Control de un robot humanoide

En este proyecto se hace uso de un robot humanoide Robo-Soul 17 DOF de la marca Robo-Soul, y se pretende conseguir su locomoción bípeda manteniendo el equilibrio. El Robo-Soul 17 DOF, como su propio nombre indica, tiene 17 grados de libertad: 5 en cada pierna, 3 en cada brazo y 1 en la cabeza. Normalmente, las piernas de un humanoide
tienen 6 grados de libertad. Al Robo-Soul 17 DOF le faltan los grados de libertad necesarios para girar sobre sí mismo. Por tanto, se le hace caminar en línea recta. El robot usa servomecanismos digitales con control de posición sin realimentación exterior para
garantizar el movimiento. Tras investigar el criterio de estabilidad dinámica del Zero Moment Point (ZMP), se concluye que no es posible utilizarlo en este robot por las características de los servos, así que se hace en su lugar un equilibrio estático en el que la
proyección vertical del centro de masas queda dentro del perímetro de apoyo en todo momento y el robot se mueve lentamente. Entonces se planifica una trayectoria para los pies y otra para el centro de masas. Para conseguir esto, se utiliza el modelo de Denavit- Hartenberg para las piernas del humanoide, computando la cinemática directa y una estimación del centro de masas, y dando una solución numérica al problema de la cinemática inversa adaptando el método de Newton-Raphson. La trayectoria del pie se
consigue dando pequeños incrementos en tiempos cortos a la posición objetivo de la cinemática inversa, y la trayectoria del centro de masas se consigue controlando sus coordenadas frontal y lateral por separado y en momentos distintos con los ángulos del tobillo. Una vez generado con éxito el paso bípedo, se programa el nivel superior de la lógica para que reciba órdenes de la estación de tierra, de modo que el usuario puede interactuar con el robot, eligiendo cuándo quiere iniciar o detener el movimiento.

In this project, we make use of a Robo-Soul 17 DOF humanoid robot from the brand Robo-Soul, and we intend to achieve its bipedal locomotion while keeping balance. The Robo-Soul 17 DOF, as its own name suggests, has 17 degrees of freedom: 5 in each leg, 3 in each arm, and 1 in the head. Usually, the legs of a humanoid robot have 6 degrees of freedom each. The Robo-Soul 17 DOF lacks the degrees of freedom necessary to spin. Therefore, we make it walk in a straight line. The robot uses digital servomechanisms
with positioning control and no external feedback to guarantee movement. After investigating the dynamic stability criterion of the Zero Moment Point (ZMP), we conclude that the characteristics of the servos make it impossible to make use of it, so a static equilibrium is used instead, in which the vertical projection of the center of mass is kept within the support perimeter at all times and the robot moves slowly. A trajectory for the center of mass is then planned in advance, along with a trajectory for the feet. In
order to achieve this, a Denavit-Hartenberg model is used for the legs, computing the forward kinematics and an estimation for the center of mass, and solving the problem of inverse kinematics through an adaptation of the Newton-Raphson method. The trajectory
for the foot is achieved by giving small increments in short times to the target position for the inverse kinematics, and the trajectory for the center of mass is achieved by controlling its frontal and lateral coordinates separately in different moments with the angles of the ankle. Once the bipedal gait is successfully generated, we program the higher level of the control logic to receive orders from the control station, in such a manner that the user can interact with the robot, by choosing when to start or stop the movement.