Multi-objective parameter CPG optimization for gait generation of a quadruped robot considering behavioral diversity

This paper presents a gait multi-objective optimization system that combines bio-inspired Central Patterns Generators (CPGs) and a multi-objective evolutionary algorithm. CPGs are modeled as autonomous differential equations, that generate the necessary limb movement to perform the required walking gait. In order to optimize the walking gait, four conflicting objectives are considered, simultaneously: minimize the body vibration, maximize the velocity, maximize the wide stability margin and maximize the behavioral diversity. The results of NSGA-II for this multi-objective problem are discussed. The effect of the inclusion of a behavioral diversity objective in the system is also studied in terms of the walking gait achieved. The experimental results show the effectiveness of this multi-objective approach. The several walking gait solutions obtained correspond to different trade-off between the objectives.This work is funded by FEDER Funding supported by the Operational Program Competitive Factors - COMPETE and National Funding supported by the FCT - Portuguese Science Foundation through project PTDC/EEACRO/ 100655/2008. Thanks to Dr. St ? ephane Doncieux from the Institut des Systmes Intelligents et de Robotique (ISIR) of the Pierre and Marie Curie University (UPMC

SOLAR MOBILE ROBOT

Este artículo presenta el desarrollo de un robot móvil de tres ruedas. El robot se compone de un motor de engranajes de alto par para el avance, un servomotor que mueve la dirección del carro, el sistema de control evita la colisión con obstáculos, un suministro de energía fotovoltaica y la batería permite desarrollar actividades de exploración por 10 horas. La estructura del robot está construida con componentes reciclados y el algoritmo de control se basa en un modelo biológico llamado Generador Central de Patrones (CPG).This paper presents the development of a three-wheel mobile robot. It is composed of a high torque gear motor for the advance, a servomotor that moves the direction of the car, a control system avoid ing collision with obstacles, a photovoltaic power supply and a battery allow ing developing exploration activities by 10 hours. The structure of the robot is built with recycled components and the control algorithm is based on a biological model namedCentral Pattern Generator (CPG

Otimização de locomoção bípede

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaAtualmente verifica-se um crescimento exponencial a nível de desenvolvimento de sistemas robóticos móveis havendo um esforço para criar sistemas com propriedades mais eficientes e adaptáveis às exigências do ambiente de trabalho. Neste contexto, têm havido uma preocupação acrescida em desenvolver melhores sistemas de locomoção quer seja locomoção por rodas quer seja por pernas (bípede, quadrúpede e hexapode). Esta dissertação foca-se na otimização da locomoção bípede a qual é uma área que tem sido alvo de grande atenção uma vez que esta é uma área da robótica que ainda necessita de progredir no sentido de conseguir finalmente uma locomoção tão eficiente como a marcha humana. Deste modo, a elaboração deste trabalho teve como objetivos principais a criação de uma estratégia de otimização que combinasse a geração de padrões de movimento através de geradores centrais de padrões (CPGs) com um algoritmo de otimização evolucionário (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm ll). Essa estratégia implicou a determinação de objetivos que correspondem a características da locomoção bípede e que foram otimizados, sendo eles o deslocamento frontal, a altura a que o pé levanta, a força de impacto entre os pés e o chão e a posição do centro de massa. Os resultados foram obtidos a partir de simulações na plataforma Webots para o robô bípede Darwin-OP. Neste contexto, os resultados foram muito satisfatórios uma vez que o algoritmo foi capaz de gerar locomoção estável e os objetivos propostos foram otimizados. Foi feito também um estudo de sensibilidade que determinou a existência de parâmetros de CPGs que apresentam uma forte correlação positiva com as funções objetivos. Assim, os parâmetros Acompasso, frequência ω e ORoll influenciam fortemente o deslocamento e a força de impacto e o parâmetro AhPitch influencia a altura a que o pé levanta. No futuro seria pertinente aplicar o algoritmo elaborado num robô bípede real e conferir se consegue gerar uma locomoção eficiente em condições reais.Presently there is an exponential increase on the level of development of mobile robotic systems and so there is an effort to create systems with properties more efficient and adaptable to the demands of the work environment. In this context, there has been a heightened concern in developing better systems of locomotion either by wheels either by legs (bipedal, 4-legged or 6-legged). This dissertation focuses on the optimization of bipedal locomotion which is an area that has been the subject of much attention since this is an area of robotics that still needs to make progress towards finally achieving locomotion as efficient as the human gait. Thus, this work aimed to create an optimization strategy that combines the generation of movement patterns through central pattern generators (CPGs) with an evolutionary optimization algorithm (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II). This strategy involved the determination of objectives that correspond to characteristics of bipedal locomotion and that have been optimized, namely the frontal displacement, the ground clearance, the impact force between the foot and the ground and the position of the center of mass. The results were obtained from simulations in Webots platform for the bipedal robot Darwin-OP. The results were very satisfactory since the algorithm was able to generate stable locomotion and the proposed objectives were optimized. We also made a sensitivity analysis that determined the existence of CPGs parameters that exhibit a strong positive correlation with the objective functions. Thus, the parameters Acompasso, the frequency ω and ORoll strongly influence the impact force and displacement as well as AhPitch influences the height to which the foot rises. In the future it would be appropriate to apply the developed algorithm in a real biped robot and check if it can generate an efficient locomotion in real conditions