بازيابي تعادل يك ربات انسان‌نما با استفاده از درجه آزادي مچ پا و لگن بر روي سطوح تماسي كوچك

Balance recovery of a humanoid robot using hip and ankle joints on small contact surfaces

هدف از اين مقاله ارائه الگوريتمي براي بازيابي تعادل ربات انسان‌نما در حضور اغتشاشات ناشناخته شديد بر روي سطوح تماسي كوچك است. انسان با بزرگ شدن اغتشاش وارده به ترتيب از سه استراتژي مچ پا، لگن و گام برداري براي بازگرداندن تعادل خود بهره مي‌برد. در شرايطي كه اغتشاش وارده بزرگ باشد و شرايط محيطي اجازه گام برداري را ندهد، و يا زماني كه ربات بر روي سنگ و يا قطعه‌اي مي‌ايستد، سطح تكيه‌گاهي پا كوچك مي‌شود، انسان با بهره‌گيري از اثر دوران بالاتنه تعادل خود را حفظ مي‌كند. در اين راستا، روشي الهام‌يافته از رفتار انسان بر اساس كنترل پيش‌بين به‌ منظور كنترل نقطه مهار ارائه مي‌شود. الگوريتم پيشنهادي با بهينه‌سازي بلادرنگ ممنتم دوراني بالاتنه، قادر است بدون گام برداري تعادل ربات را در حضور اغتشاشات شديد و در شرايطي كه چندضلعي تكيه‌گاهي به يك نوار نازك كاهش‌يافته است، حفظ كند. روش پيشنهادي با هدف كنترل نقطه مهار از گشتاور مچ پا به ‌منظور تنظيم مكان نقطه گشتاور صفر زماني كه نقطه مهار درون چندضلعي تكيه‌گاهي است بهره مي‌برد و در شرايطي كه نقطه مهار بيرون از چندضلعي تكيه‌گاهي است از تغيير ممنتم دوراني بالاتنه به‌ منظور تنظيم مكان نقطه لولاي ممان مركزي، به‌صورت بهينه بهره مي‌برد. نتايج شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته در سناريوهاي مختلف بر اساس ويژگي‌هاي ربات سورنا 3 است كه شايستگي الگوريتم مورد نظر را تائيد مي‌كند.

In this paper a push recovery controller for balancing humanoid robot under severe pushes for situation when contact surface is small is presented. Human response to progressively increasing disturbances can be categorized into three strategies: ankle strategy, hip strategy and stepping strategy. The reaction of human to external disturbances in the situations that contact surface is small or stepping is not possible is generating upper body angular momentum. In this way, in this paper a single model predictive controller scheme is employed to control the capture point by modulating zero moment point and centroidal moment pivot. The proposed algorithm is capable of recovering balance of humanoid robot under severe pushes without stepping in situation in which contact surface is shrunk to a strip. The goal of the proposed controller is to control the capture point, employing the centroidal moment pivot when the capture point is out of the support polygon, and or the zero moment point when the capture point is inside the support polygon. The merit of proposed algorithm is shown successfully in different simulation scenarios using characteristic of SURENA III humanoid robot.