In this paper, the new type biped walking robot which is composed of the minimum number or links just for walking and its appropriate gaits are proposed. The proposed new gaits for this robot are four-crossing, crawling, standing and turning gait. In designing the biped robot we propose the Performance Index which means the needed torque per a moving distance and generate foot trajectories by $3^{rd}$ order spline Interpolation. Among those, numerically we find the optimal conditions which minimize the Performance Index. Dynamically stable walking of the biped robot is realized by satisfying the stability condition of ZMP(zero moment point), which is related to maintaining the ZMP within the region of the supporting foot during the s1n91e leg support phase. We determine the region of mass center from the stability condition of ZMP and plan references which track the mass conte. trajectory of constant velocity. Finally we implement the gaits statically tracking the planned trajectories using PD control method.
A new small humanoid robot system is developed in this paper. The humanoid robot has total 20 DOFs : 6 DOFs in each legs, 3 DOFs in each arms, and 2 DOFs in head, 34cms in height, and 2kgs in weight. The robot has the following characteristics: (1) PDA as host controller (2) network-based joint controller (3) wireless camera attached in robot's head (4) mechanism design by CATIA and high speed laser prototyping (5) graphic MMI(Man-Machine Interface) utilizing the CATIA data. By using ADXL inclination sensor, we implement the rope swing with the robot leg motion as well as walking.
본 논문에서는 컴플라이언스 특성의 발을 갖는 이족 로봇의 다리 메커니즘을 제시한 후, 이족 로봇을 위한 전형적인 보행 패턴에서 발의 접촉 반발력과 이것이 무릎과 힙 관절에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. 이러한 분석은 보행 로봇이 걸음 동작을 수행할때, 발의 물리적인 접촉력의 영향을 파악하는데 있어서 유용하고, 다리 메커니즘의 관절 사양을 결정하는데 활용될 수 있다. 결과적으로, 로봇 발 메커니즘의 컴플라이언스 특성이 발의 접촉 반발력에 의해 영향을 받는 보행 다리 관절의토오크 특성을 완화시키는데 기여할 수 있음을 보인다.
This paper describes the mechanism of a new biped machine capable of doing human-robot cooperation work. The biped machine, WABIAN-2 is made of two seven degrees of freedom (DOF) legs, a two DOF waist and no DOF trunk. Its leg system consists of two three DOF ankles, two one DOF knees and two three DOF hips to deal with various walk motions. Its height is about 1.2[m], and its weight is 40[kg]. It is designed with large movable range as a human. Also, a knee stretch walk pattern generation for the biped machine to perform natural walk like a human is discussed in this paper. Its leg motion is compensated by using the motion of its waist. Basic knee stretch walk experiments using WABIAN-2 are conducted on the plane, and the validity of its mechanism and walk pattern generator is verified.
This paper presents a design experience of a control language for coordination of a multi-robot system. To effectively program job commands, a Petrinet-type Graphical Robot Language(PGRL) is proposed, where some functions, such as concurrency and synchronization, for coordination among tasks can be easily programmed.In our system, the proposed task commands of PGRL are implemented by employing formal model languages, which are composed of three modules, sensory, data handling, and action module. It is expected that by using our proposed PGRL and formal languages, one can easily describe a job or task, and hence can effectively operate a complex real-time and concurrent system. The control system is being implemented by using VME-based 32-bit microprocessor boards for supervisory, each module controller(arm, hand, leg, sensor data processing module) and a real time multi-tasking operating system(VxWorks). (author). 17 refs., 16 figs., 2 tabs.
본 논문에서는 4족복 보행 로봇의 주행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론을 제시한다. 첫 번째는 Minimum-Jerk Trajectory를 이용하여 다리궤적을 최적화 시킨다. 두 번째는 본 논문에서 새롭게 제시한 사인파와 기존의 방식인 LSM을 Jerk값에 근거하여 비교한다. 셋째는 ADAMS-MATLAB co-simulation을 이용하여 반복적인 로봇 시뮬레이션을 통해 스웨이의 최적 보폭을 계산한다. 위의 과정을 통해 로봇의 보행 개선점을 기존의 이론과 비교하여 나타내었다. 첫 번째로 정 보행시 몸체와 타원형태의 다리 끝의 움직임에 Minimum-Jerk trajectory를 사용하여 다리궤적이 급격하게 변하는 지점의 평균 기울기를 최소 1.2에서 최대 2.9까지 감소시켜 지면에 다리 끝점이 도달할 때 충격을 최소화하여 안정성을 증가 하였다. 두 번째로 기존 LSM(Longitudinal Stability Margin)기법과 본 논문에서 제시한 사인파형 Sway를 사용하여 비교한 결과 평균 Jerk를 Z축에서 0.019, X축에서 0.457, Y축에서 0.02, 3D는 0.479 만큼 감소 시켰다. 특히 X축 Jerk는 크게 감소 하였다. 셋째로 로봇이 최소 Jerk 값으로 보행하기 위한 최적의 보폭의 길이를 상기 분석을 통해 도출하였으며 그 결과 20cm보폭 길이가 가장 안정적이었다.
