Diseño de un prototipo de robot bípedo con planificación de trayectorias con criterio zmp para su estabilidad al caminar sobre superficie plana
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Date
2017-06
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
La presente tesis busca diseñar un robot bípedo de 10GDL en total 5GDL por cada
pierna, con planificación de trayectorias con criterio de ZMP para su estabilidad al caminar
sobre superficie plana. Se inicia presentando el desarrollo del modelo cinemático directo,
mediante el método de Denavit-Hartenberg, de matrices de transformación homogénea;
luego se desarrolló la cinemática inversa, para esto se decidió utilizar un método numérico
para su solución, aplicando el criterio de “Damped Least Square”, esto nos permitirá
encontrar las posiciones, velocidades y aceleraciones de cada uno de los GDL de robot.
El modeló dinámico de este proyecto de investigación se realizó mediante la
formulación de Newton - Euler, para calcular los torques que se producen en cada
articulación, debido a que es más rápido computablemente respecto al de Lagrange -Euler,
esto se debe a su naturaleza recursiva y vectorial; además asumiendo que no existe
deslizamiento entre el suelo y el piso.
Una vez tenido el modelo cinemático, y la dinámica se procede a hacer el modelo
CAD del robot bípedo en Solidworks.
Se planificó las trayectorias de movimiento del robot bípedo 10GDL en los planos
sagital y frontal, para esto se utilizó las “Spline Cúbic” asegurando la existencia de sus
derivadas (velocidad y aceleración) permitiendo el movimiento del robot se asemejara a la
caminata humana.
Se evaluó la estabilidad de la caminata del robot bípedo mediante el criterio de ZMP,
para esto se modeló el robot bípedo mediante un péndulo invertido en 3D, basado en las
trayectorias generadas, además para esto fue necesario calcular la velocidad y aceleración
del COG.
Se logró generar la simulación del robot bípedo en la plataforma de Simulink
utilizando la librería de SimMechanics, siguiendo las trayectorias propuestas para la cadera
y el pie flotante, esperando fundamentalmente que tenga un impacto investigativo,
científico - tecnológico en la Universidad Nacional de Trujillo, y en el país que permita abrir
nuevos campos de estudio en base a este proyecto de diseño de robot Bípedo.
Description
The present thesis aims to design a biped robot of 10GDL in total 5GDL per leg, with
planning of trajectories with criterion of ZMP for its stability when walking on flat surface. It
begins by presenting the development of the direct kinematic model, by the Denavit-
Hartenberg method, of homogeneous transformation matrices; Then the inverse kinematics
developed, so it was decided to use a numerical method for its solution, applying the
criterion of "Damped Least Square", this will allow us to find the positions, velocities and
accelerations of each of the robot GDL.
The dynamic modeling of this research project was done by the formulation of
Newton - Euler, to calculate the torques that occur in each joint, because it is faster
computablely than the Lagrange - Euler, this is due to its recursive nature And vectorial;
Also assuming that there is no slip between the floor and the floor.
Once the kinematic model has been created, the dynamics will proceed to the CAD model
of the biped robot in Solidworks.
The movement paths of the 10GDL biped robot were planned in the sagittal and
frontal planes. The "Spline Cúbic" was used to ensure the existence of its derivatives
(velocity and acceleration), allowing the movement of the robot to resemble the human walk.
The stability of the walk of the biped robot was evaluated by means of the ZMP criterion,
for this the biped robot was modeled by a pendulum inverted in 3D, based on the trajectories
generated, in addition to this it was necessary to calculate the speed and acceleration of
the COG.
It was possible to generate the simulation of the biped robot in the Simulink platform
using the SimMechanics library, following the proposed paths for the hip and the floating
foot, expecting fundamentally that it has an investigative, scientific - technological impact in
the National University of Trujillo, and In the country that allows to open new fields of study
based on this design of Bipedal robot design.
Keywords
Prototipo zmp, Robot bipedo