The desired ZMP is different from the actual ZMP of a humanoid robot during actual walking and stand upright. A humanoid robot must maintain its stable posture although external force is given to the robot. A humanoid robot can know its stability with ZMP. Actual ZMP may be moved out of the foot-print polygons by external disturbance or uneven ground surfaces. If the position of ZMP moves out of stable region, the stability can not be guaranteed. Therefore, The control of the ZMP is necessary. In this paper, ZMP control algorithm is proposed. Herein, the ZMP control uses difference between desired ZMP and actual ZMP. The proposed algorithm gives reaction moment with ankle joint when external force is supplied. 3D simulator shows motion of a humanoid robot and calculated data.
In This paper proposes the control algorithm for quadruped robots on irregularly sloped uneven surface. Body balance is important in stable running locomotion. Since the body balance is determined by the forces applied at the feet during touchdown phase, the ground reaction force is controlled for stable running. To control the forces at each foot, the desired force is generated. The generated desired force is compared with actual contact force, then, the difference between them modifies the foot trajectory. The desired force is generated by combination of the rate change of the angular and linear momentum at flight. Then the rate change of momentum determines each force distribution. The distribution of the force is carried out by fuzzy logic. The computer simulation is carried out with the commercial software RecurDyn$^{(R)}$. Dynamic model simulation program show that the stable running on the irregularly sloped uneven surface are accomplished by the proposed method.
This paper suggests a method of the forward dynamic analysis for the computer simulation on the analysis of the dynamic behavior for biped walking robot. The equations f motion of the system or the simulation are constructed by using the Method of the multibody dynamics which is powerful method for modeling of the complex biped system. For the simplicity of simulation, we consider that the sole of the contacting foot is affected by the reaction forces for tree structure system topology instead of the addition or deletion of the kinematic constraints. The ground reaction forces can be modeled using the simple spring and damper model at the three contacting points on the sole of the foot. For minimizing the errors of numerical integration, the number of equations of motion is minimized by adding the driving constraints or a controller instead of the direct driving torques.
It is necessary to develop the simulator for the test of stability and torque before the walking experiment of biped robot, because a robot may be damaged in an actual experiment. This thesis deals with the development of three-dimensional simulator for improving efficiency and safety during development and experimentation. The simulator is composed of three parts-solving dynamics, rendering pictures and communicating with the robot. In the first part, the D-H parameter and parameter of links can be loaded from the file and edited in the program. The results are obtained by using the Newton-Euler method and are stored in the file. Through the above process, the proper length of link and driving force can be found by using simulator before designing the robot. The second part is organized so that the user can easily see a specific value or a portion he wants by setting viewing parameters interactively. A robot is also shown as a shaded rendering picture in this part. In the last part, the simulator sends each desired angle of joints to the robot controller and each real angle of joints is taken from the controller and passed to the second part. The safety of the experiment is improved by driving the robot after checking whether the robot can be actuatable or not and whether the ZMP is located within the sole of the foot or not for a specific gait. The state of the robot can be easily grasped by showing the shaded rendering picture which displays the position of the ZMP, the driving force and the shape of robot.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.8
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pp.585-593
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2004
Fault-tolerant gait planning in legged locomotion is to design gaits with which legged robots can maintain static stability and motion continuity against a failure in a leg. For planning a robust and deadlock-free fault-tolerant gait, kinematic constraints caused by a failed leg should be closely examined with respect to remaining mobility of the leg. In this paper, based on the authors's previous results, deadlock avoidance scheme for fault-tolerant gait planning is proposed for a hexapod robot walking over even 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. It is shown that for guaranteeing the existence of the previously proposed fault-tolerant tripod gait of a hexapod robot, the configuration of the failed leg must be within a range of kinematic constraints. Then, for coping with failure situations where the existence condition is not satisfied, the previous fault-tolerant tripod gait is improved by including the adjustment of the foot trajectory. The foot trajectory adjustment procedure is analytically derived to show that it can help the fault-tolerant gait avoid deadlock resulting from the kinematic constraint and does not make any harmful effect on gait mobility. The post-failure walking problem of a hexapod robot with the normal tripod gait is addressed as a case study to show the effectiveness of the proposed scheme.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.659-665
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2010
This paper proposes a control algorithm for quadruped robots moving on irregularly sloped uneven surfaces. Since the body balance of a quadruped robot is controlled by the forces acting on its feet during touchdown, the ground reaction force (GRF) is controlled for stable running. The desired GRF for each foot is generated on the basis of the desired galloping pattern; this GRF is then compared with the actual contact force. The difference between the two forces is used to modify the foot trajectory. The desired force is realized by considering a combination of the rate change of the angular and linear momenta at flight. Then, the amplitude of the GRF to be applied at each foot in order to achieve the desired linear and angular momenta is determined by fuzzy logic. Dynamic simulations of galloping motion were performed using RecurDyn; these simulations show that the proposed control method can be used to achieve stable galloping for a quadruped robot on irregularly sloped uneven surfaces.
