DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.2019.24.2.168522

Планування траєкторії антропоморфного крокуючого робота (Biped Robot)

Khaldon Araffa

Анотація


Гуманоїдні роботи довгий час були предметом великого інтересу. Серед різних рухів гуманоїдного робота найважчим і найважливішим рухом є двонога ходьба. Двонога ходьба - це, мабуть, найбільш підходящий спосіб для роботів рухатися в реальному середовищі. Однак побудова траєкторій для ходу двоногих роботів є складним завданням з урахуванням усіх ступенів свободи (DOF), які зазвичай пов'язані в механічній структурі.

Для вивчення стабільного руху будь-якого двоногого робота слід вивчити кінематику, динаміку, розробити систему управління та найбільш важливі траєкторії. Дана робота присвячена плануванню траєкторії гуманоїдних роботів (робот AK Biped), особливо для планування траєкторії центру мас (CoM), точки нульового моменту (ZMP) і планування траєкторії гойдалки. Диффидентний метод, що використовується при плануванні траєкторії, як 3D лінійний інвертований маятник (LIMP), поліноміальна інтерполяція.

Об'єктом дослідження є процес автоматичного керування ходьбою антропоморфного ходового робота (робота АК двоногих), для чого в даній роботі запропоновано підхід генерації спільної траєкторії для двоногих роботів з використанням трьох тривимірних лінійно обернених маятників для планування траєкторії Комітету, який утримує ЗМП всередині опорного багатокутника, який гарантує стабільну динамічну ходьбу робота АК двоногого, тоді траєкторія гойдалки виведена з використанням функції поліноміальної інтерполяції для плавного руху.

Метою даної роботи є представлення повної 3D-стратегії ходьби з використанням динамічної моделі 3D-перевернутого маятника для генерації посилань траєкторій спільних з моделюванням, також проектування системи управління, яка гранітує стабільну ходьбу Biped Robot.

Це робиться шляхом першого перегляду літератури про різні стратегії ходьби. У цьому огляді літератури модель 3D-лінійного перевернутого маятника виявилася найбільш цікавою стратегією подальших досліджень.

Крім того, у наукових дослідженнях вона також використовується як проста модель людської ходьби. 3D-LIPM генерує траєкторію для загальної КМ, з якої можна обчислити кути з'єднання

Ідея стратегії проста. Він моделює людину як лінійний інвертований маятник з безмасовими стрижнями, які представляють ноги, і точкову масу на кінці стрижнів, що представляє загальну масу тіла. Під час ходьби завжди існує принаймні одна нога на землі, яку можна розглядати як опорну ногу. Потім цю ногу моделюють як інвертований маятник. Загальне рішення замкнутої форми динаміки лінійного інвертованого маятника використовується для конструювання траєкторії центру мас (КМ) для ноги штанги.

У генераторі траєкторії використовується загальне рішення 3D-LIPM для призначення траєкторії, для КМ двоногого робота АК.

Траєкторія поворотної ніжки розроблена за допомогою функції інтерполяції профілю косинусної швидкості.

Траєкторії суглобів використовуються як вхідні дані для динамічної моделі двоногих роботів в SimMechanics. Запропонована система управління в моделюванні виконується для налаштування траєкторії так, щоб динамічна модель могла ходити врівноважено, а надійність ходи перевірялася додаванням збурень. Наприклад, положення КМ збільшувалося або зменшувалося, і етапи моделювалися з різними рівнями землі. Ці моделювання показали, що траєкторія відносно міцна.

Бібл. 10, рис. 4.


Ключові слова


планування траєкторії; точка нульового моменту; лінійний перевернутий маятник

Повний текст:

PDF (English)

Перелік посилань для Cited-By Linking


T. Ha and C.-H. Choi, “An effective trajectory generation method for bipedal walking,” Rob. Auton. Syst., vol. 55, no. 10, pp. 795–810, Oct. 2007, DOI: 10.1016/j.robot.2007.06.001.

E. Cuevas, D. Zaldivar, M. Perez, and M. Ramirez, “Polynomial trajectory algorithm for a biped robot,” May 2014, URL: http://arxiv.org/abs/1405.5937.

B. Espiau and A. Keramane, “Limit cycles and their stability,” in International Conference on Robotics and Automation, 1996, DOI: 10.1109/ROBOT.1996.503785.

B. Vanderborght, Dynamic stabilisation of the biped lucy powered by actuators witDh controllable stiffness, vol. 63, no. STAR. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2010, ISBN: 9783642134166.

