The falling process of a generalized biped robot falling backward, sidewards and to the front is investigated as a free final-time optimal control problem. The aim is to minimize a set of performance parameters to reduce the fall damage to the robot. The back fall and side fall are modeled using a single inverted pendulum. For the fall to the front a three-stage approach was chosen. For the first stage (standing upright until the knees are touching the floor) a quadruple pendulum was used, shifting in second stage (knees-to-floor until hands-to-floor) to a triple pendulum coupled to a single pendulum and in the third stage to a single pendulum with an external force exerted by the arms. The tool is written in MATLAB, where, after putting the robot parameters in and setting the optimization goals, one can find optimal joint torques, joint angles and/or joint velocities for the involved joints to implement them as an open-loop control to a real robot. This implementation is then applied in two exemplary ways: One to generate trajectories for a robot without any torque restrictions to the joint driving motors to find the general principle. Secondly to analyze a real robot including torque limitations. The torque limitations were implemented using a simplified DC motor model.
일반적인 이족보행 로봇의 뒤, 옆, 그리고 앞으로 넘어지는 프로세스는 자유로운 최종 시간 최적 제어 문제로 조사되었다. 퍼포먼스 파라미터들의 최소화를 통해 로봇이 넘어졌을 때의 피해를 줄이는 것을 목적으로 한다. 뒤로 넘어졌을 때와 옆으로 넘어졌을 때에는 inverted pendulum으로 모델링을 할 수 있고, 앞으로 넘어지는 경우는 세 단계로 생각할 수 있다. 첫 번째 단계는 서 있을 때부터 무릎이 바닥에 닿을 때로서, quadruple pendulum이 사용된다. 두 번째 단계는 무릎이 바닥에 닿았을 때부터 손이 바닥에 닿을 때로서, single pendulum과 연결된 triple pendulum이고, 세 번째 단계는 팔을 통해서 외력이 들어오는 single pendulum이라고 할 수 있다. MATLAB을 통해서 툴을 작성하였고, 로봇 매개 변수를 입력하고 최적화 목표를 설정 한 후 관련 관절에 대한 최적의 관절 토크, 관절 각도 또는 관절 속도를 찾아 실제로봇에서 open-loop 제어를 통해 실현하였다. 이 구현은 두 가지 예시에 적용시킬 수 있다. 하나는 일반적인 원칙을 찾기 위해 관절 구동 모터에 대한 토크 제한없이 로봇에 대한 궤도를 생성하는 것이다. 두 번째로 토크 제한을 포함한 실제 로봇을 분석하는 것이다. 토크 제한은 단순화된 DC 모터 모델을 사용하여 구현되었습니다.
