La identificacin de un robot con compatibilidad de transmisinESTIMACIN DE PARMETROS DE DISEO DE CONTROLLa investigacin en robtica bpeda tiene como objetivo disear mquinas con la velocidad, la estabilidad, la agilidad y la eficiencia energtica de un ser humano. Mientras que ninguna mquina construida hoy en da se da cuenta de la unin de estos atributos que ya varios robots demuestran en uno o ms de ellos. El bpedo Cornell est diseado para ser muy eficiente en energa [1]. Este robot camina con una dimensin menos mecnica de transporte de coste de cmt 0,055; la eficiencia correspondiente para un ser humano tpico es 0,05. El lado negativo de este logro es que el robot puede caminar sobre el suelo plano; se tropieza y cae en la presencia de variaciones de tierra de unos pocos milmetros. El bpedo planar, que sobresale en agilidad, puede funcionar de forma estable en uno o dos piernas, subir y bajar escaleras, y puede obligarse sobre las pilas de bloques, pero no caminar bien [2] - [4]. Este robot es ineficiente debido a su accionamiento neumtico e hidrulico. Por otra parte, los principios fsicos que subyacen a su sistema de diseo y control mecnico son difciles de generalizar en otras mquinas. Las exposiciones conejo robot bpedo pueden caminar enrgicamente bajo control basado en modelos [5], [6]; un controlador implementado en el robot en 2002 todava funciona hoy. Por otro lado, el conejo puede correr slo unos pasos sin caer [7], y su costo-mecnica de transporte es de 0,38. MABEL, que se muestra en la Figura 1, tiene como objetivo lograr un mejor compromiso global en la velocidad, la estabilidad, agilidad, y la eficiencia energtica. Este robot puede ser pensado como un hbrido del bpedo planar y conejo. La transmisin de MABEL utiliza motores, diferenciales de cable, y los resortes para crear una serie pierna compatible virtual entre la cadera y el dedo del pie [8]. Este cumplimiento serie absorbe los golpes cuando las piernas impactan el suelo, aumentando la robustez estabilidad a travs de la atenuacin o perturbacin, y tambin almacena energa, mejorando as la eficiencia. MABEL camina a 1,5 m / s, que fue el rcord de velocidad bpedo-walking-robot desde abril de 2010 hasta octubre de 2010 [9]. El diseo de control de realimentacin y la marcha en [9] se basan en un modelo simplificado de MABEL. Los datos reportados en [9] muestran discrepancias significativas entre este modelo y el experimento. Por ejemplo, el cumplimiento en el robot est inadecuadamente modelado, con deflexiones resorte predichos y medidos difieren a veces por 30% durante una marcha a pie. Adems, el modelo simplificado predice una mecnica de transporte de coste cmt adimensional de 0,04, mientras que se mide experimentalmente que 0,15.

FIGURA 1 MABEL, un robot bpedo planar para caminar y correr. (a) La pierna y cadera son cada uno de 50 cm de largo, por lo que el robot tiene 1 m de altura en la cadera. La masa total es de 60 kg, con exclusin de la pluma. El auge proporciona estabilidad de lado a lado porque las caderas son articulaciones de giro que permiten slo hacia adelante y movimiento hacia atrs de las piernas. El cable de seguridad impide que las rodillas y el torso golpeen el piso del laboratorio cuando el robot se cae. (b) El robot incorpora muelles para la absorcin de choque y de almacenamiento de energa. Diferenciales alojados en el torso del robot crean una pierna prismtica virtual con el cumplimiento.

