Stable locomotion of humanoid robots based on mass concentrated model

Abstract

El estudio de la locomocion de robots humanoides es actualmente un area muy activa, en el campo de la robotica. Partiendo del principio que el hombre esta construyendo robots para trabajar juntos cooperando en ambientes humanos. La estabilidad durante la caminata es un factor critico que prevee la caida del robot, la cual puede causar deterioros al mismo y a las personas en su entorno. De esta manera, el presente trabajo pretende resolver una parte del problema de la locomocion bipeda, esto es los metodos empleados para �La generacion del paso� (�Gait generation�) y asi obtener la caminata estable. Para obtener una marcha estable se utilizan modelos de masa concentrada. De esta manera el modelo del �pendulo invertido simple� y el modelo del �carro sobre la mesa� se han utilizado para conseguir la marcha estable de robots humanoides. En el modelo del pendulo invertido, la masa el pendulo conduce el movimiento del centro de gravedad (CDG) del robot humanoide durante la marcha. Se detallara que el CDG se mueve como una bola libre sobre un plano bajo las leyes del pendulo en el campo de gravedad. Mientras que en el modelo del �carro sobre la mesa�, el carro conduce el movimiento del CDG durante la marcha. En este caso, el movimiento del carro es tratado como un sistema servocontrolado, y el movimiento del CDG es obtenido con los actuales y futuros estados de referencia del Zero Moment Point (ZMP). El metodo para generar el paso propuesto esta compuesto de varias capas como son Movimiento global, movimiento local, generacion de patrones de movimiento, cinematica inversa y dinamica inversa y finalmente una correccion off-line. Donde la entrada en este metodo es la meta global (es decir la configuracion final del robot, en el entorno de marcha) y las salidas son los patrones de movimiento de las articulaciones junto con el patron de referencia del ZMP. Por otro lado, se ha propuesto el metodo para generar el �Paso aciclico�. Este metodo abarca el movimiento del paso dinamico incluyendo todo el cuerpo del robot humanoide, desde desde cuaquier postura generica estaticamente estable hasta otra; donde las entradas son los estados inicial y final del robot (esto es los angulos iniciales y finales de las articulaciones) y las salidas son las trayectorias de referencia de cada articulacion y del ZMP. Se han obtenido resultados satisfactorios en las simulaciones y en el robot humanoide real Rh-1 desarrollado en el Robotics lab de la Universidad Carlos III de Madrid. De igual manera el movimiento innovador llamado �Paso aciclico� se ha implemenado exitosamente en el robot humanoide HRP-2 (desarrollado por el AIST e Industrias Kawada Inc., Japon). Finalmente los resultados, contribuciones y trabajos futuros se expondran y discutiran. _______________________________________________ The study of humanoid robot locomotion is currently a very active area in robotics, since humans build robots to work their environments in common cooperation and in harmony. Stability during walking motion is a critical fact in preventing the robot from falling down and causing the human or itself damages. This work tries to solve a part of the locomotion problem, which is, the �Gait Generation� methods used to obtain stable walking. Mass concentrated models are used to obtain stable walking motion. Thus the inverted pendulum model and the cart-table model are used to obtain stable walking motion in humanoid robots. In the inverted pendulum model, the mass of the pendulum drives the center of gravity (COG) motion of the humanoid robot while it is walking. It will be detailed that the COG moves like a free ball on a plane under the laws of the pendulum in the field of gravity. While in the cart-table model, the cart drives the COG motion during walking motion. In this case, the cart motion is treated as a servo control system, obtaining its motion from future reference states of the ZMP. The gait generation method proposed has many layers like Global motion, local mo