Sensado de Fuerza Táctil para Control de Admisión en un Robot Cuadrúpedo
Autores: Van Hauwermeiren, Thijs; Coene, Annelies; Crevecoeur, Guillaume
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sensado de Fuerza Táctil para Control de Admisión en un Robot Cuadrúpedo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Fuerzas de reacción del suelo
Percepción táctil
Robots con patas
Cumplimiento
Bucle de control
Validación experimental
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Las fuerzas de reacción del suelo (GRFs) son las fuerzas de interacción primarias que permiten a un robot bípedo mantener el equilibrio y realizar locomoción. La mayoría de los controladores de robots cuadrúpedos estiman las GRFs de manera indirecta utilizando torques articulares y un modelo cinemático, que dependen de suposiciones y son altamente sensibles a errores de modelado. En contraste, la detección directa de fuerzas de contacto en los pies proporciona una retroalimentación más precisa e inmediata. Más allá de la magnitud de la fuerza, la detección táctil también permite una interpretación de contacto más rica, como detectar la dirección de la fuerza y las propiedades de la superficie. En este trabajo, mostramos cómo la información del sensor táctil puede ser utilizada dentro de la retroalimentación del bucle de control para lograr la conformidad de los robots bípedos durante el contacto con el suelo. Las tres principales contribuciones son (i) un método de reconstrucción de fuerza 3D rápido y computacionalmente eficiente adaptado para sensores táctiles esféricos, (ii) un controlador de admisión táctil que ajusta los movimientos de las patas para lograr las GRFs deseadas y la conformidad, y (iii) validación experimental en un robot cuadrúpedo, demostrando una distribución de carga mejorada y equilibrio durante perturbaciones externas y locomoción. Los resultados muestran que las fuerzas de reacción del suelo máximas se redujeron en un 55% mientras se equilibraba sobre una viga. Durante un escenario de locomoción que involucraba un aterrizaje repentino después de una caída, el controlador de admisión táctil redujo las oscilaciones y recuperó la estabilidad en comparación con el control proporcional-derivativo (PD).
Descripción
Las fuerzas de reacción del suelo (GRFs) son las fuerzas de interacción primarias que permiten a un robot bípedo mantener el equilibrio y realizar locomoción. La mayoría de los controladores de robots cuadrúpedos estiman las GRFs de manera indirecta utilizando torques articulares y un modelo cinemático, que dependen de suposiciones y son altamente sensibles a errores de modelado. En contraste, la detección directa de fuerzas de contacto en los pies proporciona una retroalimentación más precisa e inmediata. Más allá de la magnitud de la fuerza, la detección táctil también permite una interpretación de contacto más rica, como detectar la dirección de la fuerza y las propiedades de la superficie. En este trabajo, mostramos cómo la información del sensor táctil puede ser utilizada dentro de la retroalimentación del bucle de control para lograr la conformidad de los robots bípedos durante el contacto con el suelo. Las tres principales contribuciones son (i) un método de reconstrucción de fuerza 3D rápido y computacionalmente eficiente adaptado para sensores táctiles esféricos, (ii) un controlador de admisión táctil que ajusta los movimientos de las patas para lograr las GRFs deseadas y la conformidad, y (iii) validación experimental en un robot cuadrúpedo, demostrando una distribución de carga mejorada y equilibrio durante perturbaciones externas y locomoción. Los resultados muestran que las fuerzas de reacción del suelo máximas se redujeron en un 55% mientras se equilibraba sobre una viga. Durante un escenario de locomoción que involucraba un aterrizaje repentino después de una caída, el controlador de admisión táctil redujo las oscilaciones y recuperó la estabilidad en comparación con el control proporcional-derivativo (PD).