Using the generalized inverted pendulum to generate less energy-consuming trajectories for humanoid walking

• Autorzy: Omran S. , Sakka S. , Aoustin Y.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2016-0014

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie uogólnionego wahadła odwróconego do generacji trajektorii chodu humanoida o zmniejszonym zużyciu energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper proposes an analysis of the effect of vertical position of the pivot point of the inverted pendulum during humanoid walking. We introduce a new feature of the inverted pendulum by taking a pivot point under the ground level allowing a natural trajectory for the center of pressure (CoP), like in human walking. The influence of the vertical position of the pivot point on energy consumption is analyzed here. The evaluation of a 3D Walking gait is based on the energy consumption. A sthenic criterion is used to depict this evaluation. A consequent reduction of joint torques is shown with a pivot point under the ground.

PL

W pracy przedstawiono propozycję analizy efektów zmiany pozycji pionowej punktu obrotu wahadła odwróconego użytego do modelowania chodu robota człekopodobnego. Wprowadzona modyfikacja wahadła polega na przesunięciu punktu obrotu poniżej poziomu gruntu, co umożliwia uzyskanie naturalnej trajektorii środka nacisku (CoP), jak w chodzie człowieka. Przeanalizowano wpływ pozycji pionowej punktu obrotu na zużycie energii. Dokonano oceny chodu w trzech wymiarach, bazując na konsumpcji energii. W ocenie zastosowano także kryterium minimum kwadratów momentów obrotowych (sthenic criterion). Uzyskana tą drogą redukcja momentów obrotowych stawów jest widoczna, gdy punkt obrotu znajduje się poniżej poziomu gruntu.

Słowa kluczowe

EN

inverted pendulum; pivot point; walking robot; energy consumption; joint torque

PL

wahadło odwrócone; punkt obrotu; robot kroczący; zużycie energii; moment obrotowy stawu

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. LXIII, nr 2
• Strony: 245--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Omran S.

• LUNAM, IRCCyN, CNRS, Ecole Centrale de Nantes, University of Nantes. 1, rue de la Noë, BP 92101. 44321 Nantes, France

autor

Sakka S.

• IRCCyN, University of Poitiers, France

autor

Aoustin Y.

• LUNAM, IRCCyN, CNRS, Ecole Centrale de Nantes, University of Nantes. 1, rue de la Noë, BP 92101. 44321 Nantes, France

Bibliografia

• [1] Kajita S., Tani K.: Study of dynamic walk control of a biped robot on rugged terrain – Derivation and application of the linear inverted pendulum mode. In Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers. 27:177-184, 1991.
• [2] Chevallereau Ch., Aoustin Y.: Optimal reference trajectories for walking and running of a biped robot. In Robotica, 19:557-569, 2001.
• [3] Chevallereau Ch., Bessonnet G., Abba G., Aoustin Y.: Bipedal Robots. Wiley, 2008.
• [4] Kajita S., Kanehiro F., Kaneko K., Yokoi K., Hirukawa H.: The 3D Linear Inverted Pendulum mode: A simple modelling biped walking pattern generation. In Proceedings of the 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, Hawaii, USA 2001.
• [5] Omran S., Sakka S., Aoustin Y.: Effects of the vertical CoM motion on energy consumption for walking humanoids. In Proceedings of the 17th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines, 2014.
• [6] Sakka S., Hayot Ch., Lacouture P.: A generalized 3D inverted pendulum model to represent human normal walking. In IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, 2010.
• [7] Robotics Aldebaran. Romeo humanoid robot documentation, 2012.
• [8] AIST. HRP-2. http://global.kawada.jp/mechatronics/hrp2.html since 1998.
• [9] Harada K., Miura K., Morisawa M., Kaneko K., Nakaoka SH., Kanehiro F., Tsuji T., Kajita S.: Toward human-like walking pattern generator. In The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2009.
• [10] Honda Motor Co. ASIMO. http://world.honda.com/ASIMO/ since 1996.
• [11] The University of Tokyo. UT-Theta. http://www.ynl.t.u-tokyo.ac.jp/research/ut_theta/ since 2001.
• [12] Haq A.: Strategies for energy storage during a walking step of a bipedal robot. PHD thesis, Universit´e de Nantes, 2012.
• [13] Berret B., Darlot C., Jean F., Pozzo T., Papaxanthis C., Gauthier J.: The inactivation principle: mathematical solutions minimizing the absolute work and biological implications for the planning of arm movements. In PLoS Computational Biology, 4(10) doi: 10.1371, 2008.
• [14] Ackerman E.: Aldebaran Robotics Introduces Romeo, Finally. In IEEE Spectrum, 2012.
• [15] Hayot C., Sakka S., Fohanno V., Lacouture P.: Biomechanical modeling of the 3D center of mass trajectory during walking. In Movement and Sport Sciences – Science and Motricit´e, 2013.
• [16] Soechting J. F., Bunco Ch. A., Herrmann U., Flanders M.: Moving Effortlessly in Three Apply to Arm Movement. In The Journal of Neuroscience, 15(9) 6271-6280, 1995.
• [17] Zijlstra W., Hof At L.: Displacement of the pelvis during human walking: experimental data and model predictions. In Gait & Posture, 6(3) 249-262, 1997.

Uwagi

PL

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