Conservación del equilibrio en un robot bípedo en posición de erguido ante perturbaciones externas

Abstract

El presente trabajo muestra el diseño, implementación y evaluación de un sistema de control para la conservación del equilibrio en robots tipo humanoide cuando se somete a perturbaciones externas y validado en el robot DARwIn OP tanto en simulación como en la plataforma real. El sistema está dividido en diferentes módulos que cumplen funciones específicas tales como la estimación del estado del Robot (Posición y velocidad del Centro de Masa del Robot), aplicación de las estrategias del tobillo y cadera para la recuperación del equilibrio y un último módulo que busca suavizar los movimientos realizados a consecuencia de las perturbaciones realizadas, lo que se busca dentro de este último modulo es variar la rigidez de los actuadores del robot dependiendo de la magnitud de la perturbación. El sistema es evaluado en los planos sagital y coronal en términos del tiempo de recuperación o estabilización en conjunto con la suavidad de las trayectorias generadas por el estado del robot, donde se logra comparar el comportamiento del sistema en cinco diferentes casos: Lazo abierto, estrategia del tobillo con y sin variación de rigidez y estrategia de la cadera con y sin variación de rigidez.

Abstract: The present work shows the design, implementation and evaluation of a control system for humanoid robot push recovery in the presence of external disturbances, validated in a DARwIn-OP platform in both, simulation and in the actual robot. The system is composed of several modules with specific functionalities such as the robot’s state estimation (position and velocity of the center of mass), the application of ankle and heap strategies for balance recovery and finally the softening of the robot’s movements due to external disturbances. The latter aims at varying the actuators stiffness according to the magnitude of the disturbance. The overall system is evaluated in the sagittal and coronal planes in terms of recovery time and softening of the paths generated by the robot state. The system behavior is compared in 5 different scenarios, namely: open loop, ankle strategy with and without stiffness variation and heap strategy with and without stiffness variation.