El objetivo principal de este artculo es identificar los parmetros que aparecen en un modelo dinmico de MABEL. Este modelo es adecuado para el diseo y anlisis de los controladores de retroalimentacin para la locomocin bpeda. Los parmetros que buscamos identificar incluyen inercia, centro-de-masa ubicaciones, constantes de resorte, constantes de par motor, coeficientes de friccin, y los sesgos de encendido del amplificador. Tenemos la intencin de utilizar el modelo identificado para mejorar an ms la velocidad, estabilidad, agilidad y eficiencia energtica de MABEL.El problema de la identificacin de los parmetros de los modelos de robot est bien estudiado en la literatura [10] - [13]. La mayora de los resultados se basan en el anlisis del comportamiento de entrada y salida del robot durante un movimiento planificado, donde los valores de los parmetros se obtienen minimizando la diferencia entre una funcin de las variables de robot medidos y la salida del modelo. Un ejemplo de este enfoque se presenta en [11] para la identificacin de parmetros en manipuladores industriales. El modelo estndar rigidbody se reescribe en forma paramtrico, que es lineal en los parmetros desconocidos, donde son la posicin, velocidades, aceleraciones y de las articulaciones; t es el vector de torques conjuntas; u es el vector de parmetros desconocidos; y f es la matriz regresor. La optimizacin se utiliza para definir las trayectorias que mejoran el nmero de condicin de f, y estas trayectorias son entonces ejecutadas en el robot. Ponderada de mnimos cuadrados estimacin se aplica para estimar los parmetros, que a su vez son validados por la prediccin de par. Este enfoque requiere aceleracin, que debe ser estimada numricamente en la posicin de medida. Un enfoque alternativo explorado en [12] utiliza mediciones de la fuerza y un par de sensores para evitar la necesidad de estimar la aceleracin. El modelo de robot est representado en forma de Newton-Euler, y una llave de seis elementos en la mueca del robot se expresa en una forma que es lineal en los parmetros desconocidos. La Fuerza y el par de torsin en la mueca se miden directamente a travs de sensores de fuerza y de par, y la estimacin de parmetros se lleva a cabo a partir de estos datos sin la necesidad de mediciones de la aceleracin. Otra clase de mtodos [13] utiliza un modelo basado en la energa que utiliza variables de velocidad y de posicin, pero no requiere la aceleracin. Este mtodo, sin embargo, se basa en la integracin de los pares de entrada y las velocidades de articulacin para calcular la energa, que es problemtico si las estimaciones de par estn daadas por un sesgo desconocido.

MABEL tiene como objetivo lograr un mejor compromiso global en la velocidad,Estabilidad, agilidad y eficiencia energticaLa identificacin de parmetros para MABEL es una tarea difcil por varias razones. Primero, MABEL tiene codificadores de posicin en los motores y de las articulaciones, as como interruptores de contacto en los extremos de las piernas, pero carece de sensores de fuerza y torque. As utilizamos los pares motores como entradas y los codificadores de posiciones conjuntas como salidas para extraer los parmetros del modelo. Debido al error de cuantificacin de los codificadores, es difcil estimar la aceleracin mediante la diferenciacin numricamente con las seales del codificador. Por lo tanto, estimamos parmetros sin calcular la aceleracin de los datos de posicin. En segundo lugar, las caractersticas del actuador son poco conocidas. Los motores utilizados en MABEL son actuales (BLDC) motores sin escobillas directos, que se fabrican a medida en la demanda. Debido a los nmeros de produccin pequeas, la inercia del rotor y las constantes de par pueden diferir en un 20% de los valores suministrados por el fabricante. Por consiguiente, estos parmetros deben estar incluidos en el procedimiento de identificacin. En combinacin con los amplificadores de potencia de un segundo fabricante, los motores presentan un sesgo direccional. Para complicar ms las cosas, este sesgo vara entre pares amplificador-motoras individuales. En consecuencia, la polarizacin del amplificador debe ser considerado en el proceso de identificacin. Un tercer problema que afecta a la identificacin de parmetros es que la eleccin de la trayectoria emocionante est restringida debido a limitaciones de espacio de trabajo de Mabel. Por ejemplo, un experimento de velocidad constante para la estimacin de los coeficientes de friccin no es factible debido a que el rango mximo de giro de cada junta es menor a 180 . Finalmente, debido a MABEL tiene muchos grados de libertad, accionando todos ellos a la vez requerira estimar 62 parmetros simultneamente. Por esta razn, nos aprovechamos de la naturaleza modular del robot para disear experimentos que nos permitan construir secuencialmente el elemento del modelo, la estimacin de slo unos pocos parmetros en cada etapa del proceso.

PANORAMA DEL MECANISMOEl cuerpo de MABEL consta de cinco enlaces, es decir, un torso, dos muslos y dos tibias. La cadera del robot est conectada a un brazo, como se muestra en la Figura 2. Por lo tanto el movimiento del robot es tangente a una esfera centrada en el punto de la pluma en la torre central de pivote. El auge es de 2,25 m de largo, y mientras que el movimiento de caminar resultante del robot es circular, se aproxima al movimiento de un bpedo planar caminando a lo largo de una lnea recta. Los grados de libertad accionados de cada pierna no corresponden a la rodilla y los ngulos de la cadera como en un bpedo convencional. En lugar de ello, como se muestra en las figuras 3 y 4, para cada pierna, existe una coleccin de los diferenciales donde se utiliza para conectar dos motores a las articulaciones de la cadera y de la rodilla de tal manera que un motor controla el ngulo de la pierna virtual definido por la lnea que conecta la cadera para el dedo del pie, mientras que el segundo motor est conectado en serie con un resorte para controlar la longitud de la pierna virtual. Coordenadas robot bpedo convencionales y coordenadas accionados de Mabel, que se representan en la figura 4, estn relacionados por

