This paper mainly deals with the dynamic walking of a biped robot. At first, in order to walk in various environments, it is desirable to adapt to such ground conditions with a suitable foot motion, and maintain the stability of the robot by a smooth hip motion. A method to plan a walking pattern consisting of a foot trajectory and a hip trajectory is presented. The effectiveness of the proposed method is illustrated by simulation results. Secondly, the paper brings forward a balance control technique based on off-line walking pattern with real-time modification. At last, the concept of Zero Moment Point (ZMP) is used to evaluate dynamic stability.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.1
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pp.100-108
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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, galt trajectories of the biped robot on the sagittal Plane are not enough to construct the complete gait pattern because the bided 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.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.4
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pp.299-309
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2014
When biped robots make turns, the ability to walk stably and precisely along any circular path is crucial. In this context, inverse kinematics solutions are found for accurate gait realization, and new zero moment point(ZMP) equations are derived with respect to the cyclindrical coordinate system to facilitate generation of stable walking patterns. Then, appropriate steady and transitional walking patterns are both proposed in form of time functons. Subsequently, walking patterns for a path but of different speeds are generated using the functions and associated formulas, and preliminarily checked for stability based on the ZMP equations. Upon comparison of those cases, one can see how and when robots may fall down during circular walking. Finally, those patterns are put to test on the sample robot by ADAMS(R) along with the inverse kinematics solutions and a new balance control scheme compensating for insufficient stability particulary during the initial transition period. Test results show that the robot can walk along the circular path as predicted at a resonably high speed despite the distributed mass and ground contact effects, validating effectiveness of the suggested approach.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.136-141
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2002
This paper presents a design and a control of a biped walking RGO-robot and dynamic walking simulation for this system. The biped walking RGO-robot is distinguished from other one by which has a very light-weight and a new AGO type with servo motors. The gait of a biped walking RGO-robot depends on the constrains of mechanical kinematics and initial posture. The stability of dynamic walking is investigated by ZMP(Zero Moment Point) of the biped walking RGO-robot. It is designed according to a human wear type and is able to accomodate itself to human environments. The joints of each leg are adopted with a good kinematic characteristics. To test of the analysis of joint kinematic properties, we did the strain stress analysis of dynamic PLS and the study of FEM with a dynamic PLS. It will be expect that the spinal cord injury patients are able to train effectively with a biped walking AGO-robot.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.238-243
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2002
This paper presents a design and a control of a biped walking AGO-robot and dynamic walking simulation for this system. The biped walking RGO-robot is distinguished from other one by which has a very light-weight and a new RGO type with servo motors. The gait of a biped walking AGO-robot depends on the constrains of mechanical kinematics and initial posture. The stability of dynamic walking is investigated by ZMP(Zero Moment Point) of the biped walking AGO-robot. It is designed according to a human wear type and is able to accomodate itself to human environments. The joints of each leg are adopted with a good kinematic characteristics. To test of the analysis of joint kinematic properties, we did the strain stress analysis of dynamic PLS and the study of FEM with a dynamic PLS. It will be expect that the spinal cord injury patients are able to train effectively with a biped walking RGO-robot.
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.
In this paper, we have designed the humanoid robot's leg parts with 12 D.O.F. This robot uses ankle's joints to confirm stability of walking performance. It is less movable to use ankle's joints than to do upper body's balancing joints like IWR-III, which needs three parts of via points, support leg, swing leg and balancing joints. Instead, the proposed humanoid robot needs support leg and swing leg via points. ZMP(Zero Moment Point) is utilized to guarantee the stability of robot's walking. The humanoid robot uses the ankle's joints to compensate for IWR-III's balancing joints movement. Actually we concern about a motor performance when making a real humanoid robot. So a simulator is employed to know each joint torque of humanoid robot. This simulator needs D-H(Denavit-Hartenberg) parameters, robot's mass property and two parts of via points. The simulation results are robot's walking trajectories and each motor torque. Using the walking trajectories, we can see the robot's walking scene with 3D simulator. Before we develop the humanoid robot, simulation of the humanoid robot's walking performance is very helpful. And the torque data will be used to make humanoid's joint module.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.597-604
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2010
This study focuses on the design of a mechanical joint for a zero moment crane (ZMC), which is a specialized loading/unloading system used in a mobile harbor (MH). The mechanical joint is based on the concept of zero moment point (ZMP), and it plays an important role in stabilizing a ZMC. For effective stabilization, it is necessary to ensure that the mechanical joint is robust to a wide variety of loads; further, the joint must allow the structures connected to it to perform rotational motion with two degrees of freedom By adopting a traditional design process, we designed a new mechanical joint; in this design, a universal joint is coupled with a spherical joint, and then, deformable rolling elements are incorporated. The rolling elements facilitate load distribution and help in decreasing power loss during loading/unloading. Because of the complexity of the proposed system, Kriging-based approximate optimization method is used for enhancing the optimization efficiency. In order to validate the design of the proposed mechanical joint, a structural analysis is performed, and a small-scale prototype is built.
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.
Kim, Chang-Hwan;Kim, Seung-Su;Ra, Syung-Kwon;You, Bum-Jae
The Journal of Korea Robotics Society
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v.3
no.4
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pp.287-299
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2008
People have expected a humanoid robot to move as naturally as a human being does. The natural movements of humanoid robot may provide people with safer physical services and communicate with persons through motions more correctly. This work presented a methodology to generate the natural motions for a humanoid robot, which are converted from human motion capture data. The methodology produces not only kinematically mapped motions but dynamically mapped ones. The kinematical mapping reflects the human-likeness in the converted motions, while the dynamical mapping could ensure the movement stability of whole body motions of a humanoid robot. The methodology consists of three processes: (a) Human modeling, (b) Kinematic mapping and (c) Dynamic mapping. The human modeling based on optimization gives the ZMP (Zero Moment Point) and COM (Center of Mass) time trajectories of an actor. Those trajectories are modified for a humanoid robot through the kinematic mapping. In addition to modifying the ZMP and COM trajectories, the lower body (pelvis and legs) motion of the actor is then scaled kinematically and converted to the motion available to the humanoid robot considering dynamical aspects. The KIST humanoid robot, Mahru, imitated a dancing motion to evaluate the methodology, showing the good agreement in the motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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