Design and Control of a Bio-inspired Wheeled Bipedal Robot

要約

車輪付き二足歩行ロボットは、未知の地形でも機敏で多用途な移動タスクを実行する能力を備えており、その動的性能を評価する際にはバランスが重要な基準となります。
この論文は、ハードウェアとソフトウェアの両方の側面における革新を通じて、車輪付き二足歩行ロボットのバランス性能を強化することに焦点を当てています。
人間のバーベルスクワットにヒントを得た、生体にインスピレーションを得た機械設計が提案され、四肢関節への負荷の効率的な分散を実現するために実装されています。
この設計により、膝トルク ジョイントの効率が向上し、重心 (CoM) の分布の制御が容易になります。
一方、カスタマイズされたバランス モデル、つまり車輪付き線形倒立振子 (wLIP) が開発されます。
wLIP は、バランスの安定性を確保しながら、車輪付きロボットのダイナミクスをより正確に推定することで、他の代替手段を上回ります。
実験結果は、ロボットが骨盤の状態と CoM 速度を操作しながらバランスを維持できることを示しています。
さらに、外乱や未知の地形に対しても堅牢性を発揮します。

要約(オリジナル)

Wheeled bipedal robots have the capability to execute agile and versatile locomotion tasks in unknown terrains, with balancing being a key criterion in evaluating their dynamic performance. This paper focuses on enhancing the balancing performance of wheeled bipedal robots through innovations in both hardware and software aspects. A bio-inspired mechanical design, inspired by the human barbell squat, is proposed and implemented to achieve an efficient distribution of load onto the limb joints. This design improves knee torque joint efficiency and facilitates control over the distribution of the center of mass (CoM). Meanwhile, a customized balance model, namely the wheeled linear inverted pendulum (wLIP), is developed. The wLIP surpasses other alternatives by providing a more accurate estimation of wheeled robot dynamics while ensuring balancing stability. Experimental results demonstrate that the robot is capable of maintaining balance while manipulating pelvis states and CoM velocity; furthermore, it exhibits robustness against external disturbances and unknown terrains.

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