Desarrollo de un robot bípedo de grado de libertad reducido (DOF) con tobillos elásticos
Autores: Yessirkepov, Sharafatdin; Folgheraiter, Michele; Abakov, Arman; Umurzakov, Timur
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Desarrollo de un robot bípedo de grado de libertad reducido (DOF) con tobillos elásticos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Desafíos
Robot humanoide
Estabilidad
Arquitectura cinemática
Equilibrio
Grados de libertad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Uno de los aspectos más desafiantes del diseño de un robot humanoide es garantizar una caminata estable. Para lograr esto, la arquitectura cinemática debe soportar el movimiento en 3D y mantener el equilibrio, particularmente durante el soporte de un solo pie. Sin una configuración adecuada, el robot puede experimentar una distribución de peso desequilibrada, aumentando significativamente el riesgo de caídas al caminar. Si bien agregar grados de libertad redundantes (DOFs) puede mejorar la adaptabilidad, también eleva la complejidad y el costo del sistema, así como la necesidad de estrategias de control más sofisticadas y un mayor consumo de energía. Este documento explora un robot bípedo con DOFs reducidos, que, a pesar de su número limitado de DOFs, es capaz de realizar movimiento en 3D. Presenta un péndulo invertido y tobillos elásticos hechos de poliuretano termoplástico (TPU), lo que permite un control efectivo del equilibrio y la atenuación de perturbaciones. Se introduce el diseño electromecánico del robot junto con el modelo cinemático. Se considera el equilibrio del momento en un modo pseudo-estático en los planos frontal y sagital, teniendo en cuenta el péndulo y la pierna oscilante durante la fase de soporte único. El rendimiento del tobillo de TPU se evalúa en función de su capacidad para resistir fuerzas de flexión externas, destacando los desafíos relacionados con la estabilidad del equilibrio de peso del robot y la inversión del tobillo. Se comparan los resultados experimentales tanto del Análisis de Elementos Finitos (FEA) como de pruebas en el mundo real. Por último, se evalúan los movimientos articulares del robot bípedo basado en un péndulo invertido en un entorno virtual y en un prototipo físico mientras realiza inclinaciones laterales y varias secuencias de marcha.
Descripción
Uno de los aspectos más desafiantes del diseño de un robot humanoide es garantizar una caminata estable. Para lograr esto, la arquitectura cinemática debe soportar el movimiento en 3D y mantener el equilibrio, particularmente durante el soporte de un solo pie. Sin una configuración adecuada, el robot puede experimentar una distribución de peso desequilibrada, aumentando significativamente el riesgo de caídas al caminar. Si bien agregar grados de libertad redundantes (DOFs) puede mejorar la adaptabilidad, también eleva la complejidad y el costo del sistema, así como la necesidad de estrategias de control más sofisticadas y un mayor consumo de energía. Este documento explora un robot bípedo con DOFs reducidos, que, a pesar de su número limitado de DOFs, es capaz de realizar movimiento en 3D. Presenta un péndulo invertido y tobillos elásticos hechos de poliuretano termoplástico (TPU), lo que permite un control efectivo del equilibrio y la atenuación de perturbaciones. Se introduce el diseño electromecánico del robot junto con el modelo cinemático. Se considera el equilibrio del momento en un modo pseudo-estático en los planos frontal y sagital, teniendo en cuenta el péndulo y la pierna oscilante durante la fase de soporte único. El rendimiento del tobillo de TPU se evalúa en función de su capacidad para resistir fuerzas de flexión externas, destacando los desafíos relacionados con la estabilidad del equilibrio de peso del robot y la inversión del tobillo. Se comparan los resultados experimentales tanto del Análisis de Elementos Finitos (FEA) como de pruebas en el mundo real. Por último, se evalúan los movimientos articulares del robot bípedo basado en un péndulo invertido en un entorno virtual y en un prototipo físico mientras realiza inclinaciones laterales y varias secuencias de marcha.