Dynamic Walk of a Biped Robot: Using model predictive control and a linear inverted pendulum model
Authors
Nielsen, Thomas Juul ; Sørensen, Frederik Arentz ; Madsen, Søren Klintby
Term
4. term
Education
Publication year
2020
Submitted on
2020-06-04
Pages
104
Abstract
This thesis explores how a low-cost biped robot can achieve dynamic walking using model predictive control (MPC) and a linear inverted pendulum model (LIPM). The target was a walking speed of 0.5 m/s by combining a simplified 6-DOF leg kinematic structure with 3D-printed links, NEMA 17 stepper motors, appropriate sensors, and an ESP32 controller. In Simulink, a LIPM-based gait generator was developed to plan the robot’s center-of-mass trajectory, and inverse kinematics were used to compute the required joint angles. The LIPM was controlled via MPC and demonstrated stability provided the planned center-of-mass path could be achieved. However, simulations revealed model discrepancies that were not identified and resolved before the project deadline, limiting full validation of dynamic walking at the intended speed. The work contributes a low-cost hardware design and a simulation-based control pipeline, and highlights model refinements needed for robust physical execution.
Denne afhandling undersøger, hvordan en prisvenlig, tobenet robot kan opnå dynamisk gang ved hjælp af modelprædiktiv styring (MPC) og en lineær inverteret pendulmodel (LIPM). Målet var at realisere en ganghastighed på 0,5 m/s ved at kombinere et forsimplet ben-kinematisk setup med 6 frihedsgrader, 3D-printede led, NEMA 17-stepmotorer, relevante sensorer og en ESP32-styring. I Simulink blev en LIPM-baseret ganggenerator udviklet til at planlægge bevægelsen af robotens tyngdepunkt, hvorefter inverse kinematik blev brugt til at beregne nødvendige ledvinkler. LIPM’en blev styret med MPC og demonstrerede stabilitet for robotten, forudsat at den planlagte tyngdepunktbane kunne realiseres. Simulationsresultaterne afslørede dog modelafvigelser, som ikke blev identificeret og løst inden projektets deadline, hvilket begrænsede den fulde validering af dynamisk gang i den tilsigtede hastighed. Arbejdet bidrager med et lavpris design og en simuleringsbaseret kontrolpipeline, samt peger på nødvendige forbedringer i modellen for at opnå robust udførelse på fysisk hardware.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]