Abstract

This master’s thesis concerns the development, modeling and control of a humanoid robot, which enables human-like walk. As the focus is to obtain human-like walk, the robot is designed to resemble human proportions and a special joint has been developed to resemble the hip joint of humans, and thereby enabling walking in curved paths. Furthermore the hardware necessary to obtain a fully autonomous system is developed and implemented. The result of the design phase is a humanoid robot, called ”Roberto”, measuring 58 cmand with 21 actuated degrees of freedom. A complete dynamical model describing the system has been developed. The model is a hybrid model which enables simulation of complete walking cycles. A novel solution of the dynamics of the robot during double support phase has been given. To enable human-like walk a set of trajectories has been developed, based on the zero-moment point and dynamical simulations. The trajectories are simulated, and human-like walk is obtain on the model. To maintain stability during walk with the real robot, two controllers have been developed, a posture controller and a zero-moment point controller. It was found that the controllers were able to track a zeromoment point reference and a inclination reference given to the system. Human-like walk was not obtained on the real system, due to system limitations. If a new interface to the DC-motors in the servos was developed, and a faster on-board computer was chosen, human-like walk should be possible.

Dette speciale omhandler udvikling, modellering og kontrol af en menneskelignende robot, hvorpå menneskelignende gang ønskes implementeret. Der er i dette speciale fokuseret på at opnå menneskelig gang og robotten er derfor designet med menneskelige proportioner. Dertil er et specielt led blevet konstrueret, der ligner den menneskelige hofteskål og giver robotten mulighed for at dreje under gang. Der er ydermere udviklet og implementeret hardware, der gør robotten fuldt ud autonom. Resultatet er en menneskelignende robot, kaldet ”Roberto”, der er 58 cm høj og har 21 aktuerede frihedsgrader. Der er blevet udviklet en komplet dynamisk model, som beskriver alle input og output af systemet. Modellen en hybrid model, der muliggører simulering af en komplette gang cykler. En ny løsning er blevet foreslået, der beskriver dynamikken af robotten, når den har begge ben på jorden. Et sæt af menneskelignende gangtrajektorier er blevet udviklet, som er baseret på zero-moment point og dynamiske simuleringer. Disse trajektorier er blevet simuleret og menneskelig gang blev opnået på modellen. For at opretholde stabilitet under gang, med den udviklede robot, er to regulatorer blevet designet. Disse kontrollerer kropsholdningen samt positionen af zero-moment point. Regulatorerne var i stand til at følge en reference, både et zero-moment point og en given orientering. Menneskelig gang blev ikke opnået på den rigtige robot, grundet begrænsninger i systemet. Det blev vurderet, at hvis der blev konstrueret et nyt interface print til DC-motoren inde i servoerne, ville dette give bedre resultater. Ydermere blev det anbefalet at implementere en hurtigere computer på robotten. Med disse opgraderinger skulle det være muligt at opnå menneskelig gang med robotten.

A master thesis from Aalborg University

A Humanoid Robot: Development, Modeling and Control of