Robust Cascade Controller for Nonlinearly Actuated Biped Robots: Experimental Evaluation

In this paper we consider the postural stability problem for nonlinearly actuated quasi-static biped robots, both with respect to the joint angular positions and also with reference to the gripping effect between the foot/feet against the ground during robot locomotion. Zero moment point based mathematical models are developed to establish a relationship between the robot state variables and the stability margin of the foot (feet) contact surface and the supporting ground. Then, in correspondence with the developed dynamical model and its associated uncertainty, and in the presence of non-modeled robot mechanical structure vibration modes, we propose a robust control architecture that uses two cascade regulators. The overall robust control system consists of a nonlinear robust variable structure controller in an inner feedback loop for joint trajectory tracking, and anH∞ linear robust regulator in an outer, direct zero moment point feedback loop to ensure the foot-ground contact stability. The effectiveness of this cascade controller is evaluated using a simplified prototype of a nonlinearly actuated biped robot in double support placed on top of a one-degree-of-freedom mobile platform and subjected to external disturbances. The achieved experimental results have revealed that the simplified prototype is successfully stabilized.In this paper we consider the postural stability problem for nonlinearly actuated quasi-static biped robots, both with respect to the joint angular positions and also with reference to the gripping effect between the foot/feet against the ground during robot locomotion. Zero moment point based mathematical models are developed to establish a relationship between the robot state variables and the stability margin of the foot (feet) contact surface and the supporting ground. Then, in correspondence with the developed dynamical model and its associated uncertainty, and in the presence of non-modeled robot mechanical structure vibration modes, we propose a robust control architecture that uses two cascade regulators. The overall robust control system consists of a nonlinear robust variable structure controller in an inner feedback loop for joint trajectory tracking, and anH∞ linear robust regulator in an outer, direct zero moment point feedback loop to ensure the foot-ground contact stability. The effectiveness of this cascade controller is evaluated using a simplified prototype of a nonlinearly actuated biped robot in double support placed on top of a one-degree-of-freedom mobile platform and subjected to external disturbances. The achieved experimental results have revealed that the simplified prototype is successfully stabilized

Vertical Movement of Resonance Hopping Robot with Electric Drive and Simple Control System

In the paper vertical movements of resonance hopping robot with one leg and electric drive are considered. Special construction of hopping robot with compensation of losses during flight of the robot allows to employ a relatively simple control system as well as to get a stable regime of its operation. The designed robot has self-properties to maintain a specified height of jumping even with simple control system. Results of dynamical calculations, simulations and experimental testing are presented.In the paper vertical movements of resonance hopping robot with one leg and electric drive are considered. Special construction of hopping robot with compensation of losses during flight of the robot allows to employ a relatively simple control system as well as to get a stable regime of its operation. The designed robot has self-properties to maintain a specified height of jumping even with simple control system. Results of dynamical calculations, simulations and experimental testing are presented

A Low Cost Device for Monitoring the Urine Output of Critical Care Patients

In critical care units most of the patients’ physiological parameters are sensed by commercial monitoring devices. These devices can also supervise whether the values of the parameters lie within a pre-established range set by the clinician. The automation of the sensing and supervision tasks has discharged the healthcare staff of a considerable workload and avoids human errors, which are common in repetitive and monotonous tasks. Urine output is very likely the most relevant physiological parameter that has yet to be sensed or supervised automatically. This paper presents a low cost patent-pending device capable of sensing and supervising urine output. The device uses reed switches activated by a magnetic float in order to measure the amount of urine collected in two containers which are arranged in cascade. When either of the containers fills, it is emptied automatically using a siphon mechanism and urine begins to collect again. An electronic unit sends the state of the reed switches via Bluetooth to a PC that calculates the urine output from this information and supervises the achievement of therapeutic goals

Mechanical actuator for biomimetic propulsion and the effect of the caudal fin elasticity on the swimming performance

This paper presents a mechanical actuator for the biomimetic propulsion of swimming devices and the experimental study of the effect of the caudal fin elasticity on the overall performance. The design of the proposed drive allows the DC motor to operate at constant speed, so all the power of the motor is spent only for the motion of the caudal fin. A prototype of the actuator, in which the caudal fin serves as a driving element, is manufactured and tested in both laboratory and natural conditions. The swimming speed, the thrust efficiency and the maneuverability are evaluated for caudal fins with different stiffness. The caudal fin whose rigidity varies relative to both vertical and horizontal cross-section, exhibits the best performance. The achieved results also confirm that the proposed actuator could be of great interest to applications in the field of underwater operation, ocean investigation and environmental protection

