Previous walking pattern generation methods could generate walking patterns that allow only straight walking on flat and uneven terrain. They were unable to generate modifiable walking patterns whereby the sagittal and lateral step lengths and walking direction can be changed at every footstep. This paper proposes a novel walking pattern generation method to realize modifiable walking of humanoid robots on unknown uneven terrain. The proposed method employs a walking pattern generator based on the 3-D linear inverted pendulum model (LIPM), which enables a humanoid robot to vary its walking patterns at every footstep. A control strategy for walking on unknown uneven terrain is proposed. Virtual spring-damper (VSD) models are used to compensate for the disturbances that occur between the robot and the terrain when the robot walks on uneven terrain with unknown height. In addition, methods for generating the foot and vertical center of mass (COM) of the 3-D LIPM trajectories are developed to realize stable walking on unknown uneven terrain. The proposed method is implemented on a small-sized humanoid robot platform, DARwIn-OP and its effectiveness is demonstrated experimentally.
To achieve bipedal walking in real human environments, a bipedal robot should be capable of modifiable walking both on uneven terrain with different heights and on flat terrain. In this paper, a novel walking pattern generator based on a 3-D linear inverted pendulum model (LIPM) is proposed to achieve this objective. By adopting a zero moment point (ZMP) variation scheme in real time, it is possible to change the center-of-mass (COM) position and the velocity of the 3-D LIPM throughout the single support phase. Consequently, the proposed method offers the ability to generate a modifiable pattern for walking on uneven terrain without the necessity for any extra footsteps to adjust the COM motion. In addition, a control strategy for bipedal walking on uneven terrain with unknown height is developed. The torques and ground reaction force are measured through force-sensing resisters (FSRs) on each foot and the foot of the robot is modeled as three virtual spring-damper models for the disturbance compensation. The methods for generating the foot and vertical COM of 3-D LIPM trajectories are proposed to achieve modifiable bipedal walking on uneven terrain without any information regarding the height of the terrain. The effectiveness of the proposed method is confirmed through dynamic simulations.
보행로봇은 평탄 지형에서나 비평탄 지형에서 이동할 수 있다. 지형에 따라 적절한 알고리즘으로 변화시켜 보행할 수 있다. 지금까지의 시각이 없는 로봇에 적합한 걸음새에 대한 논문들은 각 다리의 착지점을 선택하는 방법에 초점을 맞추고 있다. 그러나 본 논문에서는 스트로크와 주기를 변화시켜 비평탄 지형에서도 안정된 등속도 보행을 하는 알고리즘을 제시한다. 이 적응 알고리즘을 적용하여 로봇이 보행을 한다면, 고 기능의 센서를 이용한 복잡한 제어없이 발바닥에 장착된 힘 센서의 신호만으로도 비평탄 지형에서 안정된 등속도 보행이 가능하다. 본 논문에서는 각 다리에 2 자유도를 갖는 4족 로봇으로 평탄 지형과 비평탄 지형에서 물결 걸음새로 보행하는 실험을 하였다. 보행실험을 통하여 적응 알고리즘이 유용함을 증명하였다.
A fault-tolerant gait of multi-legged robots with static walking is a gait which can maintain gait stability and continue its walking against an occurrence of a leg failure. This paper proposes fault-tolerant gait planning of a quadruped robot walking over a rough planar terrain. The considered fault is a locked joint failure, which prevents a joint of a leg from moving and makes it locked in a known position. In this Paper, two-phase discontinuous gaits are presented as a new fault-tolerant gait for quadruped robots suffering from a locked joint failure. By comparing with previously developed one-phase discontinuous gaits, it is shown that the proposed gait has great advantages in gait performance such as the stride length and terrain adaptability. Based on the two-phase discontinuous gait, quasi follow-the-leader(FTL) gaits are constructed which enable a quadruped robot to traverse two-dimensional rough terrain after an occurrence of a locked joint failure. During walking, two front legs undergo the foot adjustment procedure for avoiding stepping on forbidden areas. The Proposed wait planning is verified by using computer graphics simulations.
