Modelowanie ruchu robota humanoidalnego z wykorzystaniem koncepcji podwójnego odwróconego wahadła

• Autorzy: Żurawska M. S. , Zielińska T. , Szumowski M.

Warianty tytułu

EN

Double inverted pendulum applied to robot motion modeling

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaproponowano model odwzorowujący cechy chodu człowieka. Model ten składa się z dwu odwróconych wahadeł połączonych parą obrotową. Masy punktowe znajdujące się na wahadłach mogą przesuwać się. Dzięki wprowadzeniu sterowanej zmiany położenia mas, model może zostać wykorzystany nie tylko do opisania podstawowych sytuacji ruchowych (jak np. chód, bieg), ale również daje możliwość opisania złożonych sytuacji, jak np. popchnięcie obiektu w plecy, czy zmiany rodzaju chodu (np. przejście z chodu do biegu). W artykule przeanalizowano dane uzyskane z eksperymentów dotyczących podstawowych (chód i bieg) i złożonych (popchnięcie obiektu w plecy) sytuacji ruchowych. Na ich podstawie przeprowadzono weryfikację zaproponowanego modelu. Weryfikacja opisanej koncepcji polegała na odtworzeniu sytuacji popchnięcia obiektu w plecy z wykorzystaniem modelu podwójnego odwróconego wahadła.

EN

The simple model which allows to represent the kinematic synergies in the human motion was proposed. The model consists of two inverted pendulums connected by revolute joint. The position of pendulum point masses is not constant, the possibility of changing their position allows to imititate the properties of not only the basic movements (e.g. walking, running) but also of the complex motions like postural push recovery or gait transitions. For establishing this model the experimental data were considered for walking, running and push recovery. Based on experiments proposed model was verified. The push recovery behaviour was succesfully modelled using the concept of double inverted pendulum with movable masses.

Słowa kluczowe

PL

robotyka; dynamika robota; kinematyka robota; robot humanoidalny; modelowanie ruchu; wahadło odwrócone; wahadło podwójne

EN

robotics; robot dynamics; robot kinematics; humanoid robot; motion modeling; inverted pendulum; double pendulum

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 195, t. 1
• Strony: 125--134
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Żurawska M. S.

• Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa

autor

Zielińska T.

• Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa

autor

Szumowski M.

• Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa

Bibliografia

• [1] R. Blickhan and R. J. Full. Similarity in multilegged locomotion: bouncing like a monopode. Journal of Comparative Physiology A, 1993, Vol. 173, Issue 5, s. 509-517.
• [2] H. Hauser et al. Biologically inspired kinematic synergies provide a new paradigm for balance control of humanoid robots. In: 2007 7th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. Proceedings. Pittsburgh, PA, Listopad 2007. s. 73-80.
• [3] G. Hettich et al. Human hip-ankle coordination emerging from multisensory feedback control. Human Movement Science, 2014, Vol. 37, s. 123-146.
• [4] K. Hirai et al. The development of Honda humanoid robot. In: Proceedings of the1998 IEEE International Conference on Robotics & Automation. Proceedings Leuven, Belgia, Maj 1998. Vol. 2, s. 1321-1326.
• [5] S. Kajita et al. The 3D Linear Inverted Pendulum Mode: A simple modeling for a biped walking pattern generation. In: Proceedings of the 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Proceedings. Maui, Hawaje, October 2001. Vol. 1, s. 239-246.
• [6] T. Komura et al. Simulating pathological gait using the enhanced linear inverted pendulum model. IEEE TRANSACT IONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, 2005, Vol. 52, No 9, s. 1502 -1513.
• [7] T. Kwon and J. Hodgins. Control systems for human running using an Inverted Pendulum Model and a reference motion capture sequence. In: Proceedings of the 2010 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation. Proceedings. Aire-la-Ville, Szwajcaria, Luty 2010. Vol. 2, s. 129-138.
• [8] H. Pontzer et al. Control and function of arm swing in human walking and running. Journal of Experimental Biology, 2009, Issue 212, s. 523-534.
• [9] J. Pratt et al. Capture Point: a step toward humanoid push recovery. In: 2006 6th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots. Proceedings. Genua, Włochy, Grudzień 2006. s. 200-207.
• [10] R. Tedrake et al. A closed-form solution for real-time ZMP gait generation and feedback stabilization. In: 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). Proceedings. Seul, Korea Południowa, Listopad 2015. s. 936-940.
• [11] G. N. Tripathi and H. Wagatsuma. PCA-based algorithms to find synergies for humanoid robot motion behavior. International Journal of Humanoid Robotics, 2015, Online version.
• [12] P. M. Wensing and D. E. Orin. High - speed humanoid running through control with a 3D - SLIP model. In: 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). Proceedings. Tokio, Japonia, Listopad 2013, s. 5134-5140.
• [13] Biomechanics Laboratory, University of Ottawa Dempster's body segment parameter data for 2-D studies, http://health.uottawa.ca/biomech/csb/Archives/dempster.pdf

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.