Bipedal humanoid robot walking reference tuning by the use of evolutionary algorithms

Various aspects of humanoid robotics attracted the attention of researchers in the past four decades. One of the most challenging tasks in this area is the control of bipedal locomotion. The dynamics involved are highly nonlinear and hard to stabilize. A typical fullbody humanoid robot has more than twenty joints and the coupling effects between the links are significant. Reference generation plays a vital role for the success of the walking controller. Stability criteria including the Zero Moment Point (ZMP) criterion are extensively applied for this purpose. However, the stability criteria are usually applied on simplified models like the Linear Inverted Pendulum Model (LIPM) which only partially describes the equations of the motion of the robot. There are also trial and error based techniques and other ad-hoc reference generation techniques as well. This background of complicated dynamics and difficulties in reference generation makes automatic gait (step patterns of legged robots) tuning an interesting area of research. A natural command for a legged robot is the velocity of its locomotion. A number of walk parameters including temporal and spatial variables like stepping period and step size need to be set properly in order to obtain the desired speed. These problems, when considered from kinematics point of view, do not have a unique set of walking parameters as a solution. However, some of the solutions can be more suitable for a stable walk, whereas others may lead to instability and cause robot to fall. This thesis proposes a gait tuning method based on evolutionary methods. A velocity command is given as the input to the system. A ZMP based reference generation method is employed. Walking simulations are performed to assess the fitness of artificial populations. The fitness is measured by the amount of support the simulated bipedal robot received from torsional virtual springs and dampers opposing the changes in body orientation. Cross-over and mutation mechanisms generate new populations. A number of different walking parameters and fitness functions are tested to improve this tuning process. The walking parameters obtained in simulations are applied to the experimental humanoid platform SURALP (Sabanci University ReseArch Labaratory Platform). Experiments verify the merits of the proposed reference tuning method

Humanoid robot walking control on inclined planes

The humanoid bipedal structure is suitable for a assitive robot functioning in the human environment. However, the bipedal walk is a difficult control problem. Walking just on even floor is not satisfactory for the applicability of a humanoid robot. This paper presents a study on bipedal walk on inclined planes. A Zero Moment Point (ZMP) based reference generation technique is employed. The orientation of the feet is adjusted online by a fuzzy logic system to adapt to different walking surface slopes. This system uses a sampling time larger than the one of the joint space position controllers. The average value of the body pitch angle is used as the inputs to the fuzzy logic system. A foot pitch orientation compensator implemented independently for the two feet complements the fuzyy controller. A 12-degrees-of-freedom (DOF) biped robot model is used in the full-dynamics 3-D simulations. Simulations are carried out on even floor and inclined planes with different slopes. The results indicate that the control method presented is successful in enabling the robot to climb slopes of 8.5 degrees (15 percent grade)

Dört bacaklı robotlar için önizlemeli kontrol ile sıfır moment noktası tabanlı yürüme yörüngesi sentezi

Bacakları üzerinde hareket eden robotların engel aşma konusunda önemli avantajları söz konusudur. Özellikle dört bacaklı robotların değişken arazi yapıları üzerinde birçok uygulamaları düşünülmektedir. Bu çalışmada, dört bacaklı bir robotun düz zemin üzerinde hızlı yol almasına yönelik tırıs türü ilerleme üzerinde durulmaktadır. Sıfır Moment Noktası (SMN) karalılık kriterine ve Doğrusal Ters Sarkaç Modeli’ne (DTSM) dayalı bir yürüme referansı sentez yöntemi sunulmaktadır. Tırıs ilerleme için bir SMN referans yörüngesi önerilmiş, bu yörüngeden, önizlemeli kontrol yaklaşımı ile Robot Ağırlık Merkezi (RAM) için bir referans yörünge elde edilmiştir. Oluşturulan ağırlık merkezi yörüngesi ters kinematik yöntemi ile bacak eklemlerinin konum referanslarının hesaplanmasında kullanılmıştır. Önerilen referans sentezi yöntemi, 16 serbestlik dereceli bir robot modeli ile üç boyutlu ve tam dinamikli bir simülasyon ortamında denenmiştir. Simülasyon sonuçları sunulan yaklaşımın başarılı olduğunu göstermektedir

Dört bacaklı robotlar için önizleme kontrolü ve sıfır moment noktası esaslı yürüyüş yörüngesi üretimi

Robota verilen görevde engel aşımı gerektiğinde bacaklı robotların geri kalan mobil robotlara göre önemli avantajları bulunmaktadır. Bu makalede dört bacaklı robotların düz bir yüzeyde yürüyüşü için bir ölçümleme üretimi yöntemi sunuldu. Bu yaklaşım sıfır moment noktası (SMN) temelli kararlılık ve doğrusal ters sarkaç modeli (DTSM) üzerinedir. Yürüyüş için SMN referans gezingeleri ileri sürülüp oradan önizleme kontorü vasıtasıyla robotun ağırlık merkezi (RAM) referansı için referans gezingeleri elde edildi. Bacak eklemlerinin pozisyonları RAM referans gezingeleri üzerine ters kinematik uygulanarak hesaplandı. Öne sürülen referans gezinge üretimi sentezi, tamamen dinamik 3 boyutlu benzetimle test edildi. Benzetimde 16 serbestlik derecesine (SD) sahip dört bacaklı robot modeli kullanıldı. Benzetim sonuçları, yürüyüş için yapılan referans üretim tekniğinin başarıya ulaştığını gösteriyor