산악지대, 특히 오픈스페이스에서의 보행은 산악지형을 기반으로 이루어지는 특수 활동영역에서 중요하다. 그러나 최근의 보행 경로 연구는 보행자와 환경 요소를 포괄적으로 네트워크 분석에 포함시키지만, 주로 한정된 공간을 대상으로 하며 산악지형 등, 데이터가 부족한 지형은 분석 대상에서 제외된다. 본 논문에서는 산악지형의 오픈스페이스에서 그물망 기반의 가상 보행 네트워크를 만들며, 경사도를 반영한 산악 보행 경로 생성 방법을 제안한다. 이 방법은 거리측정에 경사도를 고려하여 실제 지형을 더 잘 반영하며, 기존 경로 분석 서비스에서 제공하지 않는 오픈스페이스를 이용한 산악 보행 경로를 제시하고, 시험을 통해 이를 입증하였다. 본 논문의 설계 방법은 조난, 산악구조, 전술 훈련 등에서 산악지형의 오픈스페이스를 포함한 경로 생성 방법으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
In this paper, A model of 4-legged walking robot is presented by investigating the gait of animals, which can walk with maintaining static stability on irregular terrain. Kinematices of the model robot was analyzed by geometric approach, and a gait control algorithm is proposed for the effective walking on irregular terrain. Terrains are classified into 4 types in order to study the terrain adaptability of the proposed algorithm and it is simulated for each type of terrain.
Terrain recognition ability is crucial to the performance of legged robots in an outdoor environment. For instance, a robot will not easily walk and it will tumble or deviate from its path if there is no information on whether the walking surface is flat, rugged, tough, and slippery. In this study, the ground surface recognition ability of robots is discussed, and to enable walking robots to recognize the surface state and changes, a central moment method was used. The values of the sensor signals (load cell) of robots while walking were detected in the supported section and were analyzed according to signal variance, skewness, and kurtosis. Based on the results of such analysis, the surface state was detected and classified.
A four-legged Walking Machine can move on the plain terrain with mobility and stability and stability, but if there exist any obstacles on the terrain of the motion direction, it takes extra time to cross those obstacles and the stability should be considered during motion. The main objective is the study a Quadruped which can cross obstacles with better mobility, stability and fuel economy than any other wheeled or tracked vehicles. Vertical step, isolated wall and ditch are the basic obstacles and by understanding those three cases perfectly, a Quadruped can move on any mixed rough terrain as 4-legged terrestrial vertebrates move. Each leg of a Quadruped has a limited walk space called a walking volume and this is very important to deter- mine the crossing capability in a static analysis. A Quadruped can be simplified with links and joints. By applying the research method, a quadruped can determine the control procedures as soon as it receives the terrain information from scanner and finally can move with mobility and stability.
이족로봇은 높은 자유도로 인하여 기구적인 불안정성을 내포하고 있기 때문에 보행 시 자세 안정성의 확보가 중요하다. 일반적으로 평지에서는 안정적인 정적 보행이 가능하지만 평지가 아닌 비평탄 지형에서는 보행의 안정성이 현저하게 떨어진다. 본 논문에서는 비평탄 지형에서 이족로봇의 자세 안정화를 포함한 강인한 보행 방법을 제안하였다. 이족로봇의 중앙에 장착된 자이로 센서와 가속도 센서 값을 기반으로 보행 순간마다 센서 값을 감지하여 로봇 몸체의 기울어진 각도를 인식하여 보행 자세를 안정화하는 강인 보행 알고리즘을 설계하였다. 비평탄 지형 보행은 로봇의 기울어진 각도를 인식하여 그 상황에 맞게 관절 각도를 변화시켜 이족로봇 상체의 각도가 평지보행에서와 같도록 하체관절의 각도를 보정하여 보행에서의 안정성을 높였다. 제안된 보행알고리즘은 실제 제작된 이족로봇을 사용하여 비평탄 지형에서 실험하여 제안된 보행 알고리즘의 성능을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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