Motion generation of four-limb robots using whole-body torque control - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Motion generation of four-limb robots using whole-body torque control

Génération de mouvement pour robots quadrupèdes par contrôle en couples

Résumé

The thesis presents the whole-body motion generation of two four-limb robots, including the rolling-mode generation of a quadruped-on-wheel robot, TowrISIR, and the trotting-mode generation of a quadruped robot with parallelogram mechanisms, QuadISIR. Both the wheeled and legged motion generators are developed by using the generalized dynamics and centroidal dynamics models, and they are verified by our improved proposed torque controllers. We propose the concept called prioritized impedance controller, and we propose one new dynamics model to embody multi-task control hierarchy. We integrate it into the new dynamics model to improve four kinds of hierarchical operational-space torque control frameworks. Then, we propose two rolling-mode motion generators of TowrISIR. By given legged-suspension motion, the wheel motion is extracted out depending on base and legged motions, then the first wheel motion generator is developed by combining the kinematics model and centroidal momentum/dynamics model. The second whole-body motion generator is more general which enables the robot to cross rough terrains with much-altitude difference. Then the whole-body motion generator is developed by combining further the wheel-center motion model and a proposed altitude control model. Finally, we propose a new legged locomotion principle for one quadruped robot, QuadISIR, which can generate legged motion automatically using the centroidal properties without massless-leg assumption. The virtual joint between the base and each-leg CoM is used. The stance legs follow the base motion without conflicting the contact constraints. The swing legs compensate the delay influences by the stance legs.
Cette thèse présente la génération de mouvements de deux robots quadrupèdes : la génération du mode roulement d’un robot quadrupède sur roues, et la génération du mode trot d’un robot quadrupède avec mécanisme en parallélogramme. Ces deux générateurs de mouvement sont développés en utilisant des modèles de dynamiques généralisées et de dynamiques centroidales. Nous introduisons le concept de contrôleur en impédances priorisées et nous proposons un nouveau modèle de dynamiques qui incorpore une hiérarchie de contrôle multitâche. Nous l’intégrons dans le nouveau modèle dynamique pour améliorer quatre différents cadres de travail pour le contrôle hiérarchisé. Puis, nous proposons deux générateurs de mouvements pour le mode roulement de TowrISIR. Le mouvement des roues est extrait selon les mouvements des pattes et de la base. Le premier générateur de mouvement des roues est développé en combinant le modèle cinématique et le modèle dynamique et de moments centroidaux. Le deuxième générateur de mouvements est plus général et permet de franchir des terrains accidentés avec différences d’altitude. Un générateur de mouvements corps complets est développé en combinant un modèle de mouvements centré sur roues et un modèle proposé de contrôle d’altitude. Enfin, nous proposons un nouveau principe de locomotion à pattes pour notre robot quadrupède, QuadISIR, qui peut générer les mouvements des pattes automatiquement en utilisant les propriétés centroidales, sans nécessiter l’approximation de pattes sans masse. La position des pattes suit le mouvement de la base sans interférer avec les contraintes de contact. Le balancement des pattes compense le délai généré par les pattes de posture.
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DU_Wenqian_2020.pdf (37.21 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03191313 , version 1 (07-04-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03191313 , version 1

Citer

Wenqian Du. Motion generation of four-limb robots using whole-body torque control. Robotics [cs.RO]. Sorbonne Université, 2020. English. ⟨NNT : 2020SORUS067⟩. ⟨tel-03191313⟩
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