Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.10
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pp.890-897
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2002
This paper deals with the reduction of trajectory tracking error by changing the initial postures of a biped robot. Gait of a biped robot depends on the constraints of mechanical kinematics and the initial states including the posture. Also the dynamic walking stability in a biped robot system is analyzed by zero moment point(ZMP) among the stabilization indices. Path trajectory, in which knee joint is bent forward like human's cases, is applied to most cases considered with above conditions. A new initial posture, which is similar to bird's gait, is proposed to decrease trajectory tracking error and it is verified through real experimental results.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.18
no.4
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pp.259-266
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2015
This study presents new scheme for various walking pattern of biped robot under the limitted enviroments. We show that the neural network is significantly more attractive intelligent controller design than previous traditional forms of control systems. A multilayer backpropagation neural network identification is simulated to obtain a learning control solution of biped robot. Once the neural network has learned, the other neural network control is designed for various trajectory tracking control with same learning-base. The main advantage of our scheme is that we do not require any knowledge about the system dynamic and nonlinear characteristic, and can therefore treat the robot as a black box. It is also shown that the neural network is a powerful control theory for various trajectory tracking control of biped robot with same learning-vase. That is, we do net change the control parameter for various trajectory tracking control. Simulation and experimental result show that the neural network is practically feasible and realizable for iterative learning control of biped robot.
This paper treats the implementation of a statically stable control system for a biped walking robot with 10 degrees-of-freedom. Statically stable walking of a biped robot can be realized by keeping the center of mass (COM) inside the sole of the supporting foot (or feet) during single-support or double-support phases. We predetermined five static positions for walking based on the COM method. The positions can be represented by the length of the gait, the width between the feet, the height of the foot and two parameters in the hip movement. With the five parameters, we calculated the position trajectory. And we got the angular trajectories of 10 joints from the posit ion trajectory using the position tracking control and neural network. By tracking the angular trajectories, the robot can walk maintaining stability. We implemented walking of a biped robot throught the above ...
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.05a
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pp.566-569
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2000
This hybrid position/force control for the dynamic walking of the biped robot is performed in this paper. After the biped robot was modeled with 14 degrees of freedom of the multibody dynamics, the equations of motion are constructed using velocity transformation technique. Then the inverse dynamic analysis is performed for determining the driving torques and the ground reaction forces. From this analysis, obtains the maximum ground contact force at the moment of contacting which act on the rear of the sole of swing leg and the distribution curve of the ground reaction. Because these maximum force and distribution type acts an important role to the stability of the whole dynamic walking, they are reduced and distributed smoothly by means of the trajectory of the modified ground reaction force. This new trajectory is used to the reference input for more stable dynamic walking of the whole walking region.
Park, Jin-Seong;Park, Young-Jin;Park, Youn-Sik;Hong, Deok-Hwa
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.6
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pp.546-551
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2011
Tilt sensor is required to control the attitude of the biped robot when it walks on an uneven terrain. Vision sensor, which is used for recognizing human or detecting obstacles, can be used as a tilt angle sensor by comparing current image and reference image. However, vision sensor alone has a lot of technological limitations to control biped robot such as low sampling frequency and estimation time delay. In order to verify limitations of vision sensor, experimental setup of an inverted pendulum, which represents pitch motion of the walking or running robot, is used and it is proved that only vision sensor cannot control an inverted pendulum mainly because of the time delay. In this paper, to overcome limitations of vision sensor, Kalman filter for the multi-rate sensor fusion algorithm is applied with low-quality gyro sensor. It solves limitations of the vision sensor as well as eliminates drift of gyro sensor. Through the experiment of an inverted pendulum control, it is found that the tilt estimation performance of fusion sensor is greatly improved enough to control the attitude of an inverted pendulum.
For walking patterns of biped robots, knee-bent patterns are used in most cases. However, humans are mostly walking with their knees nearly stretched. In this paper, a human-like walking algorithm using hybrid system is proposed for biped robots, The hybrid system consists of the logically constituted discrete system, in which the discrete states are defined by considering the walking characteristics, and the continuous state system used for motor control. It is shown that the proposed algorithm is effective by experimental studies.
Linearization of the biped dynamic equations and design of linear controller for the linearized equations are studied in this paper. The biped robot with inverted pendulum type trunk, used to stabilize the dynamic balancing of the biped robot during dynamic walking period, is modelled with 14 DOF and simulated. Despite of well defined linear control theories so far, the linear control methods was limited to the applications for a walking robot, because they have been inherently strong nonlinear properties, such as a modeling parameter uncertainties, external forces as noise, inertial and Coriolis terms by three dimensional modeling and so on. To linearize the nonlinear equations of motion of biped robot on MIMO and time varying linear equations of motion, 1st order Taylor series is used to formulate the linear equation. And a 2nd order numerical perturbation method Is used to approximate partial differential equations. Using the linearized equations of motion, a linear controller is designed by pole placement method with feed forward compensation. Using the obtained linearized equations and linear controller, the continuous walking simulation is performed.
A robust position control using a sliding mode controller is adopted for the stable dynamic walking of the biped. For the biped robot that is modeled with 14 degrees of freedom rigid bodies using the method of the multibody dynamics, the joint angles for simulation are obtained by the velocity transformation matrix using the given Cartesian foot and trunk trajectories. Hertz force model and Hysteresis damping element which is used in explanation of the energy dissipation during contact with ground are used for modeling of the ground reactions during the simulation. By the obtained that forces which contains highly confused noise elements and the system modeling uncertainties of various kinds such as unmodeled dynamics and parameter inaccuracies, the biped system will be unstable. For that problems, we are adopting a nonlinear robust control using a sliding mode controller. Under the assumption that the esimation error on the unknown parameters is bounded by a given function, that controller provides a successful way to preserve stability and achieve good performance, despite the presence of strong modeling imprecisions or uncertainties.
One of the most important functions of a biped robot is to walk naturally like human. For the human being, toe is very important joint in order to walk naturally. Thus, for a biped robot, the existence of toe joint much affects gait pattern generation and contributes to natural walking, which is similar to the human gait or faster walking like running. Since a conventional biped robot has the feet which consist of soles without toes, it seems difficult to walk naturally. For realizing the gait to be similar to human one, toes are necessary to the biped robot. In this paper, the effect of the toe joint for gait pattern generation is studied. In order to find the effect of toe joint, a biped r...
Generating motion of center of mass for biped robots is a challenging issue since biped robots can easily lose balance due to limited contact area between foot and ground. In this paper, we propose force control method to generate high-speed motion of the center of mass for horizontal direction without losing balancing condition. Contact consistent multi-body dynamics of the robot is used to calculate force for horizontal direction of the center of mass considering balance. The calculated force is applied for acceleration or deceleration of the center of mass to generate high speed motion. The linear inverted pendulum model is used to estimate motion of the center of mass and the estimated motion is used to select either maximum or minimum force to stop at goal position. The proposed method is verified by experiments using 12-DOF torque controlled human sized legged robot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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