Biped locomotion control via hybrid position control and gravity compensation modes

Abstract

ÖZET İnsanların bulunduğu ortamlardaki olası faydalan dolayısıyla geçtiğimiz otuz yıl, insansı robotlara karşı giderek artan bir ilgi ve meraka şahitlik etti. Ne var ki, insansı robotların dinamiklerinin doğrusal olmaması ve birçok serbestlik derecesine sahip olmaları denetimlerini güçleştirmektedir. Açık devre yürüyüşten birçok algılayıcı ve geri besleme çemberine sahip sistemlere kadar sayısız güzergah belirleme ve yürüyüş denetim yaklaşımı önerilmiştir. Yürüyüş referansının parametrelerinin ayarlanması karşılaşılan genel bir problemdir. Bir diğer problem de ayağın yere konma anında yaşanan geçici durum davranışlarıdır. Bu tezde önerilen metot üst vücut için çevrim-dışı güzergah referansları vermektedir. Bu referanslara karşı gelen destek ayağında oluşması gereken eklem momentlerinin elde edilmesi amacıyla eniyileme teknikleri kullanılmıştır. Hareket, belli yönlerde pozisyon denetimine, belli yönlerde ise sanal ağırlık beslemesine dayanan salınım ayağı denetim stratejisiyle sağlanır. Bu metotla ayağın yere yumuşak konması sağlanabilir ve düşük empedans probleminin kolaylıkla üstesinden gelinebilir. Bu metodun bir diğer avantajı da yürüyüşün sağlanması için sınırlı sayıda parametrenin gerekmesidir. Önerilen metodun test edilmesi için 12 serbestlik derecesine sahip bir insansı robotun üç boyutlu dinamik ve yerle etkileşim benzeşim teknikleri kullanılmıştır. Benzeşimler, bu metodun gerçek uygulamalarda kullanılabilirliğini ortaya koymaktadır.

ABSTRACT Past three decades witnessed a growing interest in biped walking robots because of then- advantageous use in the human environment. However, their control is challenging because of their many degrees of freedom and non-linearities in their dynamics. Various trajectory generation and walking control approaches ranging from open loop walking to systems with many sensors and feedback loops have been reported in the literature. The tuning of the parameters of reference gait is a common complication encountered. Another important problem of the walking control is the contact transients at the instant of landing. The method presented in this thesis generated position references for the upper body. Optimization techniques are employed to obtain suitable leg joint torques for the supporting leg to track body reference trajectories. Locomotion is achieved by a swinging leg control scheme, which is based on position control on certain directions, and artificial gravity compensation on certain directions. Soft landing and low impedance problem of the legs can easily be handled with this scheme. Another advantage is that limited number of parameters is required for gait generation. 3D dynamics and ground interaction simulation techniques are employed for a 12-DOF biped robot to test the proposed method. The simulations indicate the applicability of the method in real implementations. IV