U, Jeong-Jae;Choe, Hyeong-Sik;Kim, Yeong-Sik;Jeon, Dae-Won
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.10
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pp.139-146
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2002
We developed a motion capture system to utilize informations on the human walking motion. The system is composed of the mechanical and electronic devices to obtain the joint angle data and the software to analyze the obtained data and to transform the data into the input for a biped walking robot. The mechanical system is composed of a pair of links with 3 revolute joints, on which potentiometers are attached on joint axes to sense rotation angles. Analog signals from potentiometers are transformed into the digital data through the low pass filter and the A/D converter, and then which are stored at the computer. We analyzed the walking characteristics by applying FFT to the digital data, and then performed a 3-D computer simulation using the data. Finally, We apply the processed data to a biped walking robot.
In this paper, we embodied posture-stabilization and dynamic gait in a walking robot. 10 RC servo motors are used to operate joints. And the joints have enough moving ranges suitable in any walking pattern. Each joint trajectory is generated by cubic spline interpolation method and the stability of the trajectory is verified by using Zero Moment Point from the robot modeling. To avoid complex structure and expression, Zero Moment Point of the biped robot used angular acceleration is suggested. To measure the stability of the biped robot, Tilt sensor and gyro sensor are used. Finally, Personal Computer is used computer monitoring and data processing. Most of computation, such as 10 RC servo motor control, joint trajectory generating, ZMP compensation, sense measuring, etc, was used Digital Signal Processor.
Generating motion of center of mass for biped robots is a challenging issue since biped robots can easily lose balance due to limited contact area between foot and ground. In this paper, we propose force control method to generate high-speed motion of the center of mass for horizontal direction without losing balancing condition. Contact consistent multi-body dynamics of the robot is used to calculate force for horizontal direction of the center of mass considering balance. The calculated force is applied for acceleration or deceleration of the center of mass to generate high speed motion. The linear inverted pendulum model is used to estimate motion of the center of mass and the estimated motion is used to select either maximum or minimum force to stop at goal position. The proposed method is verified by experiments using 12-DOF torque controlled human sized legged robot.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.1
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pp.10-18
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2003
This paper presented a design and control of a biped walking RGO(robotic gait orthosis) and its simulation. The biped walking RGO was distinguished from the other one by which had a very light-weight and a new RGO system will be made of 12-servo motors and 12-controllers. The vibration evaluation of the dynamic PLS(posterior leaf splint) on the biped walking RGO was used to access by the 3-axis accelerometer with a low frequency vibration of less than 30 Hz. The galt of the biped walking RGO depends on the constrains of mechanical kinematics and the initial posture. The stability of dynamic walking was investigated by analyzing the ZMP (zero moment point) of the biped walking RGO. It was designed according to the human wear type and was able to accomodate itself to the environments of S.C.I. Patients. The Joints of each leg were adopted with a good kinematic characteristics. To analyse joint kinematic properties. we made the strain stress analysis of the dynamic PLS and the analysis study of FEM with a dynamic PLS.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.752-759
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2002
This paper presented a design and a control of a biped walking RGO and walking simulation by this system. The biped walking RGO was distinguished from the other one by which had a very light-weight and a new RGO type with 12-servo motors. The vibration evaluation of the dynamic PLS on the biped walking RGO was used to access by the 3-axis accelerometer with a low frequency vibration for the spinal cord injuries. The gait of a biped walking RGO depended on the constrains of mechanical kinematics and the initial posture. The stability of dynamic walking was investigated by a ZMP (Zero Moment Point) of the biped walking RGO. It was designed according to a human wear type and was able to accomodate itself to a human environments. The joints of each leg were adopted with a good kinematic characteristics. To test of the analysis of joint kinematic properties, we did the strain stress analysis of the dynamic PLS and the analysis study of FEM with a dynamic PLS. It will be expect that the spinal cord injury patients are able to recover effectively with a biped walking RGO.