Control of a biped robot which has compliant ankle joints is dealt in this paper. Simulated version of a human ankle joint is built using springs and mechanical constraints, which gives a flexibility of joint and compliance against the touching ground. The biped robot with compliant ankle joints proposed here gives a good contact between its sole and the ground and makes foot landing soft. As a result, installing force sensors for measuring the center of gravity of the biped becomes easier. A motor to drive an ankle joint is not needed which makes legs light. However, the control problem becomes more difficult because the torque of the ankle joint to put the biped in a desired walking gait cannot be provided from the compliant ankle joint. To solve this problem, we proposed a dynamic gait modification method by adjusting the position of a hip joint. Simulation results for the mathematical model of the SD-2 biped in the Ohio State University are given to show the validity of the proposed controller.
Kim, Dong-Chan;Kim, Mu-Hwan;Lee, Min-Su;Park, Je-Yeol;Jo, Seong-Uk
Proceeding of EDISON Challenge
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2017.03a
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pp.540-546
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2017
Bipedal robots tend to have greater mobility than conventional treaded or wheeled robots yet they are commonly complicated by instabilities in balance. This paper presents a bipedal robot based upon Jansen's locomotive mechanism which addresses these challenges in stability and efficiency. In order to achieve a functioning robot, we considered a multitude of variables in its motion including, the Ground Score, Drag Score, step size, foot lift, stride, and instantaneous speed of the Jansen mechanism. Matlab and Jansen Opt solver were used to optimize the legs of the robot. A trial and error experimental method was used to determine the best combination of link lengths, and m.Sketch was used to model our results. Finally, we drew the entirety of the robot's figure by using the Edison design.
In this study, a robot is implemented in H/W based on four-bar linkage mechanism and Jansen mechanism. Our goal is to finish the given path using given terms. The various programs was used to understand the mechanism in more detail. DISON m.Sketch, EDISON Designer, Theo Jansen Mechanism Optimization Solver. Using these programs, we can design the robot in more dtails and reduce errors and trials. For the design and implementation of a robot, it is need to get joint variable, a foot point, and their relation. Thus, the proposed kinematic analysis is very important process for the design and implementation of legged robots.
Kim, Chi-Hyo;Park, Kun-Woo;Kim, Tae-Sung;Lee, Min-Ki
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.4
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pp.310-318
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2008
This paper presents a parallel typed walking robot to improve walking space and stability region. The robot is designed by inserting an intermediate mechanism between upper leg mechanism and lower leg mechanism. The leg mechanism is composed of three legs and base, which form a parallel mechanism with ground. Seven different types of walking robot are invented by combining the leg mechanisms and an intermediate mechanism. Topology is applied to design the leg mechanism. A motor vector is adopted to determine Jacobian and a wrench vector is used to analyze dynamics of the robot. We explore the stability region of the robot from the reaction force of legs and compute ZMP including the holding force to contact the foot to a wall. This investigates a walking stability when the robot walks on the ground as well as on the wall. We examine the walking space generated by support legs and by swing legs. The robot has both a large positional walking space and a large orientational walking space so that it can climb from a floor up to a wall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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