Most previous robots had used the wheels as means for movement. These structures were relatively simple and easy to control and this is why the method had been used until currently. However, there are many realistic problems to move from one place to another in human life, for instance, steps and edges. So we need to develop the two-legged walking humanoid robot. The 2-legged walking Robot system has been vigorously developed in so many corporations and academic circles of several countries. However, 2-legged walking Robot has been mostly studied in view of the static walk. We design a stable humanoid Robot which can walk in high-speed through the research of the dynamic walk in this paper. Especially, worldwide companies have been interested in developing humanoid robots for a long time to solve the before mentioned problems so that they can become more familiar with the human form. The most important thing, for the novel two-legged walk, is to create a stable and fast walking in two-legged robots. For realization of this movement, an optimal mechanical design of 12 DOFS, a distributed control and a parallel processing control are implemented in this paper. This paper proves that high speed and stable walking can be achieved, through experiments.
This paper presents a method for the acceleration analysis of multi-legged walking robots in consideration of the frictional ground contact. This method is based on both unified dynamic equation for finding the acceleration of a robot's body and constraint equation for satisfying no-slip condition. After the dynamic equation representing relationship between actuator torques and body acceleration, is derived from the force and acceleration relationship between foot and body's gravity center, the constraint equation is formulated to reconfigure the maximum torque boundaries satisfying no-slip condition from given original actuator torque boundaries. From application of the reconfigured torques to the dynamic equation, interested acceleration boundaries are obtained. The approach based on above two equations, is adapted to the changes of degree-of-freedoms of legs as well as friction of ground. And the method provides the maximum translational and rotational acceleration boundaries of body's center that are achievable in every direction without occurring slipping at the contact points or saturating all actuators. Given the torque limits in infinite normsense, the resultant accelerations are derived as a polytope. From the proposed method, we obtained achievable acceleration boundaries of 4-legged and 6-legged walking robot system successfully.
Generally, multi-legged walking robots have excellent mobility in rough and uneven terrain, and they are deployed for the safety of rescuers in various disaster environments. However, as each leg is driven by a number of actuators, it leads to a complicated structure and high power consumption; therefore, it is difficult to put them into practical use. In this article, a new concept is proposed of a walking robot whose legs are driven by a complex linkage structure to overcome the deficiencies of conventional multi-legged walking robots. A double crank-rocker mechanism is proposed, making it possible for one DC motor to actuate the left and right movements of two neighboring thighs of the multi-legged walking robot. Each leg can also move up and down through an improved cam structure. Finally, each mechanism is connected by spur and bevel gears, so that only two DC motors can drive all legs of the walking robot. The feasibility of the designed complex linkage mechanism was verified using the UG NX program. It was confirmed through actual production that the proposed multi-legged walking robot performs the desired motion.
최근 다양한 환경에서 지능형 로봇의 안정된 이동과 작업계획에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 상하 결합가능한 구조의 4족 로봇의 설계 및 작업 계획방법을 제안한다. 제안하는 4족 로봇은 리니어 모터를 이용하여 다리 길이를 조절하고, 팔각뿔 형태의 도킹모듈을 이용하여 상하 결합과 분리가 가능하도록 설계하였다. 또한 로봇이 다양한 환경에서 안정된 이동과 정보 수집을 위하여 지자기 센서, PSD 센서, LRF 센서와 카메라를 사용하였다. 리니어 모터를 이용한 장애물 회피 동작방법과 상하 결합 동작방법을 제안하고 구현하였다. 로봇은 다리 길이를 조절하여 장애물을 극복하고, 두 대의 로봇이 상하 결합을 통하여 협력 작업방법을 제안하였다. 두 대의 4족 로봇이 상하 결합을 통하여 4족과 6족 보행을 하고, 상부 결합 로봇의 4개의 다리를 4개의 팔 또는 2개의 팔로 사용할 수 있으며, 결합된 로봇을 이용하여 물건 옮기기 작업을 구현하고, 각 동작들을 실제 실험으로 기능을 검증하였다.
