عنوان کامل پروژه:

پروژه طرح‌ریزی مسیر بهینه حرکت لینک‌های ربات دوپا در حالت دویدن و بهبود عملکرد آن با استفاده از مدل ماهیچه نوع هیل با استفاده از نرم افزار MATLAB و به همراه فیلم آموزشی نرم افزار MATLAB

امروزه ربات‌ها در زندگی انسان در بخش های مختلفی مورداستفاده قرار می گیرند. ربات‌های دوپا به دلیل شباهت ظاهری به انسان در بین دیگر ربات ها از اهمیت ویژه ای برخوردار می‌باشند. ربات های دوپا در راه رفتن و دویدن دینامیکی با استفاده از واژگونی خود دارای بازدهی بالاتر نسبت به ربات هایی است که گام های متناوب حرکت آنها به صورت استاتیکی انجام می‌پذیرد. بدون شک در شرایط موردنیاز ربات باید قادر به دویدن باشد؛ سرعت دویدن نیز می تواند بسته به موقعیت، حائز اهمیت باشد. استفاده از لینک های فنری موجب کاهش ضربه سطح به ربات، افزایش بازدهی و همچنین حرکت روان‌تر می‌شود. مشکل اصلی استفاده از لینک‌های انعطاف‌پذیر، کنترل دشوار ربات می‌باشد. تا کنون مدل‌های مختلفی برای دویدن ربات با استفاده از لینک‌های انعطاف پذیر ارائه‌ شده است؛ که مدل آونگ فنری وارون (SLIP) را می توان به‌ عنوان یکی از بهترین مدل های ارائه‌ شده برای دویدن با لینک های انعطاف پذیر نام برد. در این مدل کل ربات بر اساس حرکت یک آونگ فنری وارون مدل‌سازی و کنترل می‌شود. پیاده‌سازی این مدل در عمل بسیار مشکل است. مکانیسم دویدن سیستم‌های بیولوژیکی به دلیل دارا بودن قسمت‌های انعطاف‌پذیر، دارای بازدهی بالاتری نسبت به سیستم‌های مکانیکی هستند. در این پروژه ابتدا به بررسی فیزیولوژی ماهیچه می‌پردازیم و سپس مدل مکانیکی هیل را ارائه می کنیم؛ بر اساس فیزیولوژی ماهیچه مدل‌های مکانیکی مختلفی ارائه‌ شده است که ما به دلیل سادگی و دارا بودن المان‌های اساسی مورد نیاز برای دویدن دوپا، مدل ماهیچه نوع هیل را انتخاب کرده‌ایم. تا پس‌ از آن بتوانیم سیستم تحریک فنری عملی دارای کارایی انرژی نزدیک به عملکرد ماهیچه‌ها را برای ربات‌های دوپا پیشنهاد دهیم. در این پروژه با استفاده از نرم افزار MATLAB با ارائه یک روش ابتکاری برای تحریک ناقص ربات با استفاده از سینماتیک و دینامیک معکوس برای هر مسیر دلخواه سازگار با شرایط اولیه ربات پروفیل نیروهای مورد نیاز محاسبه می گردد؛ که ربات بتواند آن را طی کند و برای اعتبارسنجی آن را با دینامیک مستقیم چک کردیم. در قدم بعد از مدل ماهیچه استفاده‌ شده است که از ثمرات آن می توان به کاهش ضریب مصرف انرژی کل و همچنین کاهش ماکزیمم نیروی محرک ماهیچه نسبت به نیروی لازم‌ کل نام برد. دویدن ربات می­تواند بسته به موقعیت(نبرد، ربات­های امدادگر دوپا و... ) بسیار حائز اهمیت باشد. استفاده از لینک­های فنری موجب کاهش ضربه سطح به ربات، افزایش بازدهی و همچنین حرکت روان­تر می‌شود. مشکل اصلی استفاده از لینک­های انعطاف‌­پذیر، کنترل دشوار ربات می‌­باشد.

در این پروژه با ارائه یک روش ابتکاری با استفاده از سینماتیک و دینامیک معکوس در نرم افزار MATLAB برای هر مسیر دلخواه، پروفیل نیروهای مورد نیاز برای دویدن ربات محاسبه می­‌گردد؛ اعتبارسنجی آن با دینامیک مستقیم انجام شده است. در قدم بعد از مدل ماهیچه استفاده‌ شده است که از ثمرات آن می­ توان به کاهش ضریب مصرف انرژی کل و همچنین کاهش ماکزیمم نیروی محرک ماهیچه نسبت به نیروی­ لازم‌ کل اشاره کرد. حل دیفرانسیلی توابع  پروژه در نرم افزار متلب  ( MATLAB ) ورژن R2013a  انجام شده است. در این پروژه طرح ریزی دویدن ربات در حالت های یک لینکی، سه لینکی و پنج لینکی انجام شده است.