Modeling, Simulation, and Control of Biped Robot AAU-BOT1
Authors
Jensen, Brian Thorarins ; Niss, Michael Odgaard Kuch
Term
10. term
Publication year
2009
Pages
140
Abstract
Robotics is advancing quickly, with the goal of enabling robots to take on human-like tasks. This thesis continues the development of AAU-BOT1, a human-sized, two-legged robot built at Aalborg University to connect robotics and health research for studying gait patterns, including those involving impaired limbs. To support this work and future progress, we set up a complete hardware and software platform that makes it straightforward to add and test new control systems. We also built a detailed model of the robot for realistic simulation and for controller design. To enable statically balanced walking (maintaining balance at every step), we generated a motion trajectory that respects AAU-BOT1’s mechanical limits. We then designed a control system to follow this trajectory, combining an unscented Kalman estimator (which infers important but unmeasured internal states), a posture controller, and a balance controller. The posture controller uses feedback linearization and decoupling based on the computed-torque method, together with linear controllers. We evaluated the control system by varying model parameters to reflect uncertainties and differences between the model and the real robot. The outcome is a complete development platform for AAU-BOT1 and a control system that achieves statically balanced walking in simulation.
Robotteknologi udvikler sig hurtigt med målet om at få robotter til at udføre menneskelignende opgaver. Denne kandidatafhandling videreudvikler AAU-BOT1, en tobenet robot i menneskestørrelse, som er designet og bygget på Aalborg Universitet for at koble robotik og sundhedsforskning i studier af gangmønstre, også med funktionsnedsatte lemmer. For at understøtte dette arbejde og fremtidig udvikling etablerer vi en komplet hardware- og softwareplatform, som gør det nemt at tilføje og afprøve nye styresystemer. Vi opbygger også en detaljeret model af robotten til realistisk simulering og til brug i regulator-design. For at få robotten til at gå med statisk balanceret gang (hvor balancen opretholdes ved hvert skridt) genererer vi en bevægelsesbane, der respekterer AAU-BOT1’s fysiske begrænsninger. Til at følge banen udvikler vi et styresystem, der kombinerer en uscented Kalman-estimator (som beregner vigtige, men ikke målte, interne tilstande), en holdningsregulator og en balanceregulator. Holdningsregulatoren anvender feedback-linearisation og afkobling baseret på computed-torque-metoden, kombineret med lineære regulatorer. Styresystemet evalueres ved at variere modelparametre for at afspejle usikkerheder og forskelle mellem modellen og den virkelige robot. Resultatet er en komplet udviklingsplatform for AAU-BOT1 og et styresystem, der opnår statisk balanceret gang i simuleringer.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]