روبات های متحرک

روبات‌های متحرک با مکانیسم‌های مختلف حرکت، استقلال داخلی محدودی را نشان داده‌اند که اطلاعات را از حسگرهای داخلی و خارجی برای حرکت از پیش برنامه‌ریزی‌شده و هدف‌گرا به‌دست می‌آورد [1،2،3]. ربات های پا دارای امکانات بیشتری نسبت به ربات های چرخدار و ردیاب از نظر محیط های کاری هستند. ربات های پا می توانند در زمین های منظم و نامنظم بدون هیچ گونه تغییر سخت افزاری حرکت کنند و تحرک استثنایی از خود نشان داده اند [4]. به طور کلی، ربات دو پا از نحوه حرکت انسان تقلید می کند. در نظر گرفته شده است که وظایف مختلفی از جمله فعالیت های غیرنظامی و نظامی در شرایط خطرناک، سرگرمی و آموزش و کمک به سالمندان و معلولان را انجام دهد. به دلیل کوچکتر بودن سطح تماس پا با زمین و تعداد کمتر عامل محرکه، مصرف انرژی کل ربات های راه رفتن دوپا ممکن است در مقایسه با روبات های چند پا کمتر باشد [5]. مروری تاریخی بر روبات‌ها و ماشین‌های پا رانده، و همچنین مقدمه‌ای بر الگوی راه رفتن و ژنراتورهای پایداری، در مقالات Bekey GA [6]، Raibert MH [7] و Al-Shuka [8،9] ارائه شده است. ]، به ترتیب. اطلاعات جمع آوری شده توسط حسگرهای ربات می تواند برای تجزیه و تحلیل بلادرنگ محیط استفاده شود. علاوه بر این، روبات‌های شناختی مانند همراهان ربات هوشمند وجود دارند که ممکن است در درمان کودکان مبتلا به اختلال طیف اوتیسم (ASD)، افسردگی، یا به عنوان کمکی برای سالمندان مفید باشند [10،11،12،13].

به طور کلی، چالش‌های رایج ربات‌های دوپا شامل موارد زیر است، اما به آنها محدود نمی‌شود:

• روبات های دوپا به دلیل مفاصل غیرفعال واقع در تماس یک طرفه بین پا و زمین، ساختارهای ناپایداری دارند [14،15،16].
• تماس یک طرفه پا با زمین و یک پیکربندی پیچیده از چرخه راه رفتن، خط سیر بسیار غیرخطی ربات دوپا را ایجاد می کند [14،17].
• ربات های دوپا دارای درجات آزادی چندگانه (DOFs) هستند. اکثر محققان از مدل های ساده شده برای رسیدن به یک مبادله بین سادگی و مهارت استفاده می کنند [18].
• ربات‌های دوپا اغلب برای تعامل با محیط‌های ناشناخته طراحی می‌شوند و انتظار می‌رود به سطح بالایی از استقلال دست یابند [19،20].
• شبیه سازی به عنوان بخشی از بسیاری از استراتژی های کنترلی برای راه رفتن دوپا لازم است [19،21]

این مباحث مربوط به مکانیک پیشرفته، تئوری کنترل، الکترونیک، هوش مصنوعی (AI) و دانش آناتومی انسان است. بدیهی است که تحقیق و توسعه ربات های راه رفتن دوپا واقعا بین رشته ای هستند. برای حل این مشکلات، همکاری نزدیک تیم های تحقیقاتی از حوزه های مختلف لازم است. تا آنجا که می دانیم، اولین ربات راه رفتن در ایلیاد توسط هومر شرح داده شده است. یک وسیله چوبی راه رفتن به نام مو نیو لیو ما (به زبان چینی) در سال 231 طراحی شد. مطالعات مدرن روی ربات های انسان نما در اوایل دهه 1960 با دست ها و بازوهای مصنوعی برای حمایت از کار فیزیکی مردان آغاز شد. در سال 1969، ووکابراتوویچ و همکاران. [22،23] چندین اسکلت بیرونی خودکششی اصلی را برای کمک به افراد پاراپلژیک توسعه دادند. با این حال، شناخته شده ترین ربات انسان نما Asimo است که توسط هوندا در سال 2000 بر اساس نمونه اولیه E0 (1986) ساخته شد [24].
مقالات مروری در مورد ربات های دوپا را می توان در ادبیات علمی یافت [25،26،27،28،29،30]. Wahde و همکاران [25] پیشرفت تحقیقاتی رباتیک دوپا و انسان نما را در سال 2002 ارائه کردند. نویسندگان پروژه های تجاری و تحقیقاتی را که ربات های دوپا الهام گرفته شده از بیولوژیکی را نشان می دادند، توصیف کردند. بزرا و همکاران [26] مروری بر انواع اصلی ربات‌های دوپا ارائه کرد که تا سال 2004 توسعه یافتند. سیلوا و همکاران. [4] مروری در زمینه روش‌های بهینه‌سازی برای ساخت و نحوه حرکت ربات‌های راه‌رو ارائه کرد که با مصرف انرژی بیشتر در مقایسه با روبات‌های روی چرخ مشخص شد [27]. فیشت و همکاران [28] جنبه مهمی از توسعه ربات‌های پیاده‌روی مدرن را مورد بررسی قرار داد – یک ربات انسان‌نما با ساختار کاملاً چاپ‌شده سه‌بعدی که توسط اجزای خارج از قفسه پشتیبانی می‌شود. این روش به طور قابل توجهی هزینه اجرا را کاهش می دهد و امکان اصلاح ساختار را فراهم می کند. یه و همکاران [29] مروری کوتاه بر روش هایی ارائه کرد که راه رفتن و دویدن پایدار را در ربات های دوپا امکان پذیر می کند. روش های مدرن به طور قابل توجهی استقامت و سازگاری روبات ها را بهبود می بخشد. آنها می توانند از زمین های ناشناخته با تغییرپذیری زمین بیش از 20٪ طول پاها عبور کنند. روبات‌های دوپا می‌توانند پس از فشار ناگهانی، نه تنها در حالت ساکن، بلکه در حین حرکت، تعادل را دوباره به دست آورند. با این حال، دویدن هنوز برای ربات ها یک مشکل است. Ficht et al. [30] مروری بر پیشرفته ترین راه حل ها برای روبات های دو پا ارائه کرد.

