Projekt kończyny dolnej bipeda napędzanego siłownikami z dołączonymi szeregowo elementami podatnymi

• Autorzy: Mianowski K. , Schuetz S. , Nejadfard A. , Berns K.

Warianty tytułu

EN

Mechanical design of the lower extremity for biped driven using linear serial-elastic actuators

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono stan projektu kończyny CARL (Compliant Robotnic Leg) dla robota-bipeda opracowywanego w okresie ostatnich kilku lat na uniwersytecie technicznym w Kaiserslautern (Niemcy) w zespole prof. K. Bernsa. Projektowany robot ma być przeznaczony do badań chodu dynamicznego. W celu zwiększenia uniwersalności i zmniejszenia kosztów ogólnych opracowano rozwiązanie przystosowane do pracy zarówno jako prawa jak i lewa kończyna z dołączonymi jako stopy typowymi dynamicznymi protezami kompozytowymi firmy Otto-Bock. W konstrukcji kończyn zastosowano ogólnie dostępne na rynku gotowe podzespoły oraz zastosowano powszechne metody obróbki materiału. W rozwiązaniach układów napędowych zastosowano nowoczesne wysokomomentowe silniki elektryczne "do wbudowania", wysokosprawne przekładnie śrubowe toczne o dużym skoku śruby i wysokiej sprawności oraz sprężyny spiralne specjalne o prostokątnym przekroju zwojów.

EN

Mechanical design of the lower extremity for biped driven using linear serial-elastic actuators with springs is presented in the paper. Designed leg has 6 degrees of freedom, three DOF's are for motion of the hip joint, one for knee joint and two for ankle joint. The advantage of the solution is that the leg can be used even for left and right lower extremity of the robot.

Słowa kluczowe

PL

robot mobilny; robot kroczący; kończyna dolna; napęd robota

EN

mobile robot; walking robot; lower extremity; robot drive

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2018
• Tom: z. 196
• Strony: 231--240
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mianowski K.

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

autor

Schuetz S.

• Laboratorium Badawcze Robotyki (RRLAB), Wydział Informatyki, Uniwersytet w Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern, Niemcy

autor

Nejadfard A.

• Laboratorium Badawcze Robotyki (RRLAB), Wydział Informatyki, Uniwersytet w Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern, Niemcy

autor

Berns K.

• Laboratorium Badawcze Robotyki (RRLAB), Wydział Informatyki, Uniwersytet w Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern, Niemcy

Bibliografia

• [1] J. Zhao, Q. Liu, S. Schütz, and K. Berns, "Experimental verification of an approach for disturbance estimation and compensation on a simulated biped during perturbed stance," in IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014), Hongkong, China, May 31-June 7, 2014
• [2] Q. Liu, J. Zhao, S. Schütz, and K. Berns, "Adaptive motor patterns and reflexes for bipedal locomotion on rough terrain," in 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015.
• [3] R. V. Ham, T. G. Sugar, B. Vanderborght, K. W. Hollander, and D. Lefeber, "Compliant actuator designs," IEEE Robotics and Automation Magazine, 2009.
• [4] M. Sartori, M. Maculan, C. Pizzolato, M. Reggiani, and D. Farina, "Modeling and simulating the neuromuscular mechanisms regulating ankle and knee joint stiffness during human locomotion," Journal of Neurophysiology, vol. 114, no. 4, str. 2509-2527, Oct. 2015.
• [5] P. Cherelle, V. Grosu, P. Beyl, A. Mathys, R. Van Ham, M. Van Damme, B. Vanderborght, and D. Lefeber, "The MACCEPA actuation system as torque actuator in the gait rehabilitation robot ALTACRO," in 2010 3rd IEEE RAS and EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob). IEEE, 2010, str. 27-32.
• [6] S. Schutz, A. Nedjadfard, C. Kotting, and K. Berns, "An Intuitive. And Comprehensive Two-Load. Model for Series Elastic Actuators," in 2016 IEEE 14th International Workshop on Advanced Motion Control (AMC). IEEE, 2016.
• [7] D. W. Robinson, "Design and analysis of series elasticity in closedloop actuator force control," Ph.D. dissertation, Massachusetts Institute of Technology, 2000 .
• [8] C. Knabe, B. Lee, V. Orekhov, and D. Hong, "Design of a compact, lightweight, electromechanical linear series elastic actuator," Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information Engineering Conference (IDETC/CIE), str. 1-8, 2014.
• [9] N. Paine, S. Oh, and L. Sentis, "Design and control considerations for high-performance series elastic actuators," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 19, no. 3, str. 1080-1091, 2014.
• [10] K. Kong, J. Bae, and M. Tomizuka, "A compact rotary series elastic actuator for human assistive systems," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 17, no. 2, str.288-297, 2012.
• [11] N. Paine, J. S. Mehling, J. Holley, N. A. Radford, G. Johnson, C.- L. Fok, and L. Sentis, "Actuator control for the nasa-jsc valkyrie humanoid robot: A decoupled dynamics approach for torque control of series elastic robots," Journal of Field Robotics, vol. 32, no. 3, str. 378-396, 2015.
• [12] Y. Zhao, N. Paine, K. S. Kim, and L. Sentis, "Stability and Performance Limits of Latency-Prone Distributed Feedback Controllers," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 11, str. 7151-7162, 2015.
• [13] J. Hurst, A. Rizzi, and D. Hobbelen, "Series elastic actuation: Potential and pitfalls," International Conference on Climbing and Walking Robots, 2004.
• [14] C. Knabe, R. Griffin, J. Burton, G. Cantor-Cooke, L. Dantanarayana, G. Day, O. Ebeling-Koning, E. Hahn, M. Hopkins, J. Neal, and others, "Designing for Compliance: ESCHER, Team VALOR's Compliant Biped," Terrestrial Robotics Engineering & Controls (TREC) Lab, Virginia Tech, Tech. Rep., 2015.
• [15] M. A. Hopkins, S. A. Ressler, D. F. Lahr, A. Leonessa, and D. W. Hong, "Embedded Joint-Space Control of a Series Elastic Humanoid," in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015, str. 3358-3365.
• [16] D. Tejszerska, E. Switonski, M. Gzik, red.: Biomechanika narządu ruchu człowieka, praca zbiorowa,
• [17] M. Wychowański: Wybrane metody oceny dynamiki układu ruchu człowieka,
• [18] A. Redliczka: Atlas miar człowieka, Dane do projektowania i oceny ergonomicznej,
• [19] K. Mianowski, J. Hirth, K. Berns: Robot humanoidalny ROMAN wyrażający emocje, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej pod red. K. Tchonia i C. Zielińskiego, Postępy robotyki t. II, str. 649-658,
• [20] A. Morecki, J. Ekiel, Dekiel. Fidelu: Bionika ruchu, PWN, Warszawa 1971.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).