This paper deals with a human-like gait generation of a biped robot with a balancing weight of an inverted pendulum type by using genetic algorithm. The ZMP (Zero Moment Point) is the most important index in a biped robot's dynamic walking stability. To perform a stable walking of a biped robot, a balancing motion is required according to legs' trajectories and a desired ZMP trajectory. A dynamic equation of the balancing motion is nonlinear due to an inverted pendulum type's balancing weight. To solve the nonlinear equation by the FDM (Finite Difference Method), a linearized model of equation is proposed. And GA (Genetic Algorithm) is applied to optimize a human-like balancing motion of a biped robot. By genetic algorithm, the index of the balancing motion is efficiently optimized, and a dynamic walking stability is verified by the ZMP verification equation. These balancing motion are simulated and experimented with a real biped robot IWR-IV. This human-like gait generation will be applied to a humanoid robot, at future work.
Kim, Do-Ik;Choi, Young-Jin;Oh, Yong-Hwan;You, Bum-Jae
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
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pp.2148-2153
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2005
For a legged robot such as a humanoid, balancing its body during a given motion is natural but the most important problem. Recently, a motion given to a humanoid is more and more complicated, and thus the balancing problem becomes much more critical. This paper suggests a real-time motion generation algorithm that guarantees a humanoid to be balanced during the motion. A desired motion of each arm and/or leg is planned by the conventional motion planning method without considering the balancing problem. In order to balance a humanoid, all the given motions are embedded into the COG Jacobian. The COG Jacobian is modified to include the desired motions and, in consequence, dimension of the COG Jacobian is drastically reduced. With the motion-embedded COG Jacobian, balancing and performing a task is completed simultaneously, without changing any other parameters related to the control or planning. Validity and efficiency of the proposed motion-embedded COG Jacobian is simulated in the paper.
In this paper we present a genetic approach for trajectory control algorithm of balancing weight for IWR biped walking robot. The biped walking robot, IWR that was made by Automatic Control Lab. of Inha University has a trunk which stabilizes its walking by generating compensation moment. Trunk is composed of a revolute and a prismatic joint which roles balancing weight. The motion of balancing weight is determined by the gait of legs and represented by two linear second order ordinary differential equations. The solution of this equation must satisfy some constraints simultaneously to have a physical meaning. Genetic algorithm search for this feasible motion of balancing weight under some constraints. Simulation results show that feasible motion of balancing weight can be obtained by genetic algorithm.
In a link-motion mechanism, numerous links are interconnected and each link executes a constrained motion at a high speed. Due to the complicated constrained motions of the constituent links, dynamic unbalance forces and moments are generated and transmitted to the main frame. Therefore unwanted vibration is produced. This degrades productivity and precise work. Based on constrained multi-body dynamics, the kinematic analysis is carried out to enable design changes to be made. This will provide the fundamental information for significantly reducing dynamic unbalance forces and moments which are transmitted to the main frame. In this work, a link-motion punch press is selected as an example of a link-motion mechanism. To calculate the mass and inertia properties of every link comprising a link-motion punch press, 3-dimensional CAD software is utilized. The main issue in this work is to eliminate the first-order unbalance force and moment in a link-motion punch press. The mass, moment of inertia link length, location of the mass center in each link have a great impact on the degree of dynamic balancing which can be achieved maximally. Achieving good dynamic balancing in a link motion punch press is quite essential fur reliable operation at high speed.
