مدل‌سازي ديناميكي تركيبي يك ربات دوپا راه رونده چرخه حدي ناقص عملگر و كنترل آن در برابر اغتشاش خارجي ضربه اي

Hybrid Dynamical Modeling and Control of an Under-Actuated Limit Cycle Walker Subjected to Impulsive External Disturbances

رباتهای دوپا راه رونده چرخه حدی از نظر مصرف انرژی بسيار كارآمد هستند و حركات آنها طبيعی و مشابه انسان است، اما قابليت آنها در دفع اغتشاش خارجی در مقايسه با رباتهايی كه بر اساس نقطه ممان صفر راه می روند، به خوبی بررسی نشده است. در اين مقاله يك مدل هفت درجه آزادی صفحه ای تركيبی (گسسته-پيوسته) و ناقص عملگر (چهار عملگر) برای ربات راه رونده چرخه حدی در نظر گرفته شده است. فرض می شود كه ربات به هنگام راه رفتن تحت يك اغتشاش ضربه ای خارجی قرار می گيرد. ابتدا نگاشتهايی جهت ارتباط دادن حالتهای قبل و پس از برخورد پاها با زمين و همچنين اغتشاش ضربه ای به دست آمده است و سپس به كنترل ربات پرداخته شده است. كنترل بر اساس تعيين قيود مجازی هولونوميك برای كنترل كننده پسخورد بر پايه پيشامد انجام می پذيرد تا چرخه حدی پايدار برای ربات پس از اعمال اغتشاش توليد كند. شبيه سازی های متعددی با در نظر گرفتن اغتشاش در هنگام راه رفتن انجام شده است. نتايج، عملكرد روش در بازيابی تعادل در برابر اغتشاشاتی كه در صفحه ساجيتال به سمت جلو و عقب به هنگام فاز تك تكيه گاهی و دو تكيه گاهی وارد می شوند را نشان می دهد. علاوه بر آن، نتايج نشان داد كه حركات شبيه سازی شده مشابه عكس العمل های مشاهده شده در انسان برای بازيابی تعادل در برابر اغتشاشات است.

The motions which are achievable by Limit Cycle Walkers are energetically efficient and natural looking. But their capability in external disturbance rejection is still an unexplored field of study in comparison with ZMP based walkers. In this paper a planar, under-actuated and hybrid Limit Cycle Walker with seven degrees of freedom (DOF) is considered. During walking, it is assumed that the robot is subjected to an impulsive external disturbance. First, some maps have been obtained to relate the states of the system just before and just after the impact events. Then, the control is done based on the determination of holonomic constraints for the event-based feedback controller. Several simulations have been done considering disturbances exerted during walking. The results showed the performance of the method in recovery of disturbances occurring in the sagittal plane in both anterior and posterior directions. Moreover, the results showed that the simulated motions can be characterized in terms of strategies observed in human for balance recovery against perturbations during walking. Keywords: Limit Cycle Walker, External Disturbance