donde LA significa ngulo de la pierna, LS significa forma de la pierna, Th significa muslo, y Sh significa espinilla. Los resortes en MABEL aslan los motores pierna-forma de las fuerzas de impacto en la pierna. Adems, los resortes almacenan energa durante la fase de compresin de un modo de andar en funcionamiento, cuando la pata de apoyo debe desacelerar el movimiento hacia abajo del centro del robot de la masa. La energa almacenada en el resorte puede ser utilizado para redirigir el centro de masa hacia arriba para la fase de vuelo posterior, propulsando el robot fuera de la tierra. Como se explica en [14] - [16], estas dos propiedades, el aislamiento de choque y de almacenamiento de energa, mejorar la eficiencia energtica de funcionamiento y reducir los requisitos de alimentacin del actuador.Ventajas similares estn tambin presentes en caminar sobre terreno plano, pero en menor medida en comparacin con que se ejecuta en un terreno desigual, debido a las fuerzas inferiores en el impacto de la pierna y el recorrido vertical reducida del centro de masa. La literatura robtica sugiere fuertemente que el aislamiento de choque y el cumplimiento son tiles para caminar por terrenos irregulares [17] - [23].

FIGURA 2 movimiento aproximado plano. El movimiento de las limitaciones de auge de MABEL a la superficie de una esfera centrada en el punto de la pluma en la torre central de fijacin. El auge es de aproximadamente 2,25 m de largo. La torre central se apoya en un anillo colector a travs del cual el poder y las lneas de comunicacin digitales, tales como E-stop y Ethernet, se pasan

FIGURA 3 Robot y el mecanismo de transmisin. (a) Los vnculos que comprende MABEL. CSP, T, Csh, Th, y Sh denotan CSpring, Torso, CShin, muslo, y Shin, respectivamente. (b) El mecanismo de transmisin consta de los diferenciales de la pierna, del muslo y la pantorrilla. El diferencial de la pierna se da cuenta de una conexin en serie entre el motor de la pierna-forma y el resorte. El diferencial de muslo se mueve el enlace del muslo de la pierna, mientras que el diferencial de la espinilla mueve el enlace de la espinilla. Las relaciones de transmisin se describen en las figuras 6 y 7.

TransmisinEl mecanismo de transmisin para cada medio de Mabel consta de tres diferenciales de cables, etiquetado los diferenciales la pierna, el muslo y la pantorrilla, y un resorte, como se muestra en la Figura 3 (b). Los diferenciales del muslo y la espinilla traducen ngulo de la espinilla y el ngulo del muslo en forma de pierna. De este modo, los motores elctricos controlan el ngulo y la forma de la pierna. El diferencial de resorte forma una conexin serie entre un muelle y el motor para la forma de la pierna de modo que el sistema resultante se comporta aproximadamente como un palo de pogo.

Para mantener las piernas, la luz, los motores y los diferenciales se montan en el torso. En lugar de los diferenciales de engranajes representados en la Figura 5, los diferenciales de cable se utilizan para lograr baja friccin y contragolpe. Aunque los diferenciales de cable y los diferenciales de engranajes tienen diferentes conjuntos, trabajan de la misma manera. Cada uno consta de tres componentes, denominados A, B y C, conectado por un interno, no observado, D. Cuando las relaciones de cambio son todos iguales, los componentes A y B estn limitadas de tal manera que el movimiento promedio de los dos es igual a la de movimiento del componente C. En consecuencia, A y B pueden moverse en direcciones opuestas si C se mantiene estacionario, y el movimiento de C es la mitad de A si B se mantiene estacionario. En otras palabras, y

