طراحي بهينه، ساخت و آزمايشي كراه‌رونده‌ دوپاي غيرفعال: ‏اثر پارامترهاي ساختاري بر بازده، پايداري و عبور از پستي و بلندي

Optimum design, manufacturing and experiment of a passive walking biped: effects of structural parameters on efficiency, stability and robustness on uneven trains

راهروندههاي غيرفعال ربات‌هايي هستند كه بر روي شيب‌هاي كوچك مي‌توانند حركت سيكلي پايداري شبيه راه‌رفتن را، بدون كنترل خارجي، داشته باشند. اين مفهوم در دهه 90 ميلادي توسط مك‌گير معرفي شد. در سال‌هاي اخير تحقيقات مختلفي در اين زمينه صورت گرفته است.با توجه به تازگي موضوع، تاثير پارامترهاي ساختاريبر حركت راه‌روندهو بهينه‌سازي آن‌ها‌ و شبيه‌سازي نرم‌افزاري،‌ با هدف تعريف روند طراحي و ساخت مدل و انجام آزمايش‌هاي عملي، مي‌تواند بيشتر مورد توجه قرار گيرد.در كار حاضر، با گسترش ساده‌ترين مدل راه‌رونده، مدلي نزديك‌تر به مدل قابل ساخت درنظر گرفته شده است. سپس، با تغيير پارامترهاي ساختاري،ميزان اثر بر بازده، پايداري و توانايي عبور از پستي و بلندي راه‌رونده و محدوده‌ بهينه آن‌ها بررسي شده است. نشان داده مي‌شود شعاع كف و مكان مركز جرم پاها بيشترين تاثير را بر پارامترهاي حركتي مدل دارد. پس از مقايسه نتايج با بررسي‌هاي مشابه پيشين و شبيه‌سازي در نرم‌افزار آدامز، روند ساخت مدلي بهينهبه روش الگوريتم ژنتيك پيشنهاد شده است. در انتها، با تعريف پنج مرحله آزمايش، نشان داده شد كه دركنار بهينه‌يابي پارامترهاي ساختاري بررسي دقيق‌تر برخوردها براي دست‌يابي به حركت بهينه بسيار مهم است.

Passive walkers are robots, which perform a walking like, stable limit cycle on small slopes without any external control. This concept was published on 90’s by McGeer and there are lots of related researches going on in the past few years. Keeping in mind the novelty of the concept, investigating the effects of structural parameters on walking performance and finding their optimums, simulating the biped and establishing a trend to its optimal design and build, and finally doing experimental researches, would be of a great concern.In this research, a deployed model of biped that can be built has been considered, and then its walking performance sensitivity such as efficiency, stability and robustness on uneven trains due to variation of structural parameters and their optimum limits have been investigated. It was shown that the foot arc radius and center of mass height have the most important effect on walking performance. After comparing the results with previous researches and doing simulations in MSC.ADAMS software, an optimum design trend has been suggested. At the end based on experimental results, it was shown beside optimization of structural parameters, considering the impact condition as well would be very important to achieve optimal walking.