منابع

1. Morecki, A.; Knapczyk, J. CISM courses lecture notes. In Basis of Robotics: Theory and Components of Manipulators and Robots; Springer: New York, NY, USA, 1999; Volume 402. [Google Scholar]
2. Wolovich, W.A. Robotics: Basic Analysis and Design; Saunders College Publishing: Philadelphia, PA, USA, 1987; Volume 393. [Google Scholar]
3. Lima, P.; Ribeiro, M.I. Mobile Robotics; Course Handouts; Instituto Superior Técnico/Instituto de Sistemas e Robótica: Lisboa, Portugal, 2002. [Google Scholar]
4. Silva, M.F.; Machado, J.T. A literature review on the optimization of legged robots. J. Vib. Control 2012, 18, 1753–1767. [Google Scholar] [CrossRef]
5. Vaughan, C.L. Theories of bipedal walking: An odyssey. J. Biomech. 2003, 36, 513–523. [Google Scholar] [CrossRef]
6. Bekey, G.A. Autonomous Robots: From Biological Inspiration to Implementation and Control; MIT Press: Cambridge, MA, USA, 2005; p. 577. ISBN 0-262-02578-7. [Google Scholar]
7. Raibert, M.H. Legged robots that balance. IEEE Expert 1986, 1, 89. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Al-Shuka, H.F.N.; Corves, B.; Zhu, W.H.; Vanderborght, B. Multi-level control of zero-moment point-based humanoid biped robots: A review. Robotica 2016, 34, 2440–2466. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Al-Shuka, H.F.N.; Allmendinger, F.; Corves, B.; Zhu, W.H. Modeling, stability and walking pattern generators of biped robots: A review. Robotica 2014, 32, 907–934. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Meghdari, A.; Shariati, A.; Alemi, M.; Nobaveh, A.A.; Khamooshi, M.; Mozaffari, B. Design performance characteristics of a social robot companion arash for pediatric hospitals. Int. J. Hum. Robot. 2018, 15, 1850019. [Google Scholar] [CrossRef]
11. Chen, K.; Lou, V.W.; Tan, K.C.; Wai, M.; Chan, L. Effects of a humanoid companion robot on dementia symptoms and caregiver distress for residents in long-term care. J. Am. Med. Dir. Assoc. 2020, 21, 1724–1728. [Google Scholar] [CrossRef]
12. Qidwai, U.; Kashem, S.B.A.; Conor, O. Humanoid robot as a teacher’s assistant: Helping children with autism to learn social and academic skills. J. Intell. Robot. Syst. 2020, 98, 759–770. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Robinson, P.; el Kaliouby, R. Computation of emotions in man and machines. Phil. Trans. R. Soc. B 2009, 364, 3441–3447. [Google Scholar] [CrossRef]
14. Vukobratović, M.; Borovac, B. Zero-moment point—Thirty five years of its life. Int. J. Hum. Robot. 2004, 1, 157–173. [Google Scholar] [CrossRef]
15. Kim, D.; Seo, S.-J.; Park, G.T. Zero-moment point trajectory modelling of a biped walking robot using an adaptive neuro-fuzzy system. IEEE Proc. Control Theory Appl. 2005, 152, 411–426. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Park, I.-W.; Kimand, J.-Y.; Oh, J.-H. Online biped walking pattern generation for humanoid robot KHR-3 (kaist humanoid robot-3: Hubo). In Proceedings of the 2006 6th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, Genova, Italy, 4–6 December 2006; pp. 398–403. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Zhu, W.-H. Virtual Decomposition Control: Toward Hyper Degrees of Freedom Robots; Springer Science & Business Media: Berlin/Heildelberg, Germany, 2010; Volume 60. [Google Scholar]
18. Golliday, C.; Hemami, H. An approach to analyzing biped locomotion dynamics and designing robot locomotion controls. IEEE Trans. Autom. Control 1977, 22, 963–972. [Google Scholar] [CrossRef]
19. Vanderborght, B.; Van Ham, R.; Verrelst, B.; Van Damme, M.; Lefeber, D. Overview of the Lucy project: Dynamic stabilization of a biped powered by pneumatic artificial muscles. Adv. Robot. 2008, 22, 1027–1051. [Google Scholar] [CrossRef]
20. Zielińska, T. Walking Machines: Basics, Design, Control and Biological Patterns; WydawnictwoNaukowe PWN: Warsaw, Poland, 2013. [Google Scholar]
21. Raibert, M.; Tzafestas, S.; Tzafestas, C. Comparative simulation study of three control techniques applied to a biped robot. In Proceedings of the IEEE Systems Man and Cybernetics Conference—SMC, Le Toruquet, France, 17–20 October 1993; Volume 1, pp. 494–502. [Google Scholar] [CrossRef]
22. Vukobratovic, M.; Ciricand, V.; Hristic, D. Contribution to the study of active exoskeletons. In Proceedings of the 5th International Federation of Automatic Control Congress, Paris, France, 12–17 June 1972; pp. 13–19. [Google Scholar]
23. Vukobratovic, M. When were active exoskeletons actually born? Int. J. Hum. Robot. 2007, 4, 459–486. [Google Scholar] [CrossRef]
24. Hirose, M.; Ogawa, K. Honda humanoid robots development. Philos. Trans. R. Soc. Math. Phys. Eng. Sci. 2007, 365, 11–19. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
25. Wahde, M.; Pettersson, J. A brief review of bipedal robotics research. In Proceedings of the 8th UK Mechatronics Forum International Conference (Mechatronics 2002), Enschede, The Netherlands, 24–26 June 2002; pp. 480–488. [Google Scholar]
26. Bezerra, C.A.D.; Zampieri, D.E. Biped robots: The state of art. In International Symposium on History of Machines and Mechanisms; Ceccarelli, M., Ed.; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 2004. [Google Scholar] [CrossRef]
27. Shi, X.; Gao, J.; Lu, Y.; Tian, D.; Liu, Y. Biped Walking Based on Stiffness Optimization and Hierarchical Quadratic Programming. Sensors 2021, 21, 1696. [Google Scholar] [CrossRef]
28. Ficht, G.; Farazi, H.; Brandenburger, A.; Rodriguez, D.; Pavlichenko, D.; Allgeuer, P.; Hosseini, M.; Behnke, S. NimbRo-OP2X: Adult-sized open-source 3D printed humanoid robot. In Proceedings of the 2018 IEEE-RAS 18th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), Beijing, China, 6–9 November 2018; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2019; pp. 1–9. [Google Scholar] [CrossRef]
29. Ye, X.; Bin, L.; Anhuan, X.; Dan, Z. A review: Robust locomotion for biped humanoid robots. In Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series, 2020 4th International Conference on Control Engineering and Artificial Intelligence (CCEAI 2020), Singapore, 17–19 January 2019; Volume 1487. [Google Scholar] [CrossRef]
30. Ficht, G.; Behnke, S. Bipedal humanoid hardware design: A technology review. Curr Robot. Rep. 2021, 2, 201–210. [Google Scholar] [CrossRef]