An amphibious inspection robot system (hereafter AIROS) is being developed to visually inspect the in-containment refueling storage water tank (hereafter IRWST) strainer in APR1400 instead of a human diver. Four IRWST strainers are located in the IRWST, which is filled with boric acid water. Each strainer has 108 sub-assembly strainer fin modules that should be inspected with the VT-3 method according to Reg. guide 1.82 and the operation manual. AIROS has 6 thrusters for submarine voyage and 4 legs for walking on the top of the strainer. An inverse kinematic algorithm was implemented in the robot controller for exact walking on the top of the IRWST strainer. The IRWST strainer has several top cross braces that are extruded on the top of the strainer, which can be obstacles of walking on the strainer, to maintain the frame of the strainer. Therefore, a robot leg should arrive at the position beside the top cross brace. For this reason, we used an image processing technique to find the top cross brace in the sole camera image. The sole camera image is processed to find the existence of the top cross brace using the cross edge detection algorithm in real time. A 5-DOF robot arm that has multiple camera modules for simultaneous inspection of both sides can penetrate narrow gaps. For intuitive presentation of inspection results and for management of inspection data, inspection images are stored in the control PC with camera angles and positions to synthesize and merge the images. The synthesized images are then mapped in a 3D CAD model of the IRWST strainer with the location information. An IRWST strainer mock-up was fabricated to teach the robot arm scanning and gaiting. It is important to arrive at the designated position for inserting the robot arm into all of the gaps. Exact position control without anchor under the water is not easy. Therefore, we designed the multi leg robot for the role of anchoring and positioning. Quadruped robot design of installing sole cameras was a new approach for the exact and stable position control on the IRWST strainer, unlike a traditional robot for underwater facility inspection. The developed robot will be practically used to enhance the efficiency and reliability of the inspection of nuclear power plant components.
본 논문에서는 기존에 발표되었던 데이터 기반보행제어 기법의 단점을 보완하는 다리 간 충돌 회피 기법을 제안한다. 2010년에 제안된 Lee et. al. 의 데이터 기반 이족 보행 제어 기법 [1]은 경우에 따라 보행 중 두 다리가 서로 교차하는 동작을 만들어내기도 하는데, 이는 실제 사람 혹은 이족 보행 로봇의 보행에서는 실현될 수 없는 동작이다. 본 논문에서는 스윙 힙(swing hip)의 각도를 변경하는 피드백 규칙에 스탠스 레그 (stance leg)와의 충돌을 피할 수 있는 추가적인 각도조절을 도입하여 스윙 풋 (swing foot)이 스탠스 풋 (stance foot)을 지난 이후에만 스탠스 풋보다 안쪽으로 움직일 수 있도록 하는 알고리즘을 제안한다. 이를 통해 기존의 제어기 동작 방식에 최소한의 변경과 추가적인 계산만을 더하여 두 다리가 교차하지 않는 안정적인 보행 결과를 만들어 낼 수 있다.
In this study the feasibility of a dynamic gait for a given quadruped walking robot is investigated through a computer simulation of the walking with certain drivings of the actuators. Two planar inverted pendulums are used to represent the dynamic model of the leg of the walking robot. It's gait motion is assumed to be periodic and symmetric between left and right sides only with half cycle delay. The dynamics of the walking robot is simplified by introducing two virtual legs to produce two planar inverted pendulums in two orthogonal planes and on the basis that certain legs in pair act as one. The feasibility of the dynamic gait motion is established from the following two necessary conditions:(1) The position and velocity of a foot must satisfy the stroke and velocity requirements.(2) The gait motion should be periodic without falling down. The gait feasibility test was applied to a walking robot design showing the specific acceptable speed range of the robot in trot. Also it showed that the higher body height may produce the faster trot gait.
Purpose: Recently, many studies on robotic rehabilitation have been conducted, but such studies on patients with ankle sprains are lacking. This study aimed to investigate the effects of robot-assisted rehabilitation on the range of motion of the ankle and balance in patients with ankle sprain. METHODS: This study used the A-B-A' design and was conducted for a total of fifteen days. The subjects performed general physical therapy for five days each, during the baseline A and A' periods. In period B, robot rehabilitation was performed for five days, along with general physical therapy. The subjects were evaluated based on weight-bearing lunge test (WBLT), single leg stance (SLS), and functional reach test (FRT). RESULTS: The WBLT, STS, and FRT showed significant improvement in periods B and A' compared to period A, but there was no significant improvement in period A' compared to period B. Conclusion: This study confirmed that robot-assisted rehabilitation was an effective intervention for improving the function of patients with ankle sprain. In the future, a study with a control group comparison should be performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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