This thesis presents a simple heuristic algorithm which can be applied. to a quadruped wafting vehicle for increasing the terrain adaptability. The proposed method controls a leg length which is in tranfer phase to maintain initial orientation of the robot body by using FSR type force sensors attached to foot-tips. Also, some basic experiments using the vehicle are performed to demonstrate the effectiveness of the algorithm.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1513-1519
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2000
This paper proposes a hybrid control method of using impedance control and the computed-torque control for biped robot locomotion. Computed torque control is used for supporting (constrained) leg. For the free leg, the impedance control is used, where different values of impedance parameters are used depending on the gait phase of the biped robot. To reduce the magnitude of an impact and guarantee a stable footing when a foot contacts with the ground, this paper proposes to increase the damping of the leg drastically and to modify the reference trajectory of the leg. Computer simulations with a 3 -dof environment model for which a combination of a nonlinear and a linear compliant models is used, show that the proposed controller is superior to the computed-torque controllers in reducing impacts and stabilizing the footing.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.11
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pp.1146-1154
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2008
This paper presents a method for the acceleration analysis of multi-legged walking robots in consideration of the frictional ground contact. This method is based on both unified dynamic equation for finding the acceleration of a robot's body and constraint equation for satisfying no-slip condition. After the dynamic equation representing relationship between actuator torques and body acceleration, is derived from the force and acceleration relationship between foot and body's gravity center, the constraint equation is formulated to reconfigure the maximum torque boundaries satisfying no-slip condition from given original actuator torque boundaries. From application of the reconfigured torques to the dynamic equation, interested acceleration boundaries are obtained. The approach based on above two equations, is adapted to the changes of degree-of-freedoms of legs as well as friction of ground. And the method provides the maximum translational and rotational acceleration boundaries of body's center that are achievable in every direction without occurring slipping at the contact points or saturating all actuators. Given the torque limits in infinite normsense, the resultant accelerations are derived as a polytope. From the proposed method, we obtained achievable acceleration boundaries of 4-legged and 6-legged walking robot system successfully.
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.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.19
no.4
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pp.457-463
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2009
In this paper, a novel foot force distribution algorithm for hexapod walking robots is presented. The considered hexapod robot has fault-tolerant tripod gaits with a failed leg in locked-joint failure. The principle of the proposed algorithm is to minimize the slippage of the leg that determines the stability margin of the fault-tolerant gaits. The fault-tolerant tripod gait has a drawback that it has less stability margin than normal gaits. Considering this drawback, we use the feature that there are always three supporting legs, and by incorporating the theory of Zero-Interaction Force, we calculate the foot forces analytically without resort to any optimization technique. In a case study, the proposed algorithm is compared with a conventional foot force distribution method and its applicability is demonstrated.
We propose an inter-leg collision avoidance method that compensates the disadvantage of the data-driven biped control method. The data-driven biped control technique proposed by Lee et. al [1] sometimes generates the movement that the two legs intersect with each other while walking, which can not be realized in walking of a real person or a biped robot. The proposed method changes the angle of the swing hip so that the swing foot can move inward only after passing the stance foot. This process introduces an additional angle adjustment algorithm to avoid collisions with the stance leg to the original feedback rule of the stance hip. It generates a stable walking simulation without any inter-leg collisions, by adding minimal changes and additional calculations to the existing controller behavior.
Seo Min Jwa;Kim Si Yeol;Cho Won Hak;Choi Hyeon-Chang;Choi Hyeonki
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.24
no.6
s.81
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pp.495-500
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2003
The purpose of this investigation was to study the kinematics of joints between the foot segments based on computer graphic model during the stance? phase of walking. In the model, all joints were assumed to act as monocentric. single degree of freedom hinge joints. The motion of foot was captured by a video collection system using four cameras. The model fitted in an individual subject was simulated with this motion data. The range of motion of the first tarsometatarsal joint was $-8^{\circ}\;\~\;-13^{\circ}$, and the first metatarsophanlangeal joint was $-13^{\circ}\;\~\;-48^{\circ}$. The kinematic data of tarsometatarsal joint and metatarsophanlangeal joint were similar to the previous data. Therefore, our method based on the graphical computer model is considered useful.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.4
s.175
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pp.1007-1015
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2000
This paper proposes an adaptive trajectory generation strategy of using on-line ZMP information and an impedance control method for biped robots. Since robots experience various disturbances during their locomotion, their walking mechanism should have the robustness against those disturbances, which requires an on-line adaptation capability. In this context, an on-line trajectory planner is proposed to compensate the required moment for recovering stability. The ZMP equation and sensed ZMP information are used in this trajectory generation strategy. In order to control a biped robot to be able to walk stably, its controller should guarantee stable footing at the moment of feet contacts with the ground as well as maintaining good trajectory tracking performance. Otherwise, the stability of robot will be significantly compromised. To reduce the magnitude of an impact and guarantee a stable footing when a foot contacts with the ground, this paper. proposes to increase the damping of the leg drastically and to modify the reference trajectory of the leg. In the proposed control scheme, the constrained leg is controlled by impedance control using the impedance model with respect to the base link. Computer simulations performed with a 3-dof environment model that consists of combination of a nonlinear and linear compliant contact model show that the proposed controller performs well and that it has robustness against unknown uneven surface. Moreover, the biped robot with the proposed trajectory generator can walk even when it is pushed with a certain amount of external force.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.10
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pp.46-53
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2007
This paper describes the development of a high-precision measuring device with DSP (digital signal processor) for the accurate measurement of the 6-axis force/moment sensor mounted to a humanoid robot's ankle. In order to walk on uneven terrain safely, the foot should perceive the applied forces Fx, Fy, and Fz and moments Mx, My, and Mz to itself, and control the foot using the measured them. The applied forces and moments should be measured from two 6-axis force/moment sensors mounted to the feet, and the sensor is composed of Fx sensor, Fy sensor, Fz sensor, Mx sensor, My sensor and Mz sensor in a body (single block). In order to acquire output values from twelve sensors (two 6-axis force/moment sensor) accurately, the measuring device should get the function of high speed, and should be small in size. The commercialized measuring devices have the function of high speed, unfortunately, they are large in size and heavy in weight. In this paper, the high-precision measuring device for acquiring the output values from two 6-axis force/moment sensors was developed. It is composed of a DSP (150 MHz), a RAM (random access memory), amplifiers, capacities, resisters and so on. And the characteristic test was carried out.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.23
no.1
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pp.147-162
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1997
When designing workplaces or arranging controls on panel, devices and controls should be placed within the reach of operator's arm or foot to guarantee effective performances. Most of the existing research on the reach volume were based on measurements of a few subject's arm reach, and limited to Caucasian and Chinese populations. Furthermore, reach volume considering foot or trunk motion have not been investigated. Range of human joint motion and that of two degrees of freedom motion are needed to generate reach volume analytically using the sweeping algorithm. However, range of two degrees of freedom motion has not been measured up to now. Therefore, range of two degrees of freedom motion was measured in this research, where 47 college students were participated voluntarily as subjects. The results showed that the motion of one joint can be limited by the motion of another motion, that is to say, the shoulder flexion was decreased significantly when the shoulder was adducted or abducted. Second, new approximate algorithms generating reach volumes were suggested, in which range of two degrees of freedom motion was used as input data. Depending upon the body segment included such as trunk, arm and leg, three types of reach volume were provided, in which the human body was modeled as a multilink system based on the robot kinematics and the sweeping method was employed. Reach volume generated analytically in this study showed statistically reasonable results when compared with that obtained from direct measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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