En el mecanismo de transmisin de Mabel, A y B son entradas a la diferencial, mientras que C es una salida. En lo que sigue, Ashin, BShin, y CShin se refieren a los componentes A, B, y C de la diferencia de la espinilla y lo mismo para los dos diferenciales restantes. CThigh y CShin en la figura 3 (b) estn asociadas a las del muslo y la espinilla, respectivamente. Las poleas BThigh y BShin estn conectadas al motor de la pierna de ngulo. Las poleas AThigh y Ashin estn conectados a la CSpring polea, que es la polea de salida del diferencial de pierna. El resorte en cada lado del robot se implementa con dos fibra de vidrio que son placas conectadas en paralelo a los diferenciales a travs de cables, como se muestra en la Figura 1. Debido a los cables, los resortes son unilaterales, lo que significa que pueden comprimir, pero no se extienden; este aspecto se discute a continuacin. Las figuras 6 y 7 ilustran cmo funciona esta transmisin cuando uno de los QLA o QLS coordenadas se acciona, mientras la otra coordenada se mantiene fija. La trayectoria de desplazamiento del resorte a la rotacin en QLS es similar. El movimiento neto en QLS desde el motor de la pierna y el resorte es la suma de los movimientos individuales.FIGURA 4 accionado coordenadas. (a) muestra una opcin ms convencional de coordenadas accionados. Las coordenadas Accionado en Mabel, que se muestran en (b), se corresponden con el control de la longitud y orientacin de la pierna prismtica virtual indicado por la lnea discontinua que conecta el dedo del pie a la cadera. La direccin a la izquierda es positiva.

Nombres de variablesPara nombrar las variables que aparecen en el robot, usamos elconjunto de ndices

Donde los subndices L y R significa izquierda y derecha, MLS significa forma de la pierna del motor, y MLA significa ngulo de la pata del motor; vase la Figura 3 (b). Para los enlaces, definimos el conjunto de ndices

Donde T, CSP, Th, Sh, Csh y Boom representan Torso, CSpring, Muslo, Shin, CShin y Boom, respectivamente, como se muestra en la Figura 3 (a). Para el mecanismo de transmisin, definimos el conjunto de ndices

donde A, B, y D corresponden a los componentes de los diferenciales en la Figura 3 (b), y sp, th, sh, y sd denotan el resorte, el muslo, la espinilla, y el bajar, respectivamente, como se muestra en la Figura 3. A lo largo se utiliza este artculo, la notacin de las coordenadas y los pares en la Tabla 1.SensoresMABEL est equipado con codificadores e interruptores de contacto, pero no obliga a los sensores. A cada lado del robot, hay codificadores magnticos para medir ngulos de las articulaciones que estn presentes en las poleas MLA, MLS, Dth, BSP, y mLAsd, as como la articulacin de la rodilla. A partir de la geometra de las piernas, las ECV forma un ngulo de la pierna que es la mitad del ngulo de articulacin de la rodilla. Cada codificador tiene una resolucin de 2048 conteos por revolucin y por lo tanto0,1758 grados / contar. Se mide el ngulo del muslo con respecto al torsopor un codificador que tiene 2.048 conteos por revolucin y un 19.8: 1 relacin de transmisin, para un total de 40,550.4 conteos por revolucin y por lo tanto 0.008878 grados / conteo. El ngulo del torso con respecto a la vertical se mide por un codificador que tiene 2.048 recuentos por revolucin y una proporcin de 3: 1 de engranajes, para una total de 6144 vueltass por revolucin y por lo tanto 0,05859 grados / conteo. El ngulo de inclinacin de la pluma se mide por un codificador de 2048 cuentas por revolucin y un 17.6: 1 relacin de transmisin, para un total de 36,044.8 conteos por revolucin y as 0,09988 grados / conteo. El ngulo de rotacin de la torre central se mide por un codificador con 40.000 vueltas por revolucin y un 7,3987: relacin de transmisin 1, para un total de 295.948 recuentos por revolucin, y por lo tanto 0,001216 grados / recuento. Para detectar impactos con el suelo, dos interruptores de contacto estn instalados en el extremo de cada pata. El contacto con el suelo esdeclarado cuando cualquiera de los dos conmutadores se cierra. Los interruptores de contacto adicionales se instalan en las paradas duras en varias poleas para detectar la rotacin excesiva dentro del espacio de trabajo de Mabel. Si un interruptor de contacto en un tope duro se cierra, la energa del robot se apaga inmediatamente por el ordenador. Debido a esto MABEL no tiene sensores de velocidad, las velocidades angulares deben ser estimadas numricamente del diferenciadorseales de posicin. Para las aplicaciones en tiempo real, tales como control de retroalimentacin, se requieren mtodos causales de diferenciacin numrica [24], [25]. Se puede emplear para aplicaciones fuera de lnea, tales como la identificacin de parmetros, no causal o algoritmos de suavizado

