از وقتی که ربات های دو پا اولین گام های خود را برداشتند، اکثریت آن ها با پیکربندی مفصل اصلی/سیستم محرک در پاهای خود طراحی شده اند. این طراحی، بر اساس مدل ساده شده از پای انسان است که فقط از شش موتور (سه عدد برای مفصل ران، یک عدد برای زانو و دو عدد برای مچ پا) استفاده می کند و اگرچه موفقیت خود را اثبات کرده است، اما محدودیت هایی را نیز در 25 سال گذشته از خود نشان داده است. هم اکنون محققان موسسه رباتیک ربات های انسان نما در دانشگاه واسدا (زادگاه اولین ربات انسان نمای واقعی)، شروع به بازسازی پای ربات ها، به وسیله ی توسعه ساق پای کاملا جدید کرده اند که نزدیک تر به راه رفتن انسان است.

این محققان با سرپرستی پروفسور آتسو تاکانیشی، کار پیشگامانه ی خود را در کنفرانس بین المللی IEEE رباتیک و اتوماسیون (ICRA)، در اوایل ماه می در آلمان ارائه داده اند. برای طراحی و تست ماهیچه ساق پای ساخته شده، این گروه یک نگاه دقیق تر به پاهای یکی از ربات های خود کرده است: WABIAN-2R (ربات انسان نمای دو پا واسدا - دومین تصحیح) که به عنوان یکی از پیچیده ترین ربات های جهان از زمان رونماییش در سال 2006 شناخته شده است. این ربات با ارتفاع 148 سانتی متر و وزن 64 کیلوگرم و 41 درجه آزادی، می تواند حرکاتی شبه انسانی را انجام دهد. چیزی که آن را از بسیاری از ربات های دوپا جدا می کند، لگن انعطاف پذیرش است که به ربات، توانایی راه رفتن با زانوهای کشیده را می دهد (برخلاف ربات آسیموی هوندا).

اکثر ربات های دوپا با پاهای صاف که موازی زمین هستند، راه می روند ولی پاهای WABIAN-2R با قوس های انحنادار و انگشتان قابل انعطاف، ابتدا پاشنه را بر روی زمین می گذارند و سپس انگشتان پا را بلند می کنند. این یک پیشرفت تلقی می شود، اما همچنان چندین تناقض آزار دهنده باقی مانده است: انسان ها تقریبا با فاصله 90 میلی متری بین پاهای خود راه می روند که این مقدار در ربات مذکور، به دلیل موتورهای بزرگ قرار گرفته بر روی مچ پایش، دوبرابر شده است. در هنگام راه رفتن، مرکز جرم ربات دارای جنبش جانبی 50 میلی متر است (در مقایسه با مقدار 30 میلی متر انسان ها) و نمی تواند چرخش پای انسان ها (تقریبا با 12 درجه) را به دلیل فقدان مفصل انحراف در قوزک پا تقلید کند، مشکلی که این ربات و سایر ربات های دوپا، از پیکربندی مفصل قدیمی به ارث برده اند.

بنابراین با چنین محدودیت های دیده شده، محققان دانشگاه واسدا شروع به کار بر روی پای جدید خود کرده اند. فقدان چرخش پا می تواند از محور انحراف در لگن باشد، اما این محور همچنین می تواند چرخش زانو و مشکلات مربوط به خود را باعث شود. در عوض، محققان تصمیم گرفتند که یک مفصل انحراف را در جایی زیر زانو قرار دهند که در عین حال، اندازه کلی ساق پا را برای کم کردن پهنای بین پاها در هنگام گام برداشتن کاهش دهد. آن ها کار خود را با اندازه ی متوسط و دامنه حرکتی موجود در انسان آغاز نمودند و داده های ضبط شده از حرکات و جنبش ها را برای تعیین الزامات عملکرد مطلوب مچ پای جدیدشان، تجزیه و تحلیل کردند.

در طراحی نمونه اولیه، چرخش انحراف توسط یک موتور واقع در بالای ساق پا و درست در زیر زانو تامین شد. همچنین به طور معمول دو موتور در مچ پا برای گام برداشتن و غلتیدن در مکانیزم موازی قرار داده شد. اما در این قسمت، این گروه به اولین مشکل عمده خود رسید: هیچ توپی مفصل تجاری به اندازه ی کافی قوی، برای مقاومت در برابر بارهای فشاری در دسترس نیست. راه حل آن ها، طراحی یکی از این مفصل ها با کمک شرکت ژاپنی Hephaist Seiko بود. (این پروژه در یک قسمت توسط موسسه رباتیک ربات های انسان نما، RoboSoM و MEXT ژاپن حمایت شده بود).

اما مفصل همه منظوره ی این نمونه ی اولیه ی ساق پا، باعث مشکلاتی شده و نیاز به طراحی دوباره داشت. ترفندهای جزیی در این مفاصل همه منظوره و تغییرات مواد، منجر به استحکام بهبود یافته وسیع و افزایش طیف تحرک شد. بدین ترتیبت، این راه حل و دیگر اصلاحات، منجر به یک سیستم کاملا جدید (تصویر بالا، سمت راست) شده است. محققان این ساق پای جدید را در ربات انسان نمای خود نصب کرده اند که اکنون با نام WABIAN 2RIII خوانده می شود.

این بار، این ربات بسیار حیرت انگیز عمل کرده است. در آزمایش ها وقتی که ربات در محلی راه می رود (می توانید در ویدئوی زیر ببینید)، نه تنها قادر به مطابقت با گام های انسان در 0.6 ثانیه بوده است، بلکه همچنین قادر به تطبیق با 12 درجه چرخش پای مورد نیاز و پهنای 90 میلی متری بین پاها گردید (تصویر سمت راست پایین، این طراحی جدید را نشان می دهد و تصویر سمت چپ، ربات اولیه را با صفر درجه چرخش پا و عرض گام های 180 میلی متر نشان می دهد). محققان همچنین با موفقیت، مرکز جرم حرکت جانبی ربات را از 50 میلی متر تا 34 میلی متر کاهش دادند (که تنها 4 میلی متر با یک انسان واقعی فاصله دارد).

در مرحله بعد، این تیم قصد دارد که راه رفتن رو به جلو را آزمایش کند و می توان مطمئن بود که آن ها می توانند برای دستیابی به راه پیمایی انسان-مانند واقعی تر، تنظیماتی را بر روی الگوی راه رفتن خود انجام دهند.

محققان: T. Otani، A. Iizuka؛ D. Takamoto؛ H. Motohashi؛ T. Kishi، P. Kryczka؛ N. Endo؛ L. Jamone ؛K. Hashimoto؛ T. Takashima؛ H.O. Lim و A. Takanishi، گزارش نتایج خود را در مقاله ای با نام " مکانیسم ساق پای جدید در ربات انسان نما برای تقلید از راه رفتن شبه انسانی در سطوح افقی و رو به جلو" در ICRA آلمان منتشر کردند.

دانلود کلیپ

منبع : spectrum.ieee
مطلبی که مطالعه نمودید ترجمه کامل از لینک منبع می باشد و هرگونه اشتباه در جزییات به عهده مرجع می باشد