Inverse kinematics of a humanoid robot with non-spherical hip: a hybrid algorithm approach

This paper describes an approach to solve the inverse kinematics problem of humanoid robots whose construction shows a small but non negligible offset at the hip which prevents any purely analytical solution to be developed. Knowing that a purely numerical solution is not feasible due to variable efficiency problems, the proposed one first neglects the offset presence in order to obtain an approximate “solution” by means of an analytical algorithm based on screw theory, and then uses it as the initial condition of a numerical refining procedure based on the Levenberg‐Marquardt algorithm. In this way, few iterations are needed for any specified attitude, making it possible to implement the algorithm for real‐time applications. As a way to show the algorithm’s implementation, one case of study is considered throughout the paper, represented by the SILO2 humanoid robot

Modelo Matemático de un Robot Paralelo de Seis Grados de Libertad

En este trabajo de Tesis se obtuvo el modelo matemático de un robot paralelo de seis grados de libertad y estructura 6-RSS ubicado en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE): Se revisó la estructura del robot paralelo; es decir, qué eslabones y articulaciones lo conforman, sus características y cómo este conjunto determina los grados de libertad del mecanismo. Así mismo se describió su geometría en función de una serie de parámetros que permiten aplicar el análisis del robot a cualquier implementación de dicha estructura, no sólo a la construida en el INAOE. Se describió la cinemática del robot basada en su estructura y geometría. Es decir, se analizó la posición y orientación de la plataforma del robot por métodos geométricos resolviéndose así los problemas cinemáticos directo e inverso. Así mismo, también fue descrito el espacio de trabajo del robot determinado por las limitantes geométricas y mecánicas, siendo estas últimas impuestas por las restricciones de rotación en las rótulas. A partir de ambas limitantes se obtuvieron inecuaciones que representan sólidos tridimensionales dentro de los cuales la plataforma puede ser posicionada y orientada. Además, se realizó un análisis de relaciones de velocidad y aceleración entre los elementos del robot, el cual puede ser usado para la generación de trayectorias y movimientos. Se describió la dinámica directa e inversa del robot mediante el método del trabajo virtual. Es decir, se determinaron las fuerzas y torques necesarios para la realización de un determinado movimiento. De esta manera, se completó el análisis dinámico del mecanismo. Finalmente, se simuló tanto la cinemática como la dinámica del mecanismo. En el primer caso se desarrolló un simulador en 3D del robot basado en la plataforma Java en conjunto con OpenGL y controlado mediante un Joystick. Dicho simulador permite aplicar el análisis cinemático para la localización de la plataforma en sentido directo e inverso, grafica un sólido tridimensional translúcido que representa el espacio de trabajo definido mediante limitantes geométricas y muestra el movimiento de las rótulas consideradas con restricciones de giro. En el segundo caso se desarrollaron programas en Matlab correspondientes a la dinámica directa y a la dinámica inversa, validándose sus resultados mediante la simulación del mecanismo en la herramienta SimMechanics de Matlab

Spatial Calibration of Humanoid Robot Flexible Tactile Skin for Human–Robot Interaction

Recent developments in robotics have enabled humanoid robots to be used in tasks where they have to physically interact with humans, including robot-supported caregiving. This interaction—referred to as physical human–robot interaction (pHRI)—requires physical contact between the robot and the human body; one way to improve this is to use efficient sensing methods for the physical contact. In this paper, we use a flexible tactile sensing array and integrate it as a tactile skin for the humanoid robot HRP-4C. As the sensor can take any shape due to its flexible property, a particular focus is given on its spatial calibration, i.e., the determination of the locations of the sensor cells and their normals when attached to the robot. For this purpose, a novel method of spatial calibration using B-spline surfaces has been developed. We demonstrate with two methods that this calibration method gives a good approximation of the sensor position and show that our flexible tactile sensor can be fully integrated on a robot and used as input for robot control tasks. These contributions are a first step toward the use of flexible tactile sensors in pHRI applications