Analysis of Tripods for Walking Purposes

Abstract

Miljøet mennesker omgir seg i består av områder som ikke er optimale for forflytning med hjul. Av denne grunnen, har roboter med bein potensiale til å ekspandere fremkommeligheter i utfordrende miljøer. Noen arkitekturer, som tobeinte, firebeinte og seksbeinte roboter har generelt sett vært mer populære. Analyse af dynamikken til en trebeint forflytningsrobot , kalt { \it tripod}, kan avdekke fordeler og ulemper sammenlignet med andre arkitekturer. Analyse av de dnamiske egenskapene til roboter med bein består av modellering av dynamikken, undersøkelse av potensielle gangarter og deres egenskaper. Robotmodellene ble utviklet ved å bruke d'Alemberts prinsipp on virtuelt arbeid og Euler-Lagranges metode med generaliserte krefter, sammen med impulsmodeller basert på Newtons impulslov. De dynamiske modellene, grovt kakrakterisert som simplifisert modell med negelisjerbare masser til beina, semi-simplifisert modell, med platformmasse og masser i kne, og den helkompliserte modellen der alle masser om treghetsmomenter er medberegnet, ble utledet og simulert ved hjelp av MATLAB. De spesifikke leddmomentene nødvendige for at platformen skal følge forskjellige baner, i tilfellet der platformen er holdt oppe av alle tre beina, er pressentert og simulert for enkelte tilfeller. Dette er er et overaktuert system med geometriske betingelser. Bevegelser som beskriver løfting av et bein er pressentert i tillegg til dynamikken til den medførte pendel-lignende oppførselen ved tobeinstillingen. En bevegelsesgenerator ble utviklet for den semi-simplifiserte modellen avhengig av noen antagelser, som viste seg å være uønsket. Noen strategier for reposisjonering av beinet og spesifikt løfting av beinet viste seg å være mer robuste for den simplifiserte modellen.

The environment surrounding humans consists of areas where wheels are not optimal for locomotion. Hence, legged robotics has potential to expand the availability of machines in environmental challenging areas. Some architectures, as bipeds, quadrupeds and hexapods, have in general been more popular. Analysis of the dynamics of a three-legged locomotive robot, called it the tripod, can reveal benefits and disadvantages compared to the other architectures. Analyzing the dynamical properties of a legged locomotive robot consists of modeling of the dynamics and investigating the possibility and properties of gaits. The robot models were developed using d’Alemberts principle of virtual work and Euler-Lagrange method of generalized forces together with impact models based on Newton’s Impact law. The dynamic models, roughly categorized as the simple model with platform mass considerably larger than leg masses, the semi-simple model, with platform mass and masses in the knee joints, and it the full complexity model with masses and inertias for each link were calculated and simulated using MATLAB. The specific joint torques needed for the platform to follow different trajectories, while supported by all three legs, are presented and simulated for some cases. This is an over actuated system with geometrical dependencies. Motions describing lifting of one leg is presented, in addition to the dynamics of the following pendulum-like behaviour of the two-leg stance. A motion generator was developed for the semi-simplified tripod, under some assumptions, which proved to be undesirable. Some strategies for repositioning of the leg and especially lifting the leg proved to be more robust for the simplified model.