S. J. Van Dalen, “A Linear Inverted Pendulum Walk Implemented on TUlip,” Univ. Eindhoven, p. 84, 2012, URL: https://research.tue.nl/en/studentTheses/a-linear-inverted-pendulum-walk-implemented-on-tulip.

H. F. N. Al-Shuka, B. J. Corves, B. Vanderborght, and W.-H. Zhu, “Zero-Moment Point-Based Biped Robot with Different Walking Patterns,” Int. J. Intell. Syst. Appl., vol. 7, no. 1, pp. 31–41, Dec. 2014, DOI: 10.5815/ijisa.2015.01.03.

S. Kajita, F. Kanehiro, K. Kaneko, K. Yokoi, and H. Hirukawa, “The 3D linear inverted pendulum mode: a simple modeling for a biped walking pattern generation,” in Proceedings 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Expanding the Societal Role of Robotics in the the Next Millennium (Cat. No.01CH37180), 2002, vol. 1, no. 4, pp. 239–246, DOI: 10.1109/iros.2001.973365.

J. J. Alcaraz Jiménez, D. Herrero Pérez, and H. Martínez Barberá, “Motion planning for omnidirectional dynamic gait in humanoid soccer robots,” J. Phys. Agents, vol. 5, no. 1, pp. 25–34, 2011, DOI: 10.14198/JoPha.2011.5.1.04.

M. M. Pedersen and A. A. Nielsen, “Design of Biped Robot AAU-BOT1,” 2007.

Byung Rok So, Je Youn Choi, Byung-Ju Yi, and Wheekuk Kim, “A new ZMP constraint equation with application to motion planning of humanoid using kinematic redundancy,” in 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2005, pp. 4021–4027, DOI: 10.1109/IROS.2005.1545238.


Перелік посилань


  1. T. Ha and C.-H. Choi, “An effective trajectory generation method for bipedal walking,” Rob. Auton. Syst., vol. 55, no. 10, pp. 795–810, Oct. 2007, DOI: 10.1016/j.robot.2007.06.001.
  2. E. Cuevas, D. Zaldivar, M. Perez, and M. Ramirez, “Polynomial trajectory algorithm for a biped robot,” May 2014, URL: http://arxiv.org/abs/1405.5937.
  3. B. Espiau and A. Keramane, “Limit cycles and their stability,” in International Conference on Robotics and Automation, 1996, DOI: 10.1109/ROBOT.1996.503785.
  4. B. Vanderborght, Dynamic stabilisation of the biped lucy powered by actuators with controllable stiffness, vol. 63, no. STAR. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2010, ISBN: 9783642134166.
  5. S. J. Van Dalen, “A Linear Inverted Pendulum Walk Implemented on TUlip,” Univ. Eindhoven, p. 84, 2012, URL: https://research.tue.nl/en/studentTheses/a-linear-inverted-pendulum-walk-implemented-on-tulip.
  6. H. F. N. Al-Shuka, B. J. Corves, B. Vanderborght, and W.-H. Zhu, “Zero-Moment Point-Based Biped Robot with Different Walking Patterns,” Int. J. Intell. Syst. Appl., vol. 7, no. 1, pp. 31–41, Dec. 2014, DOI: 10.5815/ijisa.2015.01.03.
  7. S. Kajita, F. Kanehiro, K. Kaneko, K. Yokoi, and H. Hirukawa, “The 3D linear inverted pendulum mode: a simple modeling for a biped walking pattern generation,” in Proceedings 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Expanding the Societal Role of Robotics in the the Next Millennium (Cat. No.01CH37180), 2002, vol. 1, no. 4, pp. 239–246, DOI: 10.1109/iros.2001.973365.
  8. J. J. Alcaraz Jiménez, D. Herrero Pérez, and H. Martínez Barberá, “Motion planning for omnidirectional dynamic gait in humanoid soccer robots,” J. Phys. Agents, vol. 5, no. 1, pp. 25–34, 2011, DOI: 10.14198/JoPha.2011.5.1.04.
  9. M. M. Pedersen and A. A. Nielsen, “Design of Biped Robot AAU-BOT1,” 2007.
  10. Byung Rok So, Je Youn Choi, Byung-Ju Yi, and Wheekuk Kim, “A new ZMP constraint equation with application to motion planning of humanoid using kinematic redundancy,” in 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2005, pp. 4021–4027, DOI: 10.1109/IROS.2005.1545238.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.




Copyright (c) 2019 Араффа Х.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN: 2523-4447
e-ISSN: 2523-4455