A Simulation-based Approach to Kinematics Analysis of a Quadruped Robot and Prototype Leg Testing

要約

多関節対応ロボットでは、エンドエフェクターの位置を、関係する他の接続関節および特定の座標系のそれぞれのフレームに対して決定できるように、広範な数学的計算を行う必要があります。
制御アルゴリズムが脚の位置を明示的に決定するために必要な場合よりも少ない制約を使用する場合、ロボットは一般に制約が不十分になります。
したがって、姿勢および軌道推定の目的でロボットの脚の位置に割り当てることができるのは、エンドエフェクタの自由度 (DoF) のサブセットのみです。
この論文では、ロボットの自由度が制限されないように、座標系におけるロボットの脚の位置のすべてのケースを考慮するための完全に機能するアルゴリズムを紹介します。
関節角度の数学的導出は、順運動学と逆運動学を使用して導出され、Python ベースのシミュレーションがロボットの移動の検証とシミュレーションのために行われました。
マイクロコントローラーユニットとのシリアル通信に Python ベースのコードを使用すると、このアプローチはプロトタイプ脚でのアプリケーションのデモンストレーションにおいてより効果的になります。

要約(オリジナル)

A multi-joint enabled robot requires extensive mathematical calculations to be done so the end-effector’s position can be determined with respect to the other connective joints involved and their respective frames in a specific coordinate system. If a control algorithm employs fewer constraints than the cases necessary to explicitly determine the leg’s position, the robot is generally underconstrained. Consequently, only a subset of the end effector’s degree of freedom (DoF) can be assigned for the robot’s leg position for pose and trajectory estimation purposes. This paper introduces a fully functional algorithm to consider all the cases of the robot’s leg position in a coordinate system so the robot’s degree of freedom is not limited. Mathematical derivation of the joint angles is derived with forward and inverse kinematics, and Python-based simulation has been done to verify and simulate the robot’s locomotion. Using Python-based code for serial communication with a micro-controller unit makes this approach more effective for demonstrating its application on a prototype leg.

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