Humanoid robot is the most intimate robot platform suitable for human interaction and services. Biped walking is its basic locomotion method, which is performed with combination of joint actuator's rotations in the lower extremity. The present work employs humanoid robot simulator and numerical optimization method to generate optimal joint trajectories for biped walking. The simulator is developed with Matlab based on the robot structure constructed with the Denavit-Hartenberg (DH) convention. Particle swarm optimization method minimizes the cost function for biped walking associated with performance index such as altitude trajectory of clearance foot and stability index concerning zero moment point (ZMP) trajectory. In this paper, instead of checking whether ZMP's position is inside the stable region or not, reference ZMP trajectory is approximately configured with feature points by which piece-wise linear trajectory can be drawn, and difference of reference ZMP and actual one at each sampling time is added to the cost function. The optimized joint trajectories realize three phases of stable gait including initial, periodic, and final steps. For validation of the proposed approach, a small-sized humanoid robot named DARwIn-OP is commanded to walk with the optimized joint trajectories, and the walking result is successful.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.17
no.4
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pp.245-254
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2014
In this paper, stable and robust dynamic walking for a biped motion is proposed. To success this objective, the following structures are processed. In this paper, the proposed control method is one that adjusts actual zero moment position to move to the closest possible point in the stable area instead of following desired zero moment position. This minimizes energy consumption with the smallest joint movements. The proposed control method makes mechanical energy that drives lower limb of the bipedal robot efficient. In this paper, walking experiment is carried out with the three control structures mentioned above. The trajectory generated by off-line is illustrated by performing to walking on flat ground. experiment with an obstacle whose height is lower than that of trajectory is executed to validate dynamic motion.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.2
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pp.148-155
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2008
This paper proposes a method of adaptively generating a gait pattern of biped robot. The gait synthesis is based on human's gait pattern analysis. The proposed method can easily be applied to generate the natural and stable gait pattern of any biped robot. To analyze the human's gait pattern, sequential images of the human's gait on the sagittal plane are acquired from which the gait control values are extracted. The gait pattern of biped robot on the sagittal plane is adaptively generated by a genetic algorithm using the human's gait control values. However, gait trajectories of the biped robot on the sagittal plane are not enough to construct the complete gait pattern because the biped robot moves on 3-dimension space. Therefore, the gait pattern on the frontal plane, generated from Zero Moment Point (ZMP), is added to the gait one acquired on the sagittal plane. Consequently, the natural and stable walking pattern for the biped robot is obtained, as proved by the experiments.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.3
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pp.269-276
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2011
This paper proposes a novel control method using phase plane for a hydraulic biped humanoid robot. In biped walking control, it is much more difficult to control the posture of a biped robot in the coronal plane because the supporting area formed by the both feet in the coronal plane is much narrower than that of the sagittal plane. When the biped robot walks stably, the phase portrait of the pelvis in the coronal plane makes an elliptical shape. From this point of view, we develop an ankle torque controller and a foot placement controller for tracking the desired phase portrait during walking. We design these controllers by using simulations of a simplified compass gait biped model to regulate the desired phase portrait of pelvis. The effectiveness of the proposed control method is proved through full-body dynamic walking simulations and real experiments of the SARCOS hydraulic biped humanoid.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.54
no.6
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pp.376-382
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2005
In this paper, practical biped humanoid robot is presented, designed, and modeled by fuzzy system. The humanoid robot is a popular research area in robotics because of the high adaptability of a walking robot in an unstructured environment. But owing to the lots of circumstances which have to be taken into account it is difficult to generate stable and natural walking motion in various environments. As a significant criterion for the stability of the walk, ZMP (zero moment point) has been used. If the ZMP during walking can be measured, it is possible for a biped humanoid robot to realize stable walking by a control method that makes use of the measured ZMP. In this study, measuring the ZMP trajectories in real time situations throughout the whole walking phase on the flat floor and slope are conducted. And the obtained ZMP data are modeled by fuzzy system to explain empirical laws of the humanoid robot. By the simulation results, the fuzzy system can be effectively used to model practical humanoid robot and the acquired trajectories will be applied to the humanoid robot for the human-like walking motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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