Đề tài Robotics Humanoid Robot

HUMANOID ROBOT ROBOTICS Nhĩm Cơ Điện Tử và Ứng dụng www.nhom3c.com CONTENT OF PRESENTATION 1.
Introduction to Humanoid 2.
Structure of Humanoid 3.
Kinematics 4.
Principle of balancing 5.
Zero Moment Points 5.
Several model of Humanoid in the world Humanoid 1. Oveview of Humanoid
Human-like robot
Legged robot  Biped robot: robot can walk on two legs
Applications  Entertainment  Achievement from research of humanoid can apply in life and industry: robot hand, robot leg used for invalids Humanoid Compare with wheeled robot
Humanoid robot can move on uneven terrain, narrow space.
More complicated in structure
Expensiver Humanoid HOAP-1 (Fujitsu) ASIMO (Honda) Classification
By degree of freedom (DOF):  Asimo - Honda: 26 DOF, Height:1,2m, Weight: 43 kg:  Hoap-1 - Fujitsu: 20 DOF, W: 5.8 kg, (41000 USD)  Qrio - Sony: 24 DOF, for entertainment  HRP-1S - AIST& Honda: 26 DOF, used for driving the constructing vehicles with remote control.  HRP –2P - Kawada: 30 DOF, cans stand up, kneel and lie on the floor  Others type: Pino, BHR-1, H7, ARNE & ARNEA
By functions Humanoid Humanoid
Robot ngày càng thông minh, giúp con người trong nhiều việc. Định hướng quan trọng là nghiên cứu nâng cao khả năng “ tự học” cho robot, Rotbot có thể nhận biết hình thù, màu sắc, giọng nói và hơn thế là khả năng tích lũy kinh nghiệm.
Việc tạo ra Robot giống người là một thành tựu lớn của nhiều ngành khoa học, và có triển vọng thay thế con người trong việc chăm sóc những người cao tuổi, vấn đề xã hội đang nổi cộm ở Nhật .
Ước mơ của những người sáng tạo ra robot là giống hình dạng của con người và thông minh như người Giới thiệu humanoid Humanoid Robot Asimo đi trên mặt phẳng Giới thiệu humanoid Humanoid Robot Asimo đi lên cầu thang Humanoid Robot ca nhạc Humanoid Robot đồng diễn Giới thiệu humanoid Humanoid Robot đồng diễn § 2. Cấu tạo humanoid  Dựa trên cơ sở là cấu tạo của con người Robot HRP-1S has 26 DOF.
Two arms have 12 DOF: 6 DOF for each arm.
Two legs have 12 DOF: 6 DOF for each leg: 3 DOF for hip articulate 1 DOF for knee articulate 2 DOF for ankle articulate
2 DOF for neck articulate. Humanoid Humanoid Humanoid Phần động học Humanoid Humanoid Cấu tạo tổng quát Humanoid I II III IV Position of leg in ½ cycle of step Double support Heel Strike Swing phase Toe off Double support Heel strike Swing phase Toe off Right leg Left leg I II III IV Cycle of step of human § 3. Động học Humanoid COM Movement of two legs in logging process Movement of center of gravity  Tính điểm COM (Centre of mass) Humanoid x m(x) dx xc = ------------------ m(x) dx y m(y) dy yc = ------------------ m(y) dy z m(z) dz zc = ------------------ m(z) dz Σ pimi pc = ------------------ Σ mi Humanoid Parameter of step Trajectory of foot and hip Humanoid Cycle of step Humanoid a. Model of single inverse pendulum  The mass of the robot can arrange tidy to center of mass fixing at one end of inverse pendulum, the other end of pendulum is fixed at the support area Humanoid b. Model two mass inverse pendulum - One mass places at center of leg -One mass places at center of body Humanoid c.Model inverse pendulum having compensated mass – swinging leg - Do ở mô hình con lắc ngược 1 khối lượng thiếu chính xác do lực quán tính của chân góp phần chính vào vào trí ZMP (zero moment point)
m: đặc trưng cho swinging leg