Dispositivo adicional de control para máquina con control numérico

Referencia OEPM: P200501006.-- Fecha de solicitud: 26/04/2005.-- Titular: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Dispositivo adicional de control para máquina con control numérico (ver figura en archivo de texto adjunto). El dispositivo adicional de control tiene sujeto al cabezal a través de un elemento de conexión mecánica un componente para medir la distancia radial relativa al cabezal, tanto en el portaherramienta como en la parte cilíndrica. El dispositivo tiene un componente para la protección, cubre el componente para medir la distancia, el elemento de conexión mecánica y como mínimo, parcialmente el área de medida. El dispositivo tiene un módulo de elementos electrónicos para el cálculo de resultados relativos a las mediciones. El control numérico tiene conexión eléctrica con el módulo de elementos electrónicos.Peer reviewe

Máquina para la limpieza de superficies

Solicitud de patente (concesión en curso).-- Referencia OEPM: P200201199.-- Fecha de presentación: 24/05/2002.-- Solicitante: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Máquina para la limpieza de superficies, principalmente verticales, que contiene un cuerpo fijado en el cable de una grúa, cepillos con actuador fijados en el cuerpo con posibilidad de giro y tres o más ruedas fijadas en el cuerpo con posibilidad de giro. La fijación está realizada de tal manera que los elementos de trabajo están en el mismo plano, y contiene una caja con la pared del lado de la superficie tratada abierta, un sellado elástico por el contorno de la parte abierta de la caja y dispositivos para extraer el aire de la caja.[Ver figura en archivo de texto adjunto]Peer reviewe

Aparato para el calentamiento automático de comestibles

Referencia OEPM: P200201198.-- Fecha de solicitud: 24/05/2002.-- Titular: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Aparato para el calentamiento automático de comestibles, que contiene un cuerpo en el que se encuentra un depósito de comestibles con recipientes individuales, un calentador de comestibles, una ventana de entrega de comestibles y un sistema de transporte para el traslado individual de recipientes de comestibles del depósito al calentador y del calentador a la ventana de entrega. El objetivo de la invención es ampliar las posibilidades funcionales del dispositivo a costa del giro del comestible durante el calentamiento. Eso permitirá obtener un calentamiento más uniforme del comestible y, a costa de ello, mejorar sus cualidades de consumo.Peer reviewe

Dispositivo para la venta automática de productos

Referencia OEPM: P200002100.-- Fecha de solicitud: 18/08/2000.-- Titular: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Dispositivo para la venta automática de productos. El dispositivo está compuesto de un cuerpo en el que hay un depósito de productos, ventana de entrega de productos, dispositivo para la ejecución de la operación tecnológica, que incluye un sistema de transporte para el transporte de productos del depósito a la ventana de entrega de productos, un receptor de pago que incluye los dispositivos de recepción y de reintegro, y un sistema de control del aparato colocado en el mismo cuerpo y conectado con el receptor de pago y con el dispositivo para la ejecución de la operación tecnológica, y en el que el mismo cuerpo contiene el dispositivo de juego, conectado con el sistema de control del aparato.Peer reviewe

Un método de control de una mano mecánica de resonancia

Referencia OEPM: P8900226.-- Fecha de solicitud: 24/01/1989.-- Titulares: Institut Mashinovedenia Imeni A.A., Blagonravova Akademii Nauk SSSR.-- Transferida a las empresas: IMASH, Krasny Proletary, IAI-CSIC.Un método de control de una mano mecánica de resonancia (ver figura en archivo de texto adjunto). Un método de control de una mano mecánica de resonancia consiste en desbloquear la mano en la posición inicial, desplazar la mano hacia una posición asignada, y fijar la mano en la posición asignada. Durante el movimiento de la mano hacia la posición asignada, la trayectoria se divide en el tramo de registro de parámetros de movimiento y en el tramo de corrección de la ley de movimiento. Durante el movimiento de la mano en el tramo de registro de parámetros de movimiento se alimenta la tensión de referencia al motor, se mide y se registra la velocidad y la coordenada. Durante el movimiento de la mano en el tramo de corrección, se calcula la diferencia entre las velocidades en estos tramos. Luego, se genera una tensión adicional que es función de la diferencia calculada de las velocidades. Se alimenta al motor una tensión en forma de suma algebraica de la tensión de referencia y de la tensión adicional.Peer reviewe

Actuador para las piernas de un robot caminante

Referencia OEPM: P200002423.-- Fecha de solicitud: 06/10/2000.-- Titular: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).Actuador para las piernas de un robot caminante (ver figura en archivo de texto adjunto). El actuador para las piernas de un robot caminante, en su mayor parte robots bípedos, con un elemento móvil, con un motor localizado en el elemento móvil, con un elemento base de la pierna el cual es conectado con el elemento móvil por medio de una articulación de rotación conectada cinemáticamente con el motor. Se distingue por el hecho de que el circuito cinemático entre el motor y el elemento base de la pierna tiene un mecanismo de biela-manivela: la manivela está conectada cinemáticamente con el motor y la biela está conectada con el elemento base de la pierna por medio de una articulación de rotación: La longitud de la manivela es menor que la distancia entre las dos articulaciones de rotación en el elemento base de la pierna.Peer reviewe