Generierung von Laufmustern für einen elastisch angetriebenen Vierbeiner mit modal abgestimmten Beinen

Die Verwendung elastischer Elemente in Robotersystemen bietet die Möglichkeit, durch kurzzeitige Speicherung kinetischer Energie, hoch dynamische und energie-effiziente Bewegungsabläufe zu generieren. Dies trifft insbesondere auf zyklische Bewegungen, wie Hämmern, Gehen oder Rennen zu. In dieser Arbeit werden die dynamischen Eigenschaften eines am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelten vierbeinigen Laufroboters in Form einer modalen Analyse untersucht. Darauf aufbauend werden Regler zur Generierung diverser Laufmuster erarbeitet. Dazu werden zeitdiskret schaltende Zustandsmaschinen zum Erzeugen der Grundbewegung verwendet und parallel ein zeitkontinuierlicher Dämpfungsregler welcher in Kombination mit den physikalischen Federn des mechanischen Systems das Balancieren umsetzt. Die Validierung des Reglerkonzepts erfolgt in Simulation. Es stellt sich heraus, dass dieser Regelansatz für die Generierung hoch dynamischer Laufmuster geeignet ist, jedoch weniger für die Generierung langsamer Bewegungen

Dynamic Locomotion Gaits of a Compliantly Actuated Quadruped With SLIP-Like Articulated Legs Embodied in the Mechanical Design

The spring loaded inverted pendulum (SLIP) model has been extensively shown to be fundamental for legged locomotion. However, the way this low-order template model dynamics is anchored in high-dimensional articulated multibody systems describing compliantly actuated robots (and animals) is not obvious and has not been shown so far. In this letter, an articulated leg mechanism and a corresponding quadrupedal robot design are introduced, for which the natural oscillation dynamics is structurally equivalent to the SLIP. On the basis of this property, computationally simple and robust control methods are proposed, which implement the gaits of pronking, trotting, and dynamic walking in the real robotic system. Experiments with a compliantly actuated quadruped featuring only low-performance electrical drives validate the effectiveness of the proposed approach