[26]. Utilizamos el mtodo de interpolacin spline de [27], que se puede utilizar en una forma causal o no causal. Para Encajar la computadora y la adquisicin de datos El ordenador debe ser de 1.3-GHz Intel Celeron M CPU el cual ejecuta un sistema operativo en tiempo real QNX la cual la biblioteca RHexLib, ha desarrollado originalmente para el robot RHex [28], la cual se utiliza para la aplicacin de los mdulos de control de algoritmo, as como para el registro de datos de la red y se comunica con el robot. Una interfaz de usuario para el seguimiento del estado del robot en un sistema basado en Linux utiliza los servicios pblicos prestados por RHexLib. Digital y analgica IO se manejan con CompactPCI tarjetas de adquisicin de datos de Acromag. Un modulo construidollamado CompactPCI la cual alberga los circuitos de interfaz entre las tarjetas de adquisicin de datos Acromag y los sensores en el robot. El perodo de la muestra del controlador embebido se fija en 1 ms. A pesar de un perodo de muestreo de 1,5 ms es probablemente adecuada, la alimentacin del robot se desconecta automticamente mediante un temporizador de vigilancia si cualquier ciclo de actualizacin de controlador supera 1 ms. La Adquisicin de datos y registro consumen aproximadamente 0,5 m de cada perodo de la muestra, dejando 0,5 ms para los clculos de control y procesamiento de seales. Los controladores basados en la DP se pueden implementar en el tiempo de procesamiento disponible sin consideraciones especiales de programacin. Para los controladores basados en la dinmica inversa, tales como los reportados en [9], los clculos en tiempo real se realizan en aproximadamente 0,11 ms con un dominio pblico C ++ - biblioteca de plantillas de Boost [29], que proporciona operaciones de matriz de lgebra estndar.IDENTIFICACIN DE LOS PARMETROS - PROCEDIMIENTO

Paquetes CAD proporcionan estimaciones de las masas de los eslabones y poleas que comprenden MABEL, sus longitudes y radios, centros de masa y momentos de inercia. Si adems tenemos en cuenta la ubicacin y distribucin masiva de artculos que normalmente no estn representados en un dibujo CAD, como forma de rodamiento de bolas y la densidad, la longitud y la densidad de los cables de la polea, el cableado elctrico a bordo de la electrnica de potencia, y los actuadores y sensores, a continuacin, los parmetros mecnicos del robot pueden ser estimados.

En consecuencia, un objetivo del procedimiento de identificacin es validar estas estimaciones comparando las respuestas previstas para los datos experimentales. Adems, los parmetros del modelo para el cual estiamamos no sean fiables no estn disponibles a partir de dibujos de CAD que incluyen constantes del motor de par, las inercias del rotor, rigidez del resorte y de la precarga. Finalmente, los parmetros de friccin no pueden ser estimados mediante un programa CAD y debe ser determinado experimentalmente.

Los parmetros a ser identificados se muestran en la Tabla 2. Pasos del proceso de identificacin La primera fase del proceso de identificacin se centra en la estimacin de los parmetros del actuador y de friccin en la transmisin, as como la validacin de las estimaciones de inercia de la polea proporcionados por el programa CAD. El par constante KT y el rotor inercia Jrotor de cada motor tambin se determinan mediante el anlisis de los motores en serie con una cadena de inercias conocidas por acoplar selectivamente las poleas que forman los tres diferenciales, como se muestra en las figuras 6 y 7. Debido a que las poleas estn conectadas por cables de acero debajo de un estiramiento para formar un sistema de un solo grado de libertad, varios caminos en el mecanismo de transmisin se pueden modelar por la formacin de grumos de los momentos de inercia de las poleas. Este momento agrupado de inercia se puede calcular por el modelo CAD y se aade a la inercia del rotor del motor. Adems, este momento de inercia agrupado se puede obtener a partir de experimentos. Estos datos pueden ser utilizados para estimar las constantes de par motor, las inercias del rotor, friccin viscosa, y sesgos de par motor. A continuacin, las patas se acoplan a la transmisin para validar el modelo de accionamiento-transmisin en conjuncin con el centro de masa y los momentos de inercia de los enlaces que constituyen el muslo y espinilla, segn lo previsto por el modelo CAD.

Para estos experimentos, el cumplimiento se elimina del sistema mediante el bloqueo de la orientacin de la BSpring polea; el torso se mantiene en una posicin fija tambin. A raz de este experimento, los parmetros inerciales del torso se estiman para su validacin. Dos fuentes de cumplimiento estn presentes en el robot. Una fuente es la unilateral, dodne actua la fibra de vidrio que es diseada en la transmisin. La otra fuente, que es no planificada, surge de estiramiento de los cables entre las poleas. El cumplimiento del resorte unilateral se obtiene a partir de experimentos estticos, y el cumplimiento debido al estiramiento del cable ya que se estima a partir de experimentos dinmicos que se aplican en pares elevados al robot.