The Interest in robotics has been steadily increasing in recent times both in Korea as well as abroad. Research on robots for new and diverse fields is ongoing. This study discusses the current research and development on robot actuator, which are used to control the joints of robots, and focuses on developing more efficient technology for joint control, as compared with the current technologies. It also aims to find means to apply the abovementioned technology to diverse industrial fields. We found that easy and effective control of actuators could be achieved by using ZigBee sensor networks, which were widely being used on wireless communications. Throughout the experiments it is proved that the developed wireless actuator could be used for easy control of various robot joints. This technology can be effectively applied to develop two-legged robots that will be able to walk like human, or even quadruped and hexapod robots. It can also be applied to motors used in industry. In this study, we develop an extremely minimized ZigBee sensor network module that can be used to control various servo motors with low power consumption even if it is long distances. We realized effective wireless control by optimizing the ZigBee antenna, and were able to quickly check the status of relevant Tree node through mutual communication between the servo motors composing the ZigBee sensor network and the main server control modules. The developed Servo Motor with ZigBee sensor network modules can be applied in both robotics as well as for home or factory automation.
Jumping is considered as a suitable way for realizing fast locomotion on the ground. As for the issue of developing mobile robots that can jump up and forward enough for accomplishing useful missions, this paper first introduces two types of jumping principles that are found in biological animals or insects. We also present how the principles are applied to several jumping robot examples that include outcomes for the past a few years and also our recent one. Design ideas and features of the robots are explained and compared in order to discuss important issues and guidelines for the design of jumping robots.
An effective swing trajectory of legged robots is different from the swing trajectories of humans or animals because of different dynamic characteristics. Therefore, it is important to find optimal parameters through experiments. This paper proposes a real-time nonlinear programming (RTNLP) method for optimization of the swing trajectory of the legged robot. For parameterization of the trajectory, the swing trajectory is approximated to parabolic and cubic spline curves. The robotic leg is position-controlled by a high-gain controller, and a cost function is selected such that the sum of the motor inputs and tracking errors at each joint is minimized. A simplified dynamic model is used to simulate the dynamics of a robotic leg. The purpose of the simulation is to find the feasibility of the optimization problem before an actual experiment occurs. Finally, an experiment is carried out on a real robotic leg with two degrees of freedom. For both the simulation and the experiment, the design variables converge to a feasible point, reducing the cost value.
A fault-tolerant gait of multi-legged robots with static walking is a gait which can maintain gait stability and continue its walking against an occurrence of a leg failure. This paper proposes fault-tolerant gait planning of a quadruped robot walking over a rough planar terrain. The considered fault is a locked joint failure, which prevents a joint of a leg from moving and makes it locked in a known position. In this Paper, two-phase discontinuous gaits are presented as a new fault-tolerant gait for quadruped robots suffering from a locked joint failure. By comparing with previously developed one-phase discontinuous gaits, it is shown that the proposed gait has great advantages in gait performance such as the stride length and terrain adaptability. Based on the two-phase discontinuous gait, quasi follow-the-leader(FTL) gaits are constructed which enable a quadruped robot to traverse two-dimensional rough terrain after an occurrence of a locked joint failure. During walking, two front legs undergo the foot adjustment procedure for avoiding stepping on forbidden areas. The Proposed wait planning is verified by using computer graphics simulations.
Mobile robots traveling on rough terrain need several algorithms to overcome obstacles. In this paper, we propose the step-type obstacle traversal algorithm to adapt the mobile robot with six arms and wheels to travel on rough terrain. Obstacle traversal is composed of two different stages: planning and control. In planning stage, the required joint torque of each arm as well as the interference between the wheels and the arms are analyzed to guarantee traversing obstacles. Control stage includes such steps as checking distance to obstacle, determining the height and length of obstacle, performing arm motion according to sensed torque data, and evaluating safety at every instance. The proposed algorithm is designed and implemented for CALEB 1 six legged robot developed in the laboratory and verified by simulation and experiment in outdoor environment.
This paper proposes the trot gait pattern generation and online control methods for a quadruped robot to carry heavy loads and to move fast on uneven terrain. The trot pattern is generated from the frequency modulated pattern generation method based on the frequency modulated oscillator in order for the legged robots to be operated outdoor environment with the static and dynamic mobility. The efficiency and performance of the proposed method are verified through computer simulations and experiments using qRT-1/-2. In the experiments, qRT-2 which has two front legs driven by hydraulic linear actuators and two rear casters is used. The robot can trot at the speed up to 1.3 m/s on even surface, walk up and down the 20 degree inclines, and walk at 0.7 m/s on uneven surface. Also it can carry over 100 kg totally including 40 kg payload.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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