In this study, we investigate balance of a biped robot applying Foot Placement Estimator (FPE) in simulation. FPE method is used to determine a stable foot location for balancing the biped robot when an initial orientation of the robot body is statically unstable. In this case, the 6-DOF biped robot with point foot is modelled considering contact and friction between foot and the ground. For simulation, the mass of the robot is 1 kg assuming the center of robot mass (COM) is located at the center of the robot body. The height from the ground to the COM is 1 m. Robot balance is achieved applying stable foot locations calculated from FPE method using linear and angular velocities, and the height of the COM. The initially unstable angular postures, $5^{\circ}$ and $-5^{\circ}$, of the robot body are simulated. Simulation results confirm that the FPE method provides stable balance of the robot for all given unstable initial conditions.
본 논문에서는 이족보행 로붓의 보행패턴의 한 가지 방법으로 무릎을 피고 걷는 stretch 보행 알고리즘을 제안한다. 이전의 보행 알고리즘은 무릎을 구부리고 걷는 것이 대부분이다. 일반적으로 사람들이 걸을 때는 무릎을 거의 피고 걷기 때문에 사람과 비슷한 보행을 위해서 자세보정 시 Zero Moment Point(ZMP)를 이용한 무릎관절을 피고 걷는 보행 알고리즘을 제안하고 이의 구현을 위한 실험 수행을 통해 그 성능을 평가한다. 로봇은 보행상태에서 몸이나 발의 위치, 각도 등에 대한 보정작업이 없다면, 이로 인해 로봇의 궤적에 오차가 발생하게 되고, 그 결과 불안정하고 부자연스러운 보행을 하게 된다. 이러한 불안정성을 ZMP를 이용하여 보정 할 수 있다.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.2
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pp.141-148
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2012
This paper proposes fault tolerant gaits of a quadruped robot with feet of flat shape. Fault tolerant gaits make it possible for a legged robot to continue static walking against a leg failure. In the previous researches, it was assumed that a legged robot had feet that have point contact with the surface. When the robot is endowed with feet having flat shape, fault tolerant gaits can show better performance compared with the former gaits, especially in terms of the stride length and gait stability. In this paper, fault tolerant gaits of a quadruped robot against a locked joint failure are addressed in straight-line motion and crab walking, respectively.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.42
no.5
s.305
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pp.13-18
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2005
Over the last few years, the control of bipedal robot has been considered a promising but difficult research field in the community of robotics. In this paper, a new robust output control method for a bipedal robot is proposed using the adaptive fuzzy logic. The adaptive fuzzy logic is used as an system approximator to cancel the unknown uncertainty. First, a model for a bipedal robot including switching leg influence, uncertainty and disturbance is presented. Second, a controller is designed in which the joint velocity measurement is not required. Fuzzy approximation error estimator is inserted in the system for tuning the fuzzy logic. Finally, the result of the computer simulation is presented to show the validity of the suggested control method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.1
s.190
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pp.27-36
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2007
This paper describes the development of 6-axis ankle force/moment sensor for the intelligent feet of a humanoid robot. When the robot walks on uneven terrain, the feet should perceive the applied forces Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, Mz from the attached 6-axis force/moment sensor on their ankles. Papers have already been published have some disadvantages in the size of the sensor, the rated output and so on. The rated output of each component sensor (6-axis ankle force/moment sensor) is very important to design the 6-axis force/moment sensor for precision measurement. Therefore, each sensor should be designed to get the similar rated output under each rated load. Also, the size of the sensor is very important for mounting to robot's feet. Therefore, the diameter should be below 100 mm and the height should be below 40mm. In this paper, first, the structure of a 6-axis ankle force/moment sensor was modeled for a humanoid robot's feet newly, Second, the equations to predict the strains on the sensing elements was derived, third, the size of the sensing elements was designed by using the equations, then, the sensor was fabricated by attaching straingages on the sensing elements, finally, the characteristic test of the developed sensor was carried out. The rated outputs from the derived equations agree well with the results from the experiments. The interference error of the sensor is less than 2.94%.