La configuracin Experimental para el motor, diferencial, y parmetros de la pierna

La primera fase del proceso de identificacin utiliza la configuracin representada en la Figura 8. El torso es fijo con respecto al bastidor , y las piernas se pueden mover libremente. La posicin de lapolea BSpring se fija tambin, la eliminacin de cumplimiento para la fase inicial de identificacin. Los Comandos de par se registran y envan a los amplificadores. A su vez, los amplificadores regulan las corrientes en los devanados del motor, estableciendo as los valores de par motor. La rotacin de los motores se transmite a las del muslo y espinilla, enlaces a travs de los diferenciales de transmisin como se muestra en las figuras 6-8 La pierna ngulos Qla y QLS estn relacionados con los correspondientes ngulos de motor y el ngulo de la polea por BSpring

Aprovechamos la naturaleza modular del robot para disear experimentos que nos permitan construir secuencialmente el elemento del modelo, que estiman slo unos pocos parmetros en cada etapa del proceso.

son las relaciones de transmisin de LS a la MLS, desde L a MLA, y de LS a BSP. Los ngulos QLS y Qla calculados tambin se registran durante los experimentos. Las Relaciones (6) y (7) mantienen bajo el supuesto de que los cables no se estiran, que es la aproximacin hecha aqu, porque no hay cargas externas donde se apliquen a las piernas o las poleas. Cuando el robot est caminando, el sistema de transmisinest muy cargado, debido al peso del robot, y el cable de estiramiento se produce. Este comportamiento se observa por la violacin de las relaciones (6) y (7). El Estiramiento del cable se tiene en cuenta en el ltimo paso del proceso de identificacin. Es tpico que los amplificadores de potencia para exhibir un pequeo sesgo en la corriente que se ha mandado, que a su vez provoca que los sesgo en los pares de torsin del motor antes de iniciar la identificacin del sistema, estos sesgos sean estimados y compensados para cada motor siguiendo el procedimiento descrito en

"Cmo estimar Motor-Torque sesgos."

IDENTIFICACIN DE LA TRANSMISIN

Para la identificacin del sistema, el hecho de que las diferencias en la transmisin se realizan por una serie de cables y poleas es una ventaja porque podemos seleccionar el nmero de poleas donde se acciona mediante la desconexin de cables. Para cada combinacin de polea, el momento de inercia agrupado se puede calcular. Por lo tanto, si se descuidan las dinmicas elctricas de los amplificadores de motor y de potencia, el sistema de poleas agrupado se puede modelar como el sistema de primer orden

donde Jlumped es el momento de inercia agrupado, mlumped es el coeficiente de friccin agrupado, v es la velocidad angular del motor, y u es el par del motor mandado. Mediante la identificacin de Jlumped y mlumped para tres combinaciones diferentes de poleas ms el motor, es posible determinar KT y Jrotor, as como confirmar la inercia de la polea agrupando lo dicho por el modelo CAD. Por cada lado del robot, las tres combinaciones de polea de la Figura 9 (a) se utilizan para el camino de la pierna de ngulo, mientras que las tres combinaciones de polea de la Figura 9 (b) se utilizan para la ruta de la pierna-forma.

Factor de correccin de par del motor y el factor de correccin de inercia Los experimentos de ngulo de la pierna de identificacin se realizan sucesivamente en el motor de la pierna de ngulo en combinacin con uno, tres, y cinco poleas como se muestra en la Figura 9 (a). Los experimentos de la pierna en forma de identificacin se realizan sucesivamente en el motor de la pierna donde en combinacin con uno, tres, y cinco poleas como se muestra en la Figura 9 (b). Los momentos de inercia concentrados de cada combinacin, incluyendo las contribuciones de los cables se pueden expresar como

donde i denota nmero de experimento, Jrotor es la inercia del rotor del motor, la polea es el momento agrupado de inercia de la combinacin de la polea para el experimento i, que se obtiene mediante la combinacin de las inercias de las poleas mostradas en la Tabla 3 con las relaciones de transmisin entre las poleas tomadas en cuenta, y Jcable, I es el momento de inercia cable agrupado, calculado a partir de la masa del cable por unidad de longitud y la longitud del cable, con relaciones de transmisin teniendo en cuenta Dejar Jrotor, el cual denota el valor de la inercia del rotor suministrado por el fabricante, se define el factor de escala por arotor que tratamos de estimar. De una manera similar, se define el atorque factor de escala para el motor por Donde KT,man es el valor de la constante de par motor suministrado por el fabricante y KT es la verdadera constante de par motor. En cada experimento, el par motor ordenado se calcula multiplicando la corriente mandada por el amplificador de potencia por KT, man, Como se ilustra en la Figura 10, se deduce que la funcin de transferencia del par motor mandado a la velocidad angular medida del motor es un mltiplo escalar de (8). Por lo tanto, el momento de inercia de los experimentos est relacionada con el momento de inercia de (9) por