This paper deals with the gait optimization of via points on biped robot. ZMP(Zero Moment point) is the most important index in a biped robot's dynamic walking stability. To stable walking of a biped robot, leg's trajectory and a desired ZMP trajectory is required, balancing motion is solved by FDM(Finite Difference Method). In this paper, optimal index is defined to dynamically stable walking of a biped robot, and genetic algorithm is applied to optimize gait trajectory and balancing motion of a biped robot. By genetic algorithm, the index of walking parameter is efficiently optimized, and dynamic walking stability is verified by ZMP verification equation. Genetic algorithm is only applied to balancing motion, and is totally applied to whole trajectory. All of the suggested motions of biped robot are investigated by simulations and verified through the real implementation.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제16권3호
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pp.188-196
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2016
For the balancing control of a one-wheel mobile robot, CMG (Control Moment Gyro) can be used as a gyroscopic actuator. Balancing control has to be done in the roll angle direction by an induced gyroscopic motion. Since the dedicated CMG cannot produce the rolling motion of the body directly, the yawing motion with the help of the frictional reaction can be used. The dynamic uncertainties including the chattering of the control input, disturbances, and vibration during the flipping control of the high rotating flywheel, however, cause ill effect on the balancing performance and even lead to the instability of the system. Fuzzy compensation is introduced as an auxiliary control method to prevent the robot from the failure due to leaning aside of the flywheel. Simulation studies are conducted to see the feasibility of the proposed control method. In addition, experimental studies are conducted for the verification of the proposed control.
Conventional two-wheeled balancing robots are limited in terms of turning speed because they lack the lateral motion to compensate for the centrifugal force needed to stop rollover. In order to improve lateral stability, this paper suggests a two-wheeled balancing mobile platform equipped with a tilting mechanism to generate roll motions. In terms of static force analysis, it is shown that the two-body sliding type tilting method is more suitable for small-size mobile robots than the single-body type. For the mathematical modeling, the tilting-balancing platform is assumed as a 3D inverted pendulum and the four-degrees-of-freedom equation of motion is derived. In the velocity/posture control loop, the desired tilting angle is naturally determined according to the changes of forward velocity and steering yaw rate. The efficiency of the developed tilting type balancing mobile platform is validated through experimental results.
본 논문은 엔트로피 코딩 기반 분산 비디오 코딩 시스템에서의 복잡도 분배 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 복호화기의 복잡도 감소를 위하여 채널 코더 대신 엔트로피 코더를 이용하며, 저 복잡도로 높은 부호화 효율을 얻기 위한 블록 단위 복잡도 분배 방법을 수행한다. 제안하는 분산 비디오 복호화기는 움직임 추정을 수행하여 측정된 움직임 벡터를 부호화기로 전송하고, 부호화기에서는 복호화기로부터 수신된 움직임 벡터를 보정하여 보다 정확한 움직임 추정을 수행한다. 움직임 벡터의 보정을 수행 시, 수신된 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터를 이용하여 최적의 예측 움직임 벡터를 결정하며, 움직임 벡터와 예측 움직임 벡터의 차에 따라 범위를 조절함으로써 블록의 복잡도를 적응적으로 할당한다. 제안하는 부호화기는 H.264/AVC의 부호화기의 복잡도에 비교하여 11.8% 감소하였고, 제안하는 복호화기는 기존의 분산 비디오 시스템의 복호화기 복잡도보다 99%감소되다.
This paper is concerned with the balancing motion formulation and the control of ZMP (zero moment point) for a biped walking robot with balancing joints. The balancing equation of a biped robot can be modeled as the second order non-homogeneous differential equation, which makes it possible to plan the desired trajectories for various gaits or motions. Also, the balancing motion can be defined easily by solving the differential equation without pre-processing or heuristic procedures. The actual experiments are performed on biped walking robot system IWR-III, developed in our Automatic Control Lab. The system has the structure of three pitches in each leg, and one roll and one prismatic type in balancing joints. The walking simulations and the experimental results on IWR-III are shown using the proposed formula and control algorithm.
A general procedure for a motion capture and mimic system has been delineated. Utilizing sensors operated in the magnetic fields, complicated and optimized movements are easily digitized to analyze and repreduce. The system consists of a motion capture module, a motion visualization module, a motion plan module, a motion mimic module, and a GUI module. Design concepts of the system are modular, open, and user friendly to ensure the overall system performance. Custom-built and/or off-the-shelf modules are ease- ly integrated into the system. With modifications, this procedure can be applied for complicated motion controls. This procedure is implemented on tracking a head and balancing a pole. A neural controller based on this control scheme dtilizing human motions can easily evolve from a small amount of learning data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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