A stable walking pattern generation method for a biped robot is presented in this paper. In general, the ZMP (zero moment point) equations, which are expressed as differential equations, are solved to obtain a stable walking pattern. However, the number of differential equations is less than that of unknown coordinates in the ZMP equations. It is impossible to integrate the ZMP equations directly since one or more constraint equations are involved in the ZMP equations. To overcome this difficulty, DAE (differential and algebraic equation) solution method is employed. The proposed method has enough flexibility for various kinematic structures. Walking simulation for a virtual biped robot is performed to demonstrate the effectiveness and validity of the proposed method. The method can be applied to the biped robot for stable walking pattern generation.
In this research, a stable walking pattern generation method for a biped robot is presented. A biped robot is considered as constrained multibody system by several kinematic joints. The proposed method is based on the optimized polynomial approximation of the trunk motion along the moving direction. Foot motions can be designed according to the ground condition and walking speed. To minimize the deviation from the desired ZMP, the trunk motion is generated by the fifth order polynomial approximation. Walking simulation for a virtual biped robot is performed to demonstrate the effectiveness and validity of the proposed method. The method can be applied to the biped robot for stable walking pattern generation.
In this paper, kinematic based walking pattern generation of biped walking robot is reviewed. Biped walking robot should be consisted of 6 Degree of Freedom(DOF) for each leg to walk properly in 3 dimensional circumstance. In this paper, simple structure of biped robot is depicted for walking pattern firstly. After fixing path of ankle of the robot, angle joints are coming from kinematic equatioins. Coordination of joints of a robot was set for dynamic analysis also. So walking pattern of a robot will be designed using dynamic equations of coordination of joint angles. Finally, setting of ankle of robot and pattern generation are key procedures of the robot walking.
Previous walking pattern generation methods could generate walking patterns that allow only straight walking on flat and uneven terrain. They were unable to generate modifiable walking patterns whereby the sagittal and lateral step lengths and walking direction can be changed at every footstep. This paper proposes a novel walking pattern generation method to realize modifiable walking of humanoid robots on unknown uneven terrain. The proposed method employs a walking pattern generator based on the 3-D linear inverted pendulum model (LIPM), which enables a humanoid robot to vary its walking patterns at every footstep. A control strategy for walking on unknown uneven terrain is proposed. Virtual spring-damper (VSD) models are used to compensate for the disturbances that occur between the robot and the terrain when the robot walks on uneven terrain with unknown height. In addition, methods for generating the foot and vertical center of mass (COM) of the 3-D LIPM trajectories are developed to realize stable walking on unknown uneven terrain. The proposed method is implemented on a small-sized humanoid robot platform, DARwIn-OP and its effectiveness is demonstrated experimentally.
To accommodate various navigational commands, a humanoid should be able to change its walking motion in real time. Using the modifiable walking pattern generation (MWPG) algorithm, a humanoid can handle dynamic walking commands by changing its walking period, step length, and direction independently. If the humanoid is given a command to perform an infeasible movement, the algorithm substitutes the infeasible command with a feasible one using binary search. The feasible navigational command is subsequently translated into the desired center-of-mass (CM) state. Every sample time CM reference is generated using a zero-moment-point (ZMP) variation scheme. Based on this algorithm, various complex walking patterns can be generated, including backward and sideways walking, without detailed consideration of the feasibility of the navigational commands. In a previous study, the effectiveness of the MWPG algorithm was verified by dynamic simulation. This paper presents experimental results obtained using the small-sized humanoid robot platform DARwIn-OP.
In order to accomplish complex navigational commands, humanoid robot should be able to modify its walking period, step length and direction independently. In this paper, a novel walking pattern generation algorithm is proposed to satisfy these requirements. Modification of the walking pattern can be considered as a transition between two periodic walking patterns, which follows each navigational command. By assuming the robot as a linear inverted pendulum, the equations of motion between ZMP(Zero Moment Point) and CM(Center of Mass) state is easily derived and analyzed. After navigational command is translated into the desired CM state, corresponding CM motion is generated to achieve the desired state by using simple ZMP functions. Moreover, when the command is not feasible, feasible command is alternated by using binary search algorithm. Subsequently, corresponding CM motion is generated. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by computer simulation.
The modifiable walking pattern generation (MWPG) algorithm can handle dynamic walking commands by changing the walking period, step length, and direction independently. When an infeasible command is given, the algorithm changes the command to a feasible one. After the feasibility of the navigational command is checked, it is translated into the desired center of mass (CM) state. To achieve the desired CM state, a reference CM trajectory is generated using predefined zero moment point (ZMP) functions. Based on the proposed algorithm, various complex walking patterns were generated, including backward and sideways walking. The effectiveness of the patterns was verified in dynamic simulations using the Webots simulator.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.2
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pp.173-178
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2017
As research on the practical use of robots has continued since the past, advancements into each field of society are being continuously tried in modern society, breaking bounds from the previous experimental environment. However, in order for robots to be applied to the real environment, the production cost, which is considered to be the biggest disadvantage of commercializing the existing robot platform, and the adaptability issue in working environments in terms of human standards must be considered. This paper proposes a robot of biped walking form, which conforms to the degree of freedom and the size of human beings. By replacing the encoder with a combined module of potentiometer, the high cost of production is reduced, and by adopting a modular design that is easy to replace parts, the maintenance cost of robots is reduced. Finally, stability was verified by applying a walking pattern to two dummy robots of different sizes and motor arrangements. In this paper, after developing the real biped walking robots, the performance and usability were verified through walking experiments and applying the walking pattern using the developed robots.
One of the most important functions of a biped robot is to walk naturally like human. For the human being, toe is very important joint in order to walk naturally. Thus, for a biped robot, the existence of toe joint much affects gait pattern generation and contributes to natural walking, which is similar to the human gait or faster walking like running. Since a conventional biped robot has the feet which consist of soles without toes, it seems difficult to walk naturally. For realizing the gait to be similar to human one, toes are necessary to the biped robot. In this paper, the effect of the toe joint for gait pattern generation is studied. In order to find the effect of toe joint, a biped r...
This paper presents optimal walking trajectory generation for a quadruped robot with genetic-fuzzy algorithm. In order to move a quadruped robot smoothly, both generations of optimal leg trajectory and free walking are required. Generally, making free walking is difficult to realize for a quadruped robot, because the patterned trajectory may interfere in the free walking. In this paper, we suggest the generation method for the leg trajectory satisfied with free walking pattern so as to avoid obstacle and walk smoothly. We generate via points of leg with respect to body motion, and then we use the genetic-fuzzy algorithm to search for the optimal via velocity and acceleration information of legs. All these methods are verified with PC simulation program, and implemented to SERO-V robot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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