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.
This paper deals with determination of motions of a humanoid robot using genetic algorithm. A humanoid robot has some problems of the structural instability basically. So, we have to consider the stable walking gait in gait planning. Besides, it is important to make the smoothly optimal gait for saving the electric power. A mobile robot has battery to move autonomously. But a humanoid robot needs more electric power in order to drive many joints. So, if movements of walking joint don't maintain optimally, it is hard to sustain the battery power during the working period. Also, if a gait trajectory doesn't have optimal state, the expected lift span of joints tends to be decreased. Also, if a gait trajectory doesn't have optimal state, the expected lift span of joints tends to be decreased. To solve these problems, the genetic algorithm is employed to guarantee the optimal gait trajectory. The fitness functions in a genetic algorithm are introduced to find out optimal trajectory, which enables the robot to have the less reduced jerk of joints and get smooth movement. With these all process accomplished by PC-based program, the optimal solution could be obtained from the simulation. In addition, we discuss the design consideration fur the joint motion and distributed computation of tile humanoid, ISHURO, and suggest its result such as structure of the network and a disturbance observer.
This article describes a simple method for generating the walking trajectory for the biped humanoid robot. The method used a simple inverted model instead of complex multi-mass model and a reasonable explanation for the model simplification is included. The problem of gait trajectory generation is to find the solution from the desired ZMP trajectory to CoG trajectory. This article presents the analytic solution for the bipedal gait generation on the bases of ZMP trajectory. The presented ZMP trajectory has Fourier series form, which has finite or infinite summation of sine and cosine functions, and ZMP trajectory can be designed by calculating the coefficients. From the designed ZMP trajectory, this article focuses on how to find the CoG trajectory with analytical way from the simplified inverted pendulum model. Time segmentation based approach is adopted for generating the trajectories. The coefficients of the function should be designed to be continuous between the segments, and the solution is found by calculating the coefficients with this connectivity conditions. This article also has the proof and the condition of solution existence.
Foot bionic robot could be supported and towed through a series of discrete footholds and be adapted to rugged terrain through attitude adjustment. The vibration isolation of the robot could decouple the fuselage from foot-end trajectories, thus, the robot walked smoothly even if in a significant terrain. The gait programming and foot end trajectory algorithm were simulated. The quadruped robot of parallel five linkages with eight degrees of freedom were tested. The kinematics model of the robot was established by setting the corresponding coordinate system. The forward and inverse kinematics of both supporting and swinging legs were analyzed, and the angle function of single leg driving joint was obtained. The trajectory planning of both supporting and swinging phases was carried out, based on the control strategy of compound cycloid foot-end trajectory planning algorithm with zero impact. The single leg was simulated in Matlab with the established kinematic model. Finally, the walking mode of the robot was studied according to bionics principles. The diagonal gait was simulated and verified through the foot-end trajectory and the kinematics.
This paper deals with determination of motions of a humanoid robot using genetic algorithm. A humanoid robot has some problems of the structural instability basically. So, we have to consider the stable walking gait in gait planning. Besides, it is important to make the smoothly optimal gait for saving the electric power. A mobile robot has a battery to move autonomously. But a humanoid robot needs more electric power in order to drive many joints. So, if movements of walking joints don't maintain optimally, it is difficult for a robot to have working time for a long time. Also, if a gait trajectory doesn't have optimal state, the expected life span of joints tends to be decreased. To solve these problems, the genetic algorithm is employed to guarantee the optimal gait trajectory. The fitness functions in a genetic algorithm are introduced to find out optimal trajectory, which enables the robot to have the less reduced jerk of joints and get smooth movement. With these all process accomplished by a PC-based program, the optimal solution could be obtained from the simulation. In addition, we discuss the design consideration for the joint motion and distributed computation of the humanoid, ISHURO, and suggest its result such as the structure of the network and a disturbance observer.
