امروزه تولید انواع ربات و استفاده از آنها در حوزه های مختلف به شدت مورد استقبال قرار گرفته است. با رشد و توسعه صنعت ساخت ربات های انسان نما، استفاده از مفصل پنجه در پای ربات ها رواج یافته است.
براساس مقالات و تجربیات حاصل در حوزه ساخت ربات ها، مزایای بسیاری در خصوص استفاده از مفصل پنجه فعال و غیر فعال در ربات ها برشمرده شده است. از جمله این مزایا می توان به کاهش مصرف انرژی، کاهش سرعت و گشتاور مفاصل و افزایش سرعت و پایداری رباتها اشاره کرد. در دو دهه اخیر استفاده از مفاصل پنجه در ربات های انسان نما با هدف ایجاد حرکت طبیعی و شبیه انسان مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است.
اولین تحقیقات و تجربه عملی در خصوص بررسی اثر پنجه فعال، در ربات اچ6 توسط نیشیواکی و همکارانش صورت گرفته است. این تیم تحقیقاتی تاثیر پنجه فعال را از نظر افزایش سرعت راه رفتن، افزایش ارتفاع گام و امکان حرکت کل بدن مورد بررسی قرار داده اند. بر اساس تحقیقات انجام شده اضافه کردن پنجه در ربات، دستیابی به الگوی راه رفتن بهتر را ممکن ساخته است و بیشترین سرعت در مفاصل زانو کاهش یافته و سرعت ربات تا 80 درصد افزایش می یابد. با ادامه تحقیقات و توسعه ربات اچ6 به صورت ربات جی اس کی اچ 7، حرکت زانو زدن بر روی زمین که به وسیله مفصل پنجه فعال امکان پذیر است مورد بررسی قرار گرفت.
استفاده از پنجه در فاز تک تکیه گاهی تاثیر بسزایی در نحوه گام برداشتن ربات دارد. برای بررسی این موضوع یک مدل 8 لینکی برای ربات دوپا در نظر گرفته شد و طراحی مسیر بر اساس پاندول معکوس انجام شد. بر اساس این پژوهش در صورت استفاده از مفصل پنجه، تغییرات زاویه زانو و مچ کمتر و در نتیجه تغییرات سرعت زاویه ای در یک سیکل گام نرم تر می شود. بعلاوه محدوده حرکت به سمت جلو در فاط دو تکیه گاهی بیشتر می شود و در نتیجه پایداری ربات بهتر می شود.
از سوی دیگر تلالولینی و همکارانش نشان دادند که استفاده از پنجه در فاز تک تکیه گاهی به هنگام دویدن ربات، گشتاور ران و زانوی پای ایستاده را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد و اگر چه گشتاور مربوز به مفاصل مچ بزرگتر می شوند اما از گشتاور بیشینه مجاز عملگرها تجاوز نمی کند. در تحقیقات بعدی توجه محققان به استفاده همزمان از مفصل پنجه و پاشنه معطوف شد و نشان دادند استفاده همزمان از این دو مفصل در هر دو پا به دلیل ایجاد درجات آزادی اضافی حرکت طبیعی تری را فراهم می کند.
به منظور بهبود ساختار کف پا و استفاده بهتر از اثر پنجه یک ساختار جدید برای مفصل پنجه با استفاده از مکانیزم 4 میله ای موازی ارائه شد که به ربات این امکان را می دهد تا در تعدادی نقاط در تماس با زمین باشد و همچنین بخش اصلی نیروی عکس العملی به جای آن که تنها به نوک پنجه وارد شود به تعدادی لینک ها وارد شود.
برای بررسی بهتر تاثیر افزودن مفصل پنجه به ربات، دو ربات با ابعاد و جرم مشابه و حرکتی مشابه که یکی دارای پنجه و دیگری بدون پنجه می باشد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده در این تحقیق نشان می دهد که مقدار واقعی گشتاورهای اعمال شده در تعدادی از مفاصل کاهش می یابد که به علت خم شدن مفصل پنجه می باشد و بیشتر این کاهش ها در فاز دو تکیه گاهی رخ می دهد و تقریبا در تمام مفاصل توان مصرفی در حالت خم شدن پنجه کاهش می یابد.
تاثیر افزونگی پنجه پای رباتیک بر پایه ایستادن ربات نیز حائز اهمیت می باشد. بر اساس پژوهش های انجام شده گشتاور پنجه به ربات این توانایی را می دهد که هنگام ایستادن تعادل خود را حفظ کند. مطالعات و آزمایشات انجام شده حاکی از آن است که استفاده همزمان از پنجه فعال و پاشنه، گشتاور بیشینه زانو و انرژی مصرفی کل را نسبت به حالت بدون پنجه و پاشنه کاهش میدهد و این امکان را به ربات می دهد تا بتواند با طول گام بلندتر و سرعت بیشتری نسبت به حالت بدون پنجه و پاشنه گام بردارد.
این تحقیقات از آن جهت حائز اهمیت خواهند بود که علاوه بر ساخت ربات های انسان نما می توان از این تکنولوژی برای افرادی که به دلایل مختلف دچار نقص عضو در ناحبه پنجه و پاشنه شده اند نیز استفاده کرد. در مورد افرادی که مجبور به قطع عضو از ناحیه مچ یا زیر زانو شده اند بطور قطع استفاده از چنین تکنولوژی که علاوه بر امکان راه رفتن، امکان حرکت طبیعی مشابه پای یک انسان سالم را نیز داشته باشد موهبت بزرگی محسوب می شود. ربات های استفاده شده در ناحیه پاشنه پا متناسب با نیاز و شرایط ویژه بیمار در طرح های مختلف طراحی شده اند که هر یک دارای ویژگی های مختص به خود می باشند و به صلاح دید پزشک معالج برای بیمار بکار برده خواهند شد.