Kim, Gab-Soon;Shin, Hyi-Jun;Hu, Duk-Chan;Yoon, Jung-Won
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.1097-1102
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2007
This paper describes the development of 6-axis force/moment sensor for an intelligent robot's foot. In order to walk on uneven terrain safely, the foot should perceive the applied forces Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, Mz to itself. The applied forces and moments should be measured from a 6-axis force/moment sensor attached to a humanoid robot's foot(ankle). They in the published paper already have some disadvantage in the size of the sensor, the rated output and so on. The rated output of each component sensor (6-axis force/moment sensor) is very important to design the 6-axis force/moment sensor for precision measurement. Therefore, each sensor should be designed to be gotten similar the rated output under each rated load. So, the sensing elements of the 6-axis force/moment sensor should get lots of design variables. Also, the size of 6- axis force/moment sensor is very important for mounting to robot's foot. In this paper, a 6-axis force/moment sensor for perceiving forces and moments in a humanoid robot's foot was developed using many PPBs (parallel plate-beams). The structure of the sensor was newly modeled, and the sensing elements (plate-beams) of the sensor were designed using FEM (Finite Element Method) analysis. Then, the 6-axis force/moment sensor was fabricated by attaching strain-gages on the sensing elements, and the characteristic test of the developed sensor was carried out. The rated outputs from FEM analysis agree well with that from the characteristic test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1145-1151
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2010
In this paper, we discuss the design and simulation of a jumping-robot mechanism that is actuated by SMA (shape memory alloy) wires. We propose a jumping-robot mechanism; the structure of the robot is inspired by the musculoskeletal system of vertebrates, including humans. Each robot leg consists of three parts (a thigh, shank, and foot) and three kinds of muscles (gluteus maximus, rectus femoris, and gastrocnemius). The jumping capability of the robot model was tested by means of computer simulations, and it was found that the robot can jump to about four times its own height. This robot model was also compared with another model with a simpler structure, and the performance of the former, which was based on the biomimetic design, was 3.3 times better than that of the latter in terms of the jumping height. The simulation results also verified that SMA wires can be suitable actuators for small jumping robots.
Park Sang-Su;Kim Byung-Soo;Oh Jae-Joon;Choi Yoon-Ho
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.16
no.4
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pp.443-448
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2006
In this paper, a novel method is proposed for generating the low-power and stable walking trajectory of biped robots, and then a biped robot with 25 DOFs(degrees of freedom) is designed and implemented for the realization of the low-power walking trajectory generated by the proposed method. In our method, first a stable VPCG(vertically projected center of gravity) trajectory is generated, and then the trajectories of ankle and pelvis of a biped robot are planned to follow the preplanned stable VPCG trajectory, which produces a waking pattern without bending its knees and enables a biped robot to walk with less power consumption. On the other hand, a biped robot implemented in this paper has the mechanical structure of foot that enables a biped robot to support on the ground well, and the mechanical structure of pelvis that enables a biped robot to move flexibly. From results of the walking experiment and power consumption measurement, it was confirmed that the proposed method can generate the more stable and flexible trajectory with less power consumption compared with the existing methods which do not use the ankle of a biped robot.
Foot mechanisms play the role of interface between the main body of robotic systems and the ground. Biomimetic design of the foot mechanism is proposed in the paper. Specifically, multi-chained and multiple contact characteristics of general foot mechanisms are analyzed and their advantages are highlighted in terms of impulse. Using Newton-Euler based closed-form external and internal impulse models, characteristics of multiple contact cases are investigated through landing simulation of an articulated leg model with three kinds of foot. It is shown that in comparison to single chain and less articulated linkage system, multi-chain and articulated linkage system has superior characteristic in terms of impulse absorption as well as stability after collision. The effectiveness of the simulation result is verified through comparison to the simulation result of a commercialized software.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.5
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pp.471-478
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2012
A foot motion is estimated using an inertial sensor unit, which is installed on a shoe. The inertial sensor unit consists of 3 axis accelerometer and 3 axis gyroscopes. Attitude and position of a foot are estimated using an inertial navigation algorithm. To increase estimation performance, a smoother is used, where the smoother employs a forward and backward filter structure. An indirect Kalman filter is used as a forward filter and backward filter. A new combining algorithm for the smoother is proposed to combine a forward indirect Kalman filter and a backward indirect Kalman filter. Through experiments, the estimation performance of the proposed smoother is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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