Metody syntezy chodu maszyn kroczących i robotów humanoidalnych

• Autorzy: Zielińska Teresa
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na podstawie własnych badań pokazano, jak pewne wzorce biologiczne są wykorzystywane w pracach nad wielonożnymi maszynami kroczącymi i robotami humanoidalnymi. W szczególności, skupiając się na robotach humanoidalnych (antropomorficznych), omówiono, w jaki sposób odpowiednia konstrukcja stóp pozwala uzyskać synergię przechyłów korpusu i ruchu nóg wspomagającą dynamiczną stabilność chodu. W pierwszej części pracy podsumowano metody syntezy chodu wielonożnych maszyn kroczących oraz robotów humanoidalnych. Omówiono kryterium dynamicznej stabilności chodu (kryterium ZMP) powszechnie wykorzystywane do syntezy chodu dwunożnego. Kryterium to stanowiło punkt wyjściowy do wyznaczenia sił działających na stopę robota humanoidalnego. Mając na uwadze stopę podatną, opracowano metodę wyznaczania składowych sił działających na krawędzie stopy. W celu potwierdzenia przydatności metody podano przykład obliczeniowy dla chodu człowieka. Wyznaczano składowe sił wywieranych przez stopę na podłoże, uwzględniając różne wymiary stopy oraz pokazano, jak podatność stopy wspomaga stabilność dynamiczną chodu.

Słowa kluczowe

PL

maszyny kroczące; maszyny kroczące wielonożne; roboty humanoidalne; stabilność chodu; synteza chodu; chód wielonożny; chód dwunożny

• Wydawca: Wydawnictwo "Druk-Art" SC
• Czasopismo: Napędy i Sterowanie
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 26, nr 2
• Strony: 80--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., il., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Zielińska Teresa

• Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-0475-0875

Bibliografia

• [1] Adamczyk P.G., Collins S.H., Kuo A.D.: The advantages of a rolling foot in human walking, Journal of Experimental Biology, 209(20): 3953-3963, 2006.
• [2] Choi K., Jiang S., Li Z.: Spatial stiffness realization with parallel springs using geometric parameters, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 18(3): 274-284, 2002.
• [3] Delcomyn F.: Insect locomotion on land. Locomotion and excercise in antropods, Herreid C.F., Fourtner C.R. (red.), Plenum, Nowy Jork 1981, str. 103-125.
• [4] Elftman H.: Dynamic structure of the human foot, Artificial Limbs, 13(1): 49-58, 1969.
• [5] Feng S., Whitman E., Xinjilefu X., Atkeson Ch.G.: Optimization based full body control for the atlas robot, IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, 2014, str. 120-127.
• [6] Gonz´alez de Alba A., Zielińska T.: Postural equlibrium criteria concerning feet properties for biped robots, J. of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 6(1): 22-27, 2012.
• [7] Grillner S.: Control of locomotion in bipeds, tetrapods and fish. Handbook of Physiology. The Nervous System, Motor Control, tom 2, Brooks V.B. (red.), American Physiological Society, Bethesda 1986, str. 1179-1236.
• [8] Hwang J., Suh I.H., Park G.,Kwon T.: Human character balancing motion generation based on a double inverted pendulum model, 10-th International Conference on Motion in Games (ACM), str. 1-11, 2017.
• [9] Kajita S., Kanehiro F., Kaneko K., Yokoi K., Hirukawa H.: The 3d linear inverted pendulum model: a simple modeling for a biped walking pattern generation, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 1: 239-246, 2001.
• [10] Lark S.D., Buckley J.G., Bennett S., Jones D., Sargeant A.J: Joint torques and dynamic joint stiffness in elderly and young men during stepping down, Clinical Biomechanics, 18(9): 848-855, 2003, doi: 10.1016/S0268-0033(03)00150-5.
• [11] Ludvig D., Pfeifer S., Hu X., Perreault E.J.: Time-varying system identification for understanding the control of human knee impedance, IFAC Proceedings Volumes, 45(16): 1306-1310, 2012.
• [12] Manoonpong P., Kulvicius T., WÖrgÖtter F., Kunze L., Renjewski D., Seyfarth A.: Compliant ankles and flat feet for improved self-stabilization and passive dynamics of the biped robot „runbot”, 11th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, s. 276-281, 2011, doi: 10.1109/Humanoids.2011.6100804.
• [13] Meyer F., Sprowitz A., Lungarella M., Berthouze L. Simple and low-cost compliant leg-foot system, 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)(IEEE Cat. No.04CH37566, tom 1, str. 515 – 520, 2004, doi: 10.1109/IROS.2004.1389404.
• [14] Nakanishi Y., Namiki Y., Hongo K., Urata J., Mizuuchi I., Inaba M.: Design of the musculoskeletal trunk and realization of powerful motions using spines, 7th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, str. 9-101, 2001, doi: 10.1109/ICHR.2007.4813854.
• [15] Omer A., Ghorbani R., Hashimoto K., Hun-ok Lim, Takanishi A.: A novel design for adjustable stiffness artificial tendon for the ankle joint of a bipedal robot: modeling and simulation, Machines, 4(2): 1-22, 2015.
• [16] Omran S., Sakka S., Aoustin Y.: Using the generalized inverted pendulum to generate less energy-consuming trajectories for humanoid walking, Archive of Mechanical Engineering, 63(2): 245-262, 2016.
• [17] Ramamoorthy L., Zielińska T.: Robot motion synthesis using ground reaction forces pattern, International Journal of Advanced Robotic Systems, 14(4): 1-12, 2017.
• [18] Raibert M.H.: Legged robots that balance, MIT Press, Cambridge, MA, 1986).
• [19] Shaoping B., Low K.H., Zielinska T.: Quadruped free gait generation based on the primary/secondary gait, Robotica, Int17: 405-412, 1999.
• [20] Shaoping B., Low K.H., Zielinska T.: Quadruped Free Gait Generation for Straight-line and Circular Motion, Advanced Robotics Journal, 13(5): 513–538, 1999.
• [21] Vibekananda D., Zielińska T.: Predicting human actions taking into account object affordances, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 90: 1–17, 2018.
• [22] Vukobratovic M.: Szagajuszczije masziny i antropomoficzeskij mechanism, MIR, Moskwa 1978.
• [23] Vukobratovic M., Borovac B.: Zero-moment point – thirty five years of its life, International Journal of Humanoid Robotics, 1(1): 157-173, 2004.
• [24] Wilson D.M.: Insect walking, Annual Review of Entomology, 11: 103–122, 1966, doi: 10.1146/ annurev.en.11.010166.000535.
• [25] Winter D.A.: Human balance and posture control during standing and walking, Gait and Posture, 3(4): 193-214, 1995.
• [26] Wright W.G., Ivanenko Y.P., Gurfinkel V.S.: Foot anatomy specialization for postural sensation and control, Journal of Neurophysiology, 107(5): 1513–1521, 2012.
• [27] Zhang P., Zhou C., Zhang L., Tian Y., Liu Z.: Adaptive compliant control of humanoid biped foot with elastic energy storage, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, str. 928-933, 2009.
• [28] Zhou D., Low K.H., Zielinska T.: An efficient foot-force distribution algorithm for quadruped walking robots, Robotica, 18: 403-413, 2000.
• [29] Zielinska T.: Biological inspiration used for robots motion synthesis, Journal of Physiology-Paris, 103(3 – 5): 133–140, 2009.
• [30] Zielinska T.: Control and navigation aspects of a group of walking robots, Robotica, textbf 24: 23–29, 2006.
• [31] Zielinska T.: Coupled oscillators utilised as gait rhythm generators of two legged walking machine, International Journal of Biological Cybernetics, 4(3): 263–273, 1996.
• [32] Zielinska T.: Design issues and robots autonomy, [w:] New Trends in Mechanisms and Machine Science. Theory and Applications in Engineering, Viadero F., Ceccarelli M. (red.), Springer, 2013, str. 691–699.
• [33] Zielinska T.: Maszyny kroczące, wyd. 2, WN PWN, Warszawa 2014.
• [34] Zielińska T.: Minimizing energy cost in multi-legged walning machines, Journal of Intelligent Robotic Systems, 85: 431–447, 2017.
• [35] Zielińska T.: Professional and personal service robots, International Journal of Robotics Applications and Technologies, 4(1): 63–82, 2016.
• [36] Zielinska T.: Robots for space exploration: barriers, perspectives and implementations, [w:] Aerospace Robotics II, J. Sasiadek (red.), Springer, 2015, str. 1–11.
• [37] Zielinska T.: Self-navigation principles for a team of walking robots, Electro-mechanical Review, 82(1): 53–57, 2006.
• [38] Zielinska T.: Utilisation of biological patterns in biped gait generation, Journal of Biocybernetics and Biomedical Engineering, 18(102): 79–88, 1998.
• [39] Zielinska T., Chew C-M., Kryczka P., Jargiło T.: Robot gait synthesis using the scheme of human motion skills development, Mechanism and Machine Theory, 44(3): 541-558, 2009.
• [40] Zielinska T., Chmielniak A.: Biologically inspired motion synthesis method of two-legged robot with compliant feet, Robotica, 29: 1049-1057, 2011.
• [41] Zielińska T., Heng J.: Development of walking machine: mechanical design and control problems, Mechatronics, 12(5): 737-754, 2002, doi: 10.1016/S0957-4158(01)00017-4.
• [42] Zielińska T., Heng J.: Mechanical design of multifunctional quadruped, Mechanism and Machine Theory, 38(5): 463-478, 2003, doi: 10.1016/S0094-114X(03)00004-1.
• [43] Zielińska T., Heng J.: Multifunctional quadruped, Robotica, 20: 585-593, 2002.
• [44] Zielińska T., Heng J.: Real-time control system for a group of autonomous walking robots, Advanced Robotics, 20(5): 543-561, 2006.
• [45] Zielińska T., Trojnacki M.: Dynamical approach to the diagonal gait synthesis: theory and experiments, Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 3(2): 3-7, 2009.
• [46] Zielińska T., Trojnacki M.: Analiza rozkładu sił reakcji podłoża podczas dynamicznie stabilnego chodu robota dwunożnego, Pomiary Automatyka Robotyka, 13(7–8): 6-10, 2009.
• [47] Zieliński C., Zielińska T.: Cyfrowa opieka, Niezbędnik inteligenta, nr 2/2017: 43-45, 2017.
• [48] Żurawska M., Szumowski M., Zielińska T.: Reconfigurable double inverted pendulum applied to the modelling of humanoid robot motion, Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 11(2): 12-20, 2017.
• [49] Żurawska M., Zielinska T.: Feet compliance in two legged locomotion, [w:] New Trends in Mechanism and Machine Science. From Fundamentals to Industrial Applications, Flores P., Viadero F. (red.), Springer, 2015, str. 595-602.
• [50] Żurawska M., Zielińska T., Szumowski M.: The role of compliant elements in two legged robot foot’s model, Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, 9(1): 68-76, 2015.