Donde Jexp, i es el momento de inercia agrupado estimado sobre la base del experimento. Tres momentos de estimaciones de inercia, denotados por Jexp, 1, Jexp, 2 y Jexp, 3, respectivamente, se obtiene a partir de cada uno de los experimentos de la pierna-forma y la pierna en ngulo recto.

Arreglar las ecuaciones para cada conjunto de experimentos en forma matricial da

Sobre la base de los valores de la Tabla 4, el par y el rotor se calculan (14). Los valores estimados se enumeran en la Tabla 5, junto con los sesgos de motor. Los factores de escala arotor indican que las inercias del rotor reales de los motores forman la pierna donde se encuentra dentro del 7% del fabricante de los valores reportados, mientras que las inercias del rotor de los motores de la pierna de ngulo son 25% menos que los valores reportados del fabricante. Los factores atorque de los motores de la pierna de ngulo en los lados izquierdo y derecho del robot escala difieren en menos de 5%.

En particular, los motores de diferentes caractersticas para los lados izquierdos y derecho del robot eran necesarios cuando uno de los motores fall temprano en el proceso de construccin y se sustituy por un motor de un prototipo anterior. Tambin observamos que los sesgos de motor, que varan en magnitud desde 0,002 hasta 0,107 Nm, son pequeos en comparacin con los pares que se esperan en los experimentos de senderismo, que pueden exceder 2 Nm para el ngulo de la pierna y 8 Nm de forma de la pierna [9]. Para el resto de este artculo, la constante de par del motor se calcula

Pierna y el torso PARMETROSTLinks altos y Shin

El muslo y espinilla enlaces de las piernas son accionados por el par transmitido a travs de la transmisin, como se muestra en las figuras 3 (b) y 8. La masa total, centro de masa, y la inercia de cada enlace se supone conocen a partir del modelo CAD; sus valores se dan en la Tabla 6. Se supone que los valores de las constantes de par motor y las inercias del rotor estimados para la transmisin donde Los coeficientes de friccin pueden diferir de los valores estimados para la transmisin, sin embargo, esto es debido a que las articulaciones de la cadera y de la rodilla estn accionadas. En esta seccin, el torso sigue siendo fijo con respecto al bastidor mundo y la posicin de la BSpring polea se fija, as, la eliminacin de cumplimiento de la foto, con el torso fija, los lados izquierdos y derecho del robot estn, en principio, desacoplados; En la prctica, algunos de acoplamiento de la vibracin de un lado a otro se producen porque el banco de pruebas no es perfectamente rgido, pero este acoplamiento se ignora.

La eleccin de las coordenadas es el modelo dinmico para cada lado donde se puede escribir en la forma

La cual es la matriz de inercia, matriz de Coriolis, y el vector de gravedad, respectivamente. Por otra parte, u es el vector de parmetros mecnicos del modelo CAD, los factores de correccin de inercia del rotor son de la Tabla 5, y el vector de GQ de las fuerzas generalizadas que actan sobre el robot, que consiste en el par motor y la friccin viscosa, est dada por

Donde los coeficientes de friccin MMLA y MMLS son a estimar.

Se realizan dos tipos de experimento, de entrada nica, una sola salida (SISO) y mltiples entradas y mltiples salidas (MIMO). Cada experimento se lleva a cabo en una pierna a la vez. En los experimentos SISO, un grado de libertad es accionado y conectado, ya sea qmLS o qmLA, mientras que el otro grado de libertad est bloqueado mecnicamente. En el experimento de MIMO, ambos qmLS y qmLA se activan y se registran. El objetivo de la ISO experimentos es para estimar los parmetros de friccin en (16). El objetivo del experimento en MIMO es validar el modelo (15), con los parmetros obtenidos a partir del experimento SISO. El par del motor mandado es una seal modificada chip ms un constante offset, similar a los experimentos de identificacin de transmisin. La magnitud y el desplazamiento de la seal de entrada debe ser seleccionada para mantener todos los enlaces dentro del espacio de trabajo del robot.