برای دانلود پروژه نمونه معماری ترکیبی الهام گرفته شده زیستی برای ربات های رونده از طریق مولدهای الگوی مرکزی با استفاده از FPGA های منبع باز به همراه شبیه سازی، اینجا کلیک کنید.

پروژه مشابه دارید؟

برای ثبت سفارش در سیمیا می توانید از طریق اپلیکیشن سیمیا، یا فرم ثبت سفارش در سایت اقدام کرده و یا از طریق ایمیل، واتساپ، تلگرام و اینستاگرام اقدام نمایید.

اپلیکیشن سیمیا را از بازار و مایکت دانلود کنید.

سریع ترین راه پاسخگویی سیمیا، واتساپ و سروش می باشد. لینک واتساپ، اینستاگرام و تلگرام در پایین سایت وجود دارد.

 09392265610

نشانی ایمیل سیمیا simiya_ht@yahoo.com می باشد.

از برقراری تماس برای هماهنگی پروژه خودداری کنید، حجم بالای سفارشات به ما اجازه نمی دهد تا از طریق تلفن پاسخگوی شما عزیزان باشیم، حتما درخواست خود را به صورت مکتوب و از طریق یکی از راه های ذکر شده فوق ارسال نمایید، درخواست خود را به طور کامل و با تمام فایل ها و توضیحات لازم ارسال نمایید تا مدت زمان بررسی آن به حداقل برسد. پس از تعیین کارشناس، در اسرع وقت به شما پاسخ می دهیم.