Projekti / Programi
Sinteza periodičnega gibanja humanoidne robotske noge z zgledovanjem po bioloških sistemih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.10.04 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Robotika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T125 |
Tehnološke vede |
Avtomatizacija, robotika, nadzorno inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.11 |
Tehniške in tehnološke vede |
Druge tehniške in tehnološke vede |
sinteza gibanja, periodična gibanja, centralni generatorji vzorcev, nelinearni oscilatorji, humanoidni roboti, biartikularna vez, navpični skok, dvonožna hoja
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
25638 |
dr. Andrej Gams |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Vodja |
2010 - 2012 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
18 |
Povzetek
Predlagana raziskava obravnava nov pristop sinteze periodičnega gibanja humanoidne robotske noge. Ideja temelji na posnemanju bioloških sistemov z nelinearnimi oscilatorji. Končni cilj je razvoj in izvedba periodičnega premikanja spodnje ekstremitete humanoidnega robota z novo metodo sinteze gibanja. Metoda mora zagotavljati ravnotežje mehanizma ter omogočati prehod periodičnega gibanja v aperiodično z zaključkom v navpičnem skoku. S predelavo eksperimentalnega mehanizma v dvonožnega želimo aplicirati enako metodo tudi za primer hoje. Predlagana metoda je osnovana na rezultatih raziskav, ki so bile objavljene v revijah z najvišjimi faktorji na svojem področju.
Ideja vodenja ekstremitete humanoidnega mehanizma izhaja iz metode vodenja več-segmentnega planarnega robotskega mehanizma, ki modelira robotsko kačo. Poleg podobnosti v mehanski strukturi med samo robotsko kačo ter robotsko nogo (kljub različnemu številu in dolžini segmentov) izhajamo tudi iz možnosti uporabe nelinearnih oscilatorjev za sintezo periodičnega gibanja posameznih segmentov, lastnosti oscilatorjev za sinhronizacijo ter uporabe para oscilatorjev za modeliranje antagonistično delujočih virtualnih mišic. Glavni problem raziskave je vključitev potrebnega pogoja ohranjanja stabilnosti pri izvajanju periodične naloge z nelinearnimi oscilatorji v vertikalni ravnini. Zahtevna je tudi sama mehanska struktura. Pokazano je bilo, da ima človeška noga biartikularne vezi (mišice preko dveh sklepov), ki omogočajo učinkovitejšo uporabo energije tako pri hoji kot pri navpičnem skoku. Naloga zahteva modifikacijo obstoječega robotskega mehanizma z biartikularno vezjo, ki deluje samo ob raztegovanju kolena. To pomeni nelinearno enosmerno mehansko sklopitev, ki si povsem podredi vzpostavljeno matematično sklopitev med nekaterimi oscilatorji in zahteva nove pristope pri obravnavanju njihove interakcije.
Glavni cilj je razvoj in uspešna izvedba periodičnega gibanja robotskega mehanizma spodnje ekstremitete humanoidnega robota z uporabo verige sklopljenih nelinearnih oscilatorjev. Vodenje mora zagotavljati stabilnost robota. Sinteza gibanja mora omogočati gibanje, ki je bolj podobno človeškemu, kot gibanje pri vodenju na osnovi modela. Sistem vodenja mora vključevati mehansko sklopitev biartikularne vezi ter doseči energijsko učinkovito gibanje, saj mora zagotavljati vodenje tudi v dinamičnih fazah izvajanega premikanja. Z razširitvijo robotskega mehanizma v dvonožnega bomo metodo lahko uporabili za razvoj sinteze gibanja dinamične dvonožne hoje.
Metode vodenja z nelinearnimi oscilatorji v opisanem smislu še nikoli niso bile aplicirane na humanoidni mehanizem. Dostopni mehanizmi zelo redko vključujejo biartikularno vez, ki je bistvenega pomena pri učinkoviti hoji ter uspešnem navpičnem skoku. Izvedba raziskave zahteva meritve gibanja ljudi s sistemom za zajemanje gibanja ter merjenje sil na podlago in signalov v mišicah, ki pri tem nastopajo. Z modeliranjem lahko izvedemo matematične mehanizme, ki zagotavljajo podobno obnašanje virtualnega in mehanskega sistema.
Naloga je izvedljiva v smislu potrebnega predznanja in opreme. S področja vodenja nalog z uporabo nelinearnih oscilatorjev imamo veliko znanja in izkušenj. Smo avtorji več metod za vodenje periodičnega gibanja robotov. Na voljo imamo potrebno merilno ter strojno in programsko opremo: robotski mehanizem spodnje ekstremitete s telesom, sistem za merjenje gibanja v prostoru, sistem za merjenje sil na podlago, sistem za merjenje aktivnosti mišic.
Hoja je zahteven proces, ki zahteva inovativne, delno strukturno inteligentne in avtonomne procese za sintezo krmilnih signalov. Uporaba sklopljenih oscilatorjev za modeliranje antagonističnega delovanja mišic in sinhronizirano premikanje posameznih segmentov, v kombinaciji z mehansko strukturo, ki upošteva biartikularne vezi, lahko pomeni ključni preboj na področju vodenja spodnjih ekstremitet humanoidnih robotov.
Pomen za razvoj znanosti
Razvita metoda vodenja periodičnih robotskih nalog z uporabo nelinearnih oscilatorjev je neposredna izboljšava prej objavljenih metod, saj omogoča eksplicitno določevanje osnovne frekvence in faze periodičnih nalog, s tem pa neprimerno olajša izvedbo nalog z roboti.
Metoda ohranjanja stabilnosti gradi na podrobno razvitih matematičnih principih prioritiziranja nalog. Z vpeljano spremembo je prvič na enostaven način omogočen zvezen prehod med posameznimi prioritetami, kar izjemno poveča možnost apliciranja in pa izkoriščanja lastnosti takega načina vodenja za celo plejado nalog, od izogibanja oviram, ohranjanja stabilnosti do prav vsake naloge sestavljene iz več pod-nalog z različnimi stopnjami prioritet.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvite metode so utrdile Slovenijo na zemljevidu držav, kjer se izvajajo najsodobnejše raziskave na področju robotike in vodenja robotov, kar se je izkazalo z objavami v najboljših revijah ter na najboljših konferencah. Posredno to pomeni izboljšanje položaja raziskovalcev pri prijavljanju na razpise za financiranje ter več možnosti pri iskanju novih partnerjev za skupne projekte, kar vodi v dodatno financiranje raziskav iz drugih virov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