본 논문에서는 곤충형 다리 구조를 갖는 4족 로봇의 정적 계단 보행 시 계단과의 충돌 제약이 없는 효율적인 걸음새 궤적 생성 방법을 제안한다. 우선 4족 로봇의 순기구학 및 역기구학 모델을 각기 대수학적 방법과 기하학적 방법으로 유도한다. 제안한 방법에서는 보행 시작 위치에서 수직 상승 후 사인 파형의 계단 보행 궤적을 생성하고, 계단과의 충돌을 피하기 위한 보행 궤적의 계수를 설정한다. 또한 안정적인 계단 보행을 위한 걸음새 순서를 결정한다. 마지막으로, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 계단 보행 방법의 효용성 및 실제 적용 가능성을 검증한다.
This paper proposes a center of plantar foot pressure (CoP) trajectory estimation method based on Gaussian process regression, with the aim to show robust results regardless of the regions and numbers of FSRs of the insole sensor. This method can bring an interpolation between the measurement points inside the wearable insole sensor, and two experiments are conducted for performance evaluation. For this purpose, the input data used in the experiment are generated in three types (13 FSRs, 8 FSRs, 5 FSRs) according to the regions and numbers of FSRs. First, the estimation results of the CoP trajectory are compared using Gaussian process regression and weighted mean. As a result of each method, the estimation results of the two methods were similar in the case of 13 FSRs data. On the other hand, in the case of the 8 and 5 FSRs data, the weighted mean varies depending on the regions and numbers of FSRs, but the estimation results of Gaussian process regression showed similar results in spite of reducing the regions and numbers. Second, the estimation results of the CoP trajectory based on Gaussian process regression during several gait cycles are analyzed. In five gait cycles, the previous cycle and the current estimation results are compared, and it was confirmed that similar trajectories appeared in all. In this way, the method of estimating the CoP trajectory based on Gaussian process regression showed robust results, and stability was confirmed by yielding similar results in several gait cycles.
This paper proposes a method that minimizes the consumed energy by searching the optimal locations of the mass centers of links composing of a biped robot using Real-Coded Genetic Algorithm. Generally, in order to utilize optimization algorithms, the system model and design variables must be defined. Firstly, the proposed model is a 6-DOF biped robot composed of seven links, since many of the essential characteristics of the human walking motion can be captured with a seven-link planar biped walking in the saggital plane. Next, Fourth order polynomials are used for basis functions to approximate the walking gait. The coefficients of the fourth order polynomials are defined as design variables. In order to use the method generating the optimal gait trajectory by searching the locations of mass centers of links, three variables are added to the total number of design variables. Real-Coded GA is used for optimization algorithm by reason of many advantages. Simulations and the comparison of three methods to generate gait trajectories including the GCIPM were performed. They show that the proposed method can decrease the consumed energy remarkably and be applied during the design phase of a robot actually.
보행은 특정 단계를 반복하는 주기적인 동작으로 사람의 기본 이동방법이다. 보행 분석을 통해 여러 가지 근골격계의 건강상태를 판별할 수 있다. 본 연구에서는 공간의 제약 없이 보행 분석을 할 수 있는 착용형 센서 시스템을 제안한다. 거리를 측정하는 ToF(: Time-of-Flight) 센서와 기울기를 측정하는 IMU(: Inertial Measurement Unit) 센서로 보행 중의 뒤꿈치 궤적을 도출한다. 낙상의 위험이 있는 이상보행을 할 때의 뒤꿈치 궤적의 변화 양상을 분석하여 보행을 평가한다.
This paper presents a gait control scheme for teleoperation of a quadruped-walking robot. In teleoperation of a walking robot, an operator gives a real-time generated velocity command to a walking robot instead of a moving trajectory. When the direction of the velocity command is changed, the periodic gait is not available because this requires an initial foot position . This paper proposes the aperiodic gait control scheme that can converge to a periodic gait Simulation results are given to demonstrate the efficiency of the proposed control scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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