستفادهازتابعگشتاوردرجهچهارباتعدادتکرارهایمختلف.. 76

جدول 2- 8- نتایجبهینه­سازیبااستفادهازتابعگشتاوردرجهپنجباتعدادتکرارهایمختلف.. 80

جدول 2- 9- نتایجحاصلازبهینه­سازیباگسسته­سازیگشتاورهاواستفادهازمیانیابیخطی.. 85

جدول 3- 1- نتایجبهینه­سازیحاصلازحل­کنندهfmincon،الگوریتمژنتیکومدلSLIPرباتاتریاس.. 93

جدول 3- 2- مقدارکاهشهزینهحملحاصلازبهینه­سازینسبتگامکنترلبرمبنایمدلآونگوارونفنری.. 94

 

 

 

1 دیدگاه برای تولید گام بهینه دویدن صفحه­ای برای یک ربات دوپای واقعی و مقایسه با کنترل بر مبنای آونگ وارون فنری

  1. farmacia en línea en España para el naproxenr

    Really had to stress I’m just grateful I came on the internet page! farmacia che vende tamsulosin a Venezia

دیدگاه خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo