Robust locomotion control for a quadruped robot with high payload capacity

Name: Robust locomotion control for a quadruped robot with high payload capacity
Author: Özçınar, Erim Can

İsim	Robust locomotion control for a quadruped robot with high payload capacity
Yazar	Özçınar, Erim Can
Basım Tarihi:	2024-08-30T14:33:56Z
Konu	Robotics, Robots, Control systems, Motion, Kinematics, Dynamics, Planning, Human factors, Mathematical models, Mechanical engineering
Tür	Belge
Dil	İngilizce
Dijital	Evet
Yazma	Hayır
Kütüphane:	Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası	b17a7925-c0bc-4655-af73-62686d6a3df9
Lokasyon	Department of Mechanical Engineering
Tarih	2024-08-30T14:33:56Z
Örnek Metin	This thesis presents a robust locomotion control framework for a quadruped robot. The locomotion control framework consisted of a trajectory planer and feedback controller based on CTC. Trajectory planning algorithm based on the ZMP concept to generate dynamically balanced locomotion and CTC method was implemented to the robot to follow generated trajectories. To implement the CTC, the inverse dynamic model of the robot is constructed through a recursive Newton-Euler method. Additionally, capture point method was implemented for the robot to preserve its balance against external perturbation. This method computes the capture point and generates a recovery trajectory for the robot to step in order to preserve its balance. Furthermore, novel algorithm is proposed to distribute contact forces for the purpose of eliminating undesired torso orientation fluctuations and regulate heading during dynamic quadruped trot-walking motion. The proposed method makes use of centroidal momentum, an important physical quantity in characterizing the whole-body behavior and overall balance of the robot. The contact forces are computed by means of centroidal momentum feedback and injected to the locomotion controller via Virtual Model Control (VMC) which can render virtual forces to regulate robot-environment interaction. The proposed controllers were validated via walking experiments in both a realistic simulation environment and by using an actual quadruped robot. Moreover, endurance and the payload capacity of the robot were validated through endurance test and walking experiment with $20~kg$ payload., Bu tez, dört ayaklı bir robot için sağlam lokomosyon kontrol algoritması sunmaktadır. Lokomosyon kontrol algoritması, yörünge planlayıcısından ve Hesaplamalı Tork Kontrolcüsüne (HTK) dayalı geri besleme denetleyicisinden oluşmaktadır. Dinamik olarak dengeli lokomoson oluşturmak için ZMP konseptine dayalı yörünge planlama algoritması ve bacakların oluşturulan yörüngeleri takip edebilmeleri için robot üzerinde HTK yöntemi uygulanmıştır. HTK'yı uygulamak için, robotun ters dinamik modeli özyinelemeli Newton-Euler yöntemiyle oluşturulmuştur. Ayrıca robotun dış pertürbasyonlara karşı dengesini koruması için yakalama noktası yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntem, yakalama noktasını hesaplar ve robotun adım atarak dengesini korumak için bir kurtarma yörüngesi oluşturur. Buna ek olarak, istenmeyen gövde oryantasyon dalgalanmalarını ortadan kaldırmak ve dinamik dört ayaklı tırıs yürüme hareketi sırasında istikameti düzenlemek amacıyla yer tepki kuvvetlerini dağıtmak için yeni bir algoritma sunulmuştur. Önerilen yöntem, robotun tüm vücut davranışını ve genel dengesini karakterize etmede önemli bir fiziksel nicelik olan merkezsel momentumu kullanır. Temas kuvvetleri, merkezsel momentum geri bildirimi aracılığıyla hesaplanır ve robot-çevre etkileşimini düzenlemek için sanal kuvvetler sağlayabilen Sanal Model Kontrolü (SMK) yoluyla lokomosyon kontrolcüsüne beslenir. Önerilen kontrolcüler hem gerçekçi bir simülasyon ortamında hem de gerçek bir dört ayaklı robot kullanılarak yürüme deneyleri yoluyla doğrulanmıştır. Ayrıca, robotun dayanıklılığı ve faydalı yük taşıma kapasitesi, dayanıklılık testi ve $20~kg$ faydalı yük ile yürüme deneyi yapılarak doğrulanmıştır.

Kaynağa git Özyeğin Üniversitesi

Aramaya Dön

Özyeğin Üniversitesi

Kaynağa git

Robust locomotion control for a quadruped robot with high payload capacity

Yazar Özçınar, Erim Can

Basım Tarihi 2024-08-30T14:33:56Z

Konu Robotics, Robots, Control systems, Motion, Kinematics, Dynamics, Planning, Human factors, Mathematical models, Mechanical engineering

Tür Belge

Dil İngilizce

Dijital Evet

Yazma Hayır

Kütüphane Özyeğin Üniversitesi

Kayıt Numarası b17a7925-c0bc-4655-af73-62686d6a3df9

Lokasyon Department of Mechanical Engineering

Tarih 2024-08-30T14:33:56Z

Örnek Metin This thesis presents a robust locomotion control framework for a quadruped robot. The locomotion control framework consisted of a trajectory planer and feedback controller based on CTC. Trajectory planning algorithm based on the ZMP concept to generate dynamically balanced locomotion and CTC method was implemented to the robot to follow generated trajectories. To implement the CTC, the inverse dynamic model of the robot is constructed through a recursive Newton-Euler method. Additionally, capture point method was implemented for the robot to preserve its balance against external perturbation. This method computes the capture point and generates a recovery trajectory for the robot to step in order to preserve its balance. Furthermore, novel algorithm is proposed to distribute contact forces for the purpose of eliminating undesired torso orientation fluctuations and regulate heading during dynamic quadruped trot-walking motion. The proposed method makes use of centroidal momentum, an important physical quantity in characterizing the whole-body behavior and overall balance of the robot. The contact forces are computed by means of centroidal momentum feedback and injected to the locomotion controller via Virtual Model Control (VMC) which can render virtual forces to regulate robot-environment interaction. The proposed controllers were validated via walking experiments in both a realistic simulation environment and by using an actual quadruped robot. Moreover, endurance and the payload capacity of the robot were validated through endurance test and walking experiment with $20~kg$ payload., Bu tez, dört ayaklı bir robot için sağlam lokomosyon kontrol algoritması sunmaktadır. Lokomosyon kontrol algoritması, yörünge planlayıcısından ve Hesaplamalı Tork Kontrolcüsüne (HTK) dayalı geri besleme denetleyicisinden oluşmaktadır. Dinamik olarak dengeli lokomoson oluşturmak için ZMP konseptine dayalı yörünge planlama algoritması ve bacakların oluşturulan yörüngeleri takip edebilmeleri için robot üzerinde HTK yöntemi uygulanmıştır. HTK'yı uygulamak için, robotun ters dinamik modeli özyinelemeli Newton-Euler yöntemiyle oluşturulmuştur. Ayrıca robotun dış pertürbasyonlara karşı dengesini koruması için yakalama noktası yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntem, yakalama noktasını hesaplar ve robotun adım atarak dengesini korumak için bir kurtarma yörüngesi oluşturur. Buna ek olarak, istenmeyen gövde oryantasyon dalgalanmalarını ortadan kaldırmak ve dinamik dört ayaklı tırıs yürüme hareketi sırasında istikameti düzenlemek amacıyla yer tepki kuvvetlerini dağıtmak için yeni bir algoritma sunulmuştur. Önerilen yöntem, robotun tüm vücut davranışını ve genel dengesini karakterize etmede önemli bir fiziksel nicelik olan merkezsel momentumu kullanır. Temas kuvvetleri, merkezsel momentum geri bildirimi aracılığıyla hesaplanır ve robot-çevre etkileşimini düzenlemek için sanal kuvvetler sağlayabilen Sanal Model Kontrolü (SMK) yoluyla lokomosyon kontrolcüsüne beslenir. Önerilen kontrolcüler hem gerçekçi bir simülasyon ortamında hem de gerçek bir dört ayaklı robot kullanılarak yürüme deneyleri yoluyla doğrulanmıştır. Ayrıca, robotun dayanıklılığı ve faydalı yük taşıma kapasitesi, dayanıklılık testi ve $20~kg$ faydalı yük ile yürüme deneyi yapılarak doğrulanmıştır.