M: đặc trưng cho khối lượng phần còn lại của robot Humanoid θ l x z m m 0 mg mlθ .. s  Equation of dynamic: m l2 θ -m g l sinθ = 0 When θ smallûm l2 θ - m g l θ = 0 ⇔ lθ - g θ = 0 .. .. § Analysis inverse pendulum in plan .. Humanoid θ l x z m 0 Phương trình mặt phẳng cắt trục z tại zc có dạng: z = kxx + kyy + zc y zc y z 0 kx = 0 mg my .. Mx my zc – mg y + Mx = 0  y = (g/zc)y - Mx/mzc .. .. § Analysis inverse pendulum in space 3D Humanoid x z 0 ky = 0 mg mx .. My mx zc – mg x - My = 0  x = (g/zc)x + My/mzc .. .. Humanoid Giới thiệu:
COG (Center of Gravity): là vị trí trên Robot mà ở đó robot xem như là một khối lượng
ZMP (Zero moment point): Là một điểm trên mặt tiếp xúc mà tổng các lực và moment tác dụng lên ro bot bằng không)
FRI (Foot Rotation Indication): là điểm trên mặt tiếp xúc màcác phản lực tác dụng lên chân robot để giữ cho robot đứng vững
Support polygon: Là vùng biên các điểm tiếp xúc của robot §4. Nguyên lý giữ thăng bằng Humanoid Để tính toán giữ cân bằng cho humanoid ta cầàn xáùc định:  Kích thướùc củûa từøng khâuâ , khớùp.  Vị trí khốái tâmâ củûa từøng khâuâ , khớùp.  Moment quáùn tính củûa mỗi khâuã â Từø những thông sõ â áá trên ta tâ ính toáùn đượïc những tõ ín hiệäu cảûm biếán như:  Cảûm biếán độä nghiêngâ củûa thânâ gồàm: cảûm biếán gia tốác vàø vậän tốác góùc  Cảûm biếán phảûn lựïc táùc dụïng lên chân gô â ààm 3 cảûm biếán lựïc vàø 3 cảûm biếán moment. §4. Giữ thăng bằng (tt) Humanoid Foot leg or right leg
4.1 Trạng thái tĩnh  Khi robot chỉ có một chân tiếp xúc, để robot cân bằng thì điểm CoG nằm trong vùng support của một chân  Khi hai chân tiếp xúc, để robot cân bằng thì điểm CoG nằm trong vùng support của hai chân (như hình) §4. Giữ thăng bằng (tt) Humanoid  Stability margin (sự ổn định dự trữ):Là khoảng cách gần nhất từ biên của support polygon đến điểm ZMP * Tóm lại: Humanoid đi ở trạng thái tĩnh, để tránh bị ngã thì phải điều khiển sao cho hình chiếu của CoG duy trì nằm trong vùng support polygon §4. Giữ thăng bằng (tt) Humanoid
4.1 Trạng thái động Trong thực tế di chuyển của robot là động, do lực quán tính, nên ta phải điều chỉnh hình dáng của robot theo trạng thái robot  Theo Vickobratovic để cho humanoid giữ thăng bằng trong khi di chuyển thì ta chỉ cần tính toán và kéo điểm ZMP duy trì trong vùng support polygon §4. Giữ thăng bằng (tt) Humanoid
Điều khiển góc θ để giữ thăng bằng Humanoid §5. Điểm không (ZMP) * Ta thấy: trạng thái tĩnh thì x = 0, nên p = x ..
Tính toạ độ PZMP (px,py) Humanoid Σ(rimiai + Iiαi + ωi Iiωi – ri mig) = (0,0,*) T ri=pi - pZMP ri miai : Moment do lực quán tính  Iiαi : Moment do gia tốc góc  ωi Iiωi: Moment do lực Coriolis  ri mig: moment do trọng lực I : moment quán tính Humanoid C-ATGRF: Centre of actual Total Ground Reaction Force Sơ đồ điều khiển điểm ZMP Humanoid Humanoid Hệ thống điều khiển di chuyển HRP – 1S 26.pdf Humanoid Notes 4 Humanoid Năm 2002 Humanoid Humanoid § Cảm biến ở chân của Humanoid Humanoid § Cảm biến ở chân của Humanoid Rapid laminated Tooling Camera trong humanoid Chân phải của humanoid Humanoid
Humanoid – Elvis - 1998 có 23 dof: 6 dof cho mỗi chân, 4 dof cho mỗi tay, 1 dof cho thân, 2 dof cho cổ
Humanoid – Guroo của trường Đại Học Queensland, - có 23 dof: 6 dof cho mỗi chân, 3 dof cho mỗi tay, …. §6. Giới thiệu một số Humanoid Humanoid
Humanoid – Senchans Của Osaka University, có 20 dof: 6 dof cho mỗi chân, 4 dof cho mỗi tay
Humanoid – Pino Do trường ĐH Osaka có 26 dof Humanoid