Con todos los parmetros en el modelo (15) especificado, la respuesta del sistema es dada por la entrada utilizada en los experimentos donde se puedan simular, como se muestra en la Figura 12. Los parmetros de friccin m se estiman minimizando la funcin de coste

Donde yexp es el vector de datos medidos experimentalmente, ysim es el vector de datos simulado, y m es el vector de coeficientes de friccin viscosa. Como se muestra en la Tabla 7, los valores de m estimada de esta manera son ms grandes que los valores de los experimentos de transmisin pero no muy diferente de esos valores. En las simulaciones MIMO, se observa que las variaciones en el sesgo actuador asumido de 0,1 Nm, que puede ser ignorada cuando las piernas estn apoyando el robot, pueden causar grandes desviaciones en la respuesta del sistema cuando las piernas no estn apoyando el robot. Por lo tanto, para las simulaciones MIMO, en lugar de los valores de sesgo estimados a partir de la identificacin de transmisin, se utilizan los valores que minimizan la funcin de coste

Donde yexp es el vector de datos medidos experimentalmente, ysim es el vector de datos simulados, y b es el vector de polarizacin. Las comparaciones entre los resultados simulados y experimentales se presentan en las figuras 13 y 14. Todas las cifras muestran QLS y Qla computados desde qmLS y qmLA porque el cuerpo coordina QLS y Qla son fciles de interpretar que las posiciones del motor. Se hace hincapi en que los parmetros son tanto de los experimentos de identificacin de transmisin o el modelo de CAD, con dos excepciones, a saber, la friccin se estima en los experimentos de SISO (17) y se utiliza en los experimentos MIMO; en los experimentos MIMO, los sesgos del motor estn sintonizados por (18). En los experimentos SISO, la raz cuadrada media (RMS) de error vara desde 0,69 hasta 1,1 , mientras que para los experimentos MIMO, el error RMS vara desde 0,72 hasta 1,42 . Estos errores pueden surgir de varias fuentes.

TORSOEl torso representa aproximadamente 41 kg de la masa total del robot que es de 65 KG. En consecuencia, la masa y la inercia del torso afectan fuertemente a la dinmica del robot. En principio, la inercia y la masa es distribuidaen proporcin al torso que puede ser validadamediante el bloqueo de las patas en una posicin fija y el uso de los motores de la pierna de ngulo a oscilar el torso. Los intentos de ejecutar este experimento en el banco de pruebas fallaron, ya que el movimiento del torso siempre se traduce a las piernas. Por lo tanto, en lugar de identificacin dinmica del torso, los experimentos de equilibrio esttico se utilizan para validar las estimaciones del modelo CAD. En los primeros experimentos, el robot no est limitado, el uso de controladores PD locales, mandamos una orden donde la pierna derecha se extiende ms de la pierna izquierda, el robot se equilibra luego con la mano en la pierna derecha. El saldo del robot se mantiene con la presin del dedo mnimo de uno de los experimentadores. Una vez que el robot est en una postura equilibrada, se registran los datos de posicin conjuntas. Muchas posturas diferentes son equilibrados y conectado. A partir de los datos registrados, se calcula la posicin del centro de masa del robot incluyendo el boom horizontal, y verificamos que el centro calculado de masa se encuentra por encima del dedo del pie de apoyo. En una segunda serie de experimentos, la posicin de la articulacin de la cadera es fija, con las patas que cuelgan por debajo del robot y por encima del suelo, y con el robot sin alimentacin. El torso se equilibra con la mano en la posicin vertical. A continuacin, calcular la posicin del centro de masa del robot sin la pluma y comprobamos que el centro de masa se alinea sobre la articulacin de la cadera. Utilizamos diez posturas diferentes para el primer experimento y siete posturas diferentes para el segundo experimento. La Figura 15 (a) muestra la distancia horizontal entre el centro de masa y el dedo del pie de apoyo para el primer experimento, y la Figura 15 (b) muestra la distancia horizontal entre el centro de la masa y la cadera para el segundo experimento. Se observa que el error mximo es de 6 mm, que es insignificante en vista del tamao del robot y teniendo en cuenta que los experimentos se llevan a cabo con el equilibrio manual. Estos experimentos no proveen informacin sobre la posicin vertical del centro de masa.

CUMPLIMIENTOLa rigidez de los muelles que estn en serie con los actuadores de la forma de las piernas se estima por medio de experimentos estticos utilizando los pares del resorte calculado y deflexiones del resorte medido. La magnitud de los pares de conjuntos utilizados en estos experimentos es ms representativo de los pares utilizados en caminar [9]. Bajo estas cargas mayores, los cables en los diferenciales de estiramiento, este cumplimiento tambin se modela.