بهینه سازی همزمان منحنی محدب کف پا و سیکل راه رفتن در یک راه رونده دو پا با مچ بدون درجه آزادی اضافه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه بیومکانیک و سیستمهای حرکتی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

2 هیأت علمی/ دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

3 هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

چکیده

هندسه ناحیه تماس اندام حرکتی تحتانی با زمین اهمیت قابل توجهی در مشخصه‌های سیکل گیت دارد. در پژوهش حاضر، طراحی و تحلیل منحنی محدب کف پا در سیکل راه رفتن با هدف دستیابی به کمینه انرژی مصرفی در راه رفتن روی سطح افقی صورت گرفته است. به این منظور، مدل معروف جرم متمرکز با نقطه تماس ثابت به مدلی با نقطه تماس متحرک بر روی یک منحنی به نام منحنی کف پا و بدون درجه آزادی اضافه توسعه یافته است. با توجه به متأثر بودن سیکل گیت بهینه از هندسه مدل، افزودن منحنی کف پا بازسازی سیکل راه رفتن را الزام می‌کند. در نتیجه در این پژوهش، بهینه‌سازی همزمان برای یافتن ترکیب بهینه منحنی محدب کف پا و سیکل راه رفتن انجام شده است. برای اجتناب از هزینه محاسباتی بسیار بزرگ برای حل عددی، متغیر طراحی از توابع پیوسته به برداری با بعد محدود کد شده و در دو حلقه تو در تو با روش‌های ازدحام ذرات و تندترین کاهش حل شده است. قیود سینماتیک و الزامات مربوط به حرکت تکراری، پیوسته و متقارن استخراج شده و در روند بهینه‌سازی ارضا شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده است که اثر بهینه‌سازی همزمان هندسه و مسیر در تابع هزینه بسیار چشمگیر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simultaneous optimization of sole curve and gait cycle in a biped walker without extra DOF in ankle

نویسندگان [English]

  • Fateme Ghafouri 1
  • Mohammad Hadi Honarvar 2
  • Mohammad Mahdi Jalili Bahabadi 3
1 BMMS Lab., Mechanical Engineering Dpt., Yazd University
2 Faculty member / Mechanical Engineering Dpt., Yazd university
3 Faculty member / Mechanical engineering dpt., Yazd University
چکیده [English]

The geometry of a foot is so important in the specification of the gait cycle. This research deals with designing and analyzing the foot shape in the gait cycle in order to achieve the least energy consumption during walking on a flat ground. The famous point mass model has been improved to a model with a moving contact point on a convex sole without adding an extra degree of freedom. As the convex sole is added to the model, motion reconstruction is needed because of the effects of the model's geometry on optimized gait cycle. Therefore, in this research, simultaneous optimization has been done to find the optimized sole shape and hip trajectory. To avoid high computational cost, optimization variables have been coded into vectors with limited dimensions and obtained by using particle swarm optimization (PSO) and steepest descent algorithm together. Kinematic constraints and requirements of a continues, repetitive and symmetrical locomotion have been driven and satisfied during optimization. The results have been shown that optimization of the sole shape and hip trajectory has great effects on the cost function.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gait cycle
  • Sole curve
  • energy consumption
  • optimization