Bajrami, X. (2013). Dynamic modeling and simulation of a biped robot [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/160645
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Stabilität von zweibeinigen (humanoiden) Robotern während des gehens. Dieses Forschungsgebiet zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Unzahl von Publikationen gibt, von denen die Mehrzahl auf der klassischen Zero-Moment-Point (ZMP) Methode beruhen. Zunächst wird ein kurzer Überblick über humanoide Roboter gegeben und auf Modelle für das dynamische Verhalten eingegangen. Hauptziel der Arbeit is es, die Stabilität eines, am IHRT entwickelten, zweibeinigen Roboters zu untersuchen. Derzeit existiert der Unterteil - bestehend aus Füßen, Beinen, Hüften und dem halben Oberkörper. Diese Struktur hat derzeit elf Freiheitsgrade. Im Endstadium soll der Roboter einundreißig Freiheitsgrade aufweisen. Zunächst wurde das bestehende Unterteil mittels Matlab/Simmechanics simuliert, wobei das nach Newton-Euler abgeleitete Modell Verwendung fand. Aus den sich ergebenden Schritt-Trajektorien folgte, dass eine Stabilisierung nur für eine Schritthöhe von maximal 5 cm unter optimalen Bedingungen möglich war was für den gehvorgang nahe an der Stabilitätsgrenze liegt.<br />Daher wird die gesamte Struktur mit einundreißig Freiheitsgraden simuliert. Hier zeigte sich, dass durch Synchronisation der Arm und Beinbewegungen, ähnlich wie beim menschlichen Gang, eine bessere Stabilität erreicht werden kann. Darüber hinaus werden konstruktive Vorschläge zu Verbesserung der Massenverteilung (tieferer Schwerpunkt) gemacht.<br />Simulationen des gesamtstruktur einschließlich der konstruktivän Änderungen zeigten, dass mit diesen Maßnahmen eine wesentliche Verbesserung der Stabilität erreicht werden kann. Es wurden optimale Schritt-Trajektorien mit einer Schritthöhe von 15 cm und einer Schrittweite von 60 cm erreicht was dem menschlichen fang bereits sehr nahe konnte.
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This work deals with the stability analysis of two legged (humanoid) robots during walking. This research area is characterized by the fact that there are a lots of publications, most of which are based on the classic ZMP method. First, a brief overview is provided on humanoid robots, and also models for the dynamic behavior are discussed. Main aim of this work is to investigate the stability of a biped robot developed from IHRT. There is currently the low base of robot - consisting of feet, legs, hips and upper part of robots body. This structure currently has eleven degrees of freedom. In the final stage, the robot should have 31 DoF-s. First, the existing low base of robot was simulated using Matlab / SimMechanics, where the derived by Newton-Euler model was used. From the resulting step trajectories followed that stabilization was only possible for a step height of more than 5 cm in optimal conditions, what for the going-process is close to the stability limit. Therefore the entire structure with 31 DoF-s will be simulated. This showed that by synchronizing the arm and leg movements, similar to the human gait, greater stability can be reached. In addition, suggestions to improve the weight-distribution has been made (lower CoG). Simulations of the overall structure, including the constructive changes showed that with these measures a significant improvement of the stability can be achieved. There are found optimal step-trajectories with a step-height of 15 cm and step-width of 60 cm that are already very close to the human fang.
