This work deals with development of effective redundancy resolution algorithms for the motion control of manipulator. Differently from the typical kinematically redundant robots that are attached to the fixed ground, the ZMP condition should be taken into account in the manipulator motion in order to guarantee the system stability. In this paper, a new motion planning algorithm for redundant manipulator not fixed to the ground is introduced. A sequential redundancy resolution algorithm is proposed, which ensures the ZMP (Zero Moment Point) stability, the planned operational motion, and additional sub-criteria such as joint limit index. A geometric constraint equation derived by reshaping the existing ZMP equation enables one to employ the sequential redundancy algorithm. The feasibility of the proposed algorithm is verified by simulating a redundant manipulator model.
This paper represents mechanical compliance & ZMP(Zero Moment Point) control algorithm for IWR(Inha Walking Robot) system. In case of walking in different environments, a biped walking robot must vary its gait(walking period or step length, etc.) according to the environments. However, most of biped walking robots do not have the capability to change their gaits or need more complex control algorithm, because ZMP cannot be defined in their control algorithm. Therefore new linear type with balancing joint is proposed which is used as an aid in balancing & ZMP control itself. In IWR system, ZMP can be defined by solving differential equations and it does not need to be predefined ZMP trajectory. Furthermore we can input the desired ZMP position. In parallel with the development, we also considered a mechanical compliance for reducing the inverse kinematics, dynamics and the control complexity. It will figure out some powerful adaptation with 3D irregular terrains.
Controlling the balance of motion in a context involving a biped robot navigating a rugged surface or a step is a difficult task. In the present study, a $3{\times}5$ flexible piezoelectric tactile sensor array is developed to provide a foot pressure map and zero moment point for a biped robot. We introduce an innovative concept involving structural electrodes on a piezoelectric film in order to improve the sensitivity. The tactile sensor consists of a polymer piezoelectric film, PVDF, between two patterned flexible print circuit substrates (FPC). Additionally, a silicon rubber bump-like structure is attached to the FPC and covered by a polydimethylsiloxane (PDMS) layer. Experimental results show that the output signal of the sensor exhibits a linear behavior within 0.2 N ~ 9 N, while its sensitivity is approximately 42 mV/N. According to the characteristic of the tactile sensor, the readout module is designed for an in-situ display of the pressure magnitudes and distribution within $3{\times}5$ taxels. Furthermore, the trajectory of the zero moment point (ZMP) can also be calculated by this program. Consequently, our tactile sensor module can provide the pressure map and ZMP information to the in-situ feedback to control the balance of moment for a biped robot.
$\textbullet$ Statically stable walk with COG(center of gravity) $\textbullet$ Dynamically stable walk with ZMP(zero moment point) $\textbullet$ Dynamically adaptational stable walk with FRI(foot ratation indicator) $\textbullet$ Simplified inverted pendulum model approach $\textbullet$ Analysis posture of biped's foot as passive joint $\textbullet$ Stability compensation method of FRI against falling down $\textbullet$ Simulation of ZMP and FRI to real biped robot IWR-III
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.05a
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pp.173-173
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2004
현재 건설 현장에서는 유압 굴삭기를 이용하여 굴삭 작업뿐 아니라 비교적 가벼운 물체의 크레인 작업도 병행하고 있다 그러나 국내의 경우 유압 굴삭기를 사용한 크레인 작업은 법으로 못하게 하도록 규제되어 있다. 그럼에도 불구하고 작업 현장에서는 필요에 의해 불법으로 작업을 하고 있으며 이로 인한 사고가 증가하고 있고, 그 비율이 전체 굴삭기 작업 재해의 약 38%에 이르고 있다.(중략)
Kim, Dong-Won;Kang, Tae-Gu;Hwang, Sang-Hyun;Park, Gwi-Tae
Proceedings of the KIEE Conference
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2006.10c
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pp.539-541
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2006
Biped locomotion is a popular research area in robotics due to the high adaptability of a walking robot in an unstructured environment. When attempting to automate the motion planning process for a biped walking robot, one of the main issues is assurance of dynamic stability of motion. This can be categorized into three general groups: body stability, body path stability, and gait stability. A zero moment point (ZMP), a point where the total forces and moments acting on the robot are zero, is usually employed as a basic component for dynamically stable motion. In this rarer, learning based neuro-fuzzy systems have been developed and applied to model ZMP trajectory of a biped walking robot. As a result, we can provide more improved insight into physical walking mechanisms.
Kim, Sang Won;Jung, Chang Jo;Lee, Jung-Hwan;Kang, Dong-Myeng;Park, Moon-Ho
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.2
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pp.145-152
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2018
This study deals with the method of determining the tip-over stability of a truck mounted on a high place operation car that is frequently used to carry out high-altitude work. Multibody Dynamics Program and Zero Moment Point (ZMP) theory are used to include dynamic effects during the car's high place operation. Through a combination of the Multibody Dynamics Program and ZMP, understanding the dynamic effects of the car's operating parts and building a detailed tip-over model of the car permitted a more precise prediction of the car's tipping-over behavior. It is also expected to help reduce the car's development time due to the time-effective simulation and provide safer work levels for the operating guide (in terms of working radius and lifting capability) with the dynamics effects.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.5
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pp.548-552
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2015
In this paper, we describe the quadruped walking-control algorithm of the complete full-size humanoid DARPA Robotics Challenge-HUBO (DRC-HUBO) robot. Although DRC-HUBO is a biped robot, we require a quadruped walking function using two legs and two arms to overcome uneven terrains in the DRC. We design a wave-type quadruped walking pattern as a feedforward control using several walking parameters, and we design zero moment point (ZMP) controllers to maintain stable walking using an inverted pendulum model and an observed-state feedback control scheme. In particular, we propose a switching algorithm for ZMP controllers using supporting value and weighting factors in order to maintain the ZMP control performance during foot switching. Finally, we verify the proposed algorithm by performing quadruped walking experiments using DRC-HUBO.
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.
Kim, Jong-Tae;Choi, Sang-Ho;Lim, Sun-Ho;Kim, Jin-Geol
Proceedings of the KIEE Conference
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1998.07g
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pp.2339-2341
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1998
This paper is concerned with an energy optimization for the walking of IWR biped robot. The movement of balancing joints are determined by ZMP(Zero Moment Point) and dynamic properties caused by motion of a swing leg. Therefore, ZMP positions have an important role in walking and guarnateeing the stability of a robot. A genetic algorithm is utilized for solving this problem and finding ZMP with a minimum energy at each sampling time during the walk. In this study, we performed an energy optimization with desired ZMP trajectories and motion of balancing joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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