Joint-Space Control of a Structurally Elastic Humanoid Robot

要約

この研究では、構造コンポーネントが準拠するように設計されている人型ロボット PANDORA の関節制御戦略が示されています。
アクチュエータ ハウジングの内部の弾性を設計する現代のアプローチとは対照的に、PANDORA の構造コンポーネントは荷重下で柔軟になるように、つまり構造的に弾性があるように設計されています。
積層造形の迅速な設計の利点を維持するために、この関節制御戦略では、理想的な弾性アクチュエータからモデル化された外乱オブザーバー (DOB) が採用されています。
この堅牢なコントローラーは、構造弾性コンポーネントからのモデルの変動を外乱として扱い、3D プリントされた部品のシステム識別の必要性を排除します。
これにより、機械設計エンジニアは、ジョイント コントローラーからの一貫した調整を必要とせずに、3D プリントされたリンケージを反復処理できるようになります。
コントローラーを検証するために、2 セットのハードウェア結果が表示されます。
最初の結果セットは、モデル化されていない、10 kg の質量を持つ 1 DoF の加重振り子を駆動する理想的な弾性アクチュエータ テストベッドで実行されます。
この結果は、DOB がモデルの重大な変動を処理できるという主張を裏付けています。
2 番目の結果セットは、PANDORA の 12 DoF 下半身で実施された堅牢なバランス実験からのものです。
オペレーターが骨盤に 50 N の押し込みを加えている間、ロボットはバランスを維持します。アクチュエーターの追跡結果は左脚に対して表示されます。

要約(オリジナル)

In this work, the joint-control strategy is presented for the humanoid robot, PANDORA, whose structural components are designed to be compliant. As opposed to contemporary approaches which design the elasticity internal to the actuator housing, PANDORA’s structural components are designed to be compliant under load or, in other words, structurally elastic. To maintain the rapid design benefit of additive manufacturing, this joint control strategy employs a disturbance observer (DOB) modeled from an ideal elastic actuator. This robust controller treats the model variation from the structurally elastic components as a disturbance and eliminates the need for system identification of the 3D printed parts. This enables mechanical design engineers to iterate on the 3D printed linkages without requiring consistent tuning from the joint controller. Two sets of hardware results are presented for validating the controller. The first set of results are conducted on an ideal elastic actuator testbed that drives an unmodeled, 1 DoF weighted pendulum with a 10 kg mass. The results support the claim that the DOB can handle significant model variation. The second set of results is from a robust balancing experiment conducted on the 12 DoF lower body of PANDORA. The robot maintains balance while an operator applies 50 N pushes to the pelvis, where the actuator tracking results are presented for the left leg.

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