Řízení pohybu šestinohého kráčejícího robotu se čtyřmi řiditelnými stupni volnosti na nohu

Abstract

V této práci představujeme nového šestinohého robota jménem HAntR, kterého jsme vytvořili dle potřeb Laboratoře výpočetní robotiky Centra umělé inteligence fakulty Elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze. Jeho hlavním účelem jest vylepšit schopnosti pohybu v těžkém terénu původního robotu přidáním čtvrtého stupně volnosti každé noze. Na základě nově navržené nohy jsme také přepracovali celé tělo robotu tak, aby splnilo i další požadavky, jako například menší rozměry, či možnost osazení alespoň šesti Lithium-Iontovými monočlánky. V práci pečlivě popisujeme motivace a úvahy, které nás k výslednému návrhu vedly. Uvádíme řešení přímé i inverzní kinematické úlohy řešené pomocí podmínky na ideální orientaci konce nohy a uvažující i důležité kinematické singularity. Navržený robot byl vyzkoušen v několika experimentech, při kterých byl použit námi navržený řídicí systém napsaný v jazyce C++. Ukázalo se, že HAntR vydrží díky zvýšené energetické hustotě a lepšímu rozkladu sil v končetinách autonomně fungovat přes hodinu. Robot je také schopen jít rychlostí až 0.42m/s, což předčí mnohé srovnatelné roboty. Při experimentu, kdy robot stál na nakloněné rovině, bylo prokázáno zlepšení oproti předchozímu robotu. A také jsme dle pokynů této práce potvrdili, že i HAntR je schopen adaptivní chůze spoléhající pouze na poziční zpětnou vazbu.

In this thesis a novel six-legged robot called HAntR is presented. The robot was developed according to needs of the Robotics Laboratory, at the Artificial Intelligent Center, Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague. Its main purpose is enhancing rough-terrain movement capabilities by upgrading a former design by adding fourth degree of freedom to each leg. We also revised robot torso to fit new leg design and incorporate other requirements such as smaller dimensions with space for at least six Lithium-Ion cells. We thoroughly describe motivations and considerations that led us to the presented particular solution. Further, the solutions of forward and inverse kinematic tasks with partial orientation constraint and important singularities avoidance are presented. The proposed design has been evaluated in several experimental deployments, which utilised developed software controller written in C++. Endurance tests showed, that HAntR is able to remotely operate for over an hour thanks to increased energy density. Maximal speed test resulted to 0.42m/s during tripod gait, which outpaces most of the comparable robotic platforms. Experiment where HAntR stood on platform with varying inclination showed qualitative improvement against former robot. Finally, in accord with the thesis assignment, we proved that HAntR is able to perform walking with adaptive gait using positional feedback only.