Нога робота с плетеными пневматическим приводами

ПЕРЕВОДИМ_Оглавление

Оглавление

Благодарности

Аннотация

Глава I. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Background

1.2 Purpose and Overview

Глава II. Braided Pneumatic Actuators

2.1 Physical Characteristics

2.2 Geometric and Static Model

2.3 Static Model Verification

2.4 Dynamic Model

Глава III. Simulation

3.1 Simulation Overview

3.2 Equations of Motion

3.3 Valve Model

3.4 Dynamic Model Verification

Глава IV. Robot Hardware

4.1 System Overview

4.2 Leg Design

4.3 Valves

4.4 Force Sensors

4.5 Angle Sensors

Глава V. Control

5.1 Control Architecture and Control Laws

5.2 Control Program

5.3 Inverse Kinematics

Глава VI. Results and Discussion

6.1 Desired Walking Behavior

6.2 Tuning

6.3 Walking Results

6.4 Robot Limitations

6.5 Derivative Control

Глава VII. Conclusion

7.1 It Walks!

7.2 Semi-Observed Speculation

7.3 Future work

---

Приложение A: Simulation Code

A.1 Actuator.cpp

Приложение B: Controller Code

B.1 Control.cpp

B.2 Def.h

B.3 Hardware.cpp

B.4 Predict.dat

B.5 Gain.dat

Приложение C: Robot Hardware

C.1 Strain Gage Amplifier

C.2 Wiring

C.3 Mechanical Drawings

Литература

---

Список таблиц

Таблица 4.1 : Transducer sensitivity and error

Таблица 6.1 : Joint range of motion

Таблица 6.2 : Time parameters for walking motion

Таблица 6.3 : Walking motion control gains

Таблица 6.4 : Passivity and average duty cycles of each valve

---

Список иллюстраций

Иллюстрация 1.1 : Dimensionless force-length properties of actuators and biological muscles

Иллюстрация 2.1 : Photograph of inflated and uninflated actuators

Иллюстрация 2.2 : Actuator dimensions

Иллюстрация 2.3 : Geometric schematic of actuators

Иллюстрация 2.4 : Mesh geometry

Иллюстрация 2.5 : Revised actuator geometry schematic

Иллюстрация 2.6 : Pressure, Length, Force, Stiffness Relationship for a BPA

Иллюстрация 2.7 : Static model verification schematic

Иллюстрация 2.8 : Plot of Force vs. Length for a BPA with constant internal mass of air

Иллюстрация 2.9 : Pressure Increase vs. Length – constant mass system

Иллюстрация 2.10 : Plot of Force vs. Length – constant air mass – Exp. vs. Theor. results

Иллюстрация 2.11 : Plot of Effectiveness vs. Pressure

Иллюстрация 2.12 : Plot of Force vs. Length – Exp. vs. Theor. Results – (effectiveness)

Иллюстрация 2.13 : Plot of Force vs. Length – Constant Pressure System

Иллюстрация 2.14 : Dynamic model schematic

Иллюстрация 3.1 : Simulation overview schematic

Иллюстрация 3.2 : Detailed simulation schematic

Иллюстрация 3.3 : Actuator equation of motion schematic

Иллюстрация 3.4 : Flow curve for Matrix 758 3-way valve

Иллюстрация 3.5 : Dynamic model verification schematic

Иллюстрация 3.6 : Length vs. Time – 60 psi constant mass – 6 lb load - measured

Иллюстрация 3.7 : Length vs. Time – 60 psi constant mass – 6 lb load - simulation

Иллюстрация 3.8 : Length vs. Time – 80 psi constant mass – 11 lb load - measured

Иллюстрация 3.9 : Length vs. Time – 80 psi constant mass – 11 lb load - simulation

Иллюстрация 3.10 : Length vs. Time – 60 psi constant mass – 11 lb load - measured

Иллюстрация 3.11 : Length vs. Time – 60 psi constant mass – 11 lb load - simulation

Иллюстрация 3.12 : PWM valve model verification schematic

Иллюстрация 3.13 : Commanded vs. Actual duty cycles – Matrix 758 3-way valve

Иллюстрация 3.14 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 5 lb load - measured

Иллюстрация 3.15 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 5 lb load - simulation

Иллюстрация 3.16 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 1 lb load - measured

Иллюстрация 3.17 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 1 lb load - simulation

Иллюстрация 3.18 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 15 lb load - measured

Иллюстрация 3.19 : Length vs. Time – 100 psi - 25 Hz, 50% PWM – 15 lb load - simulation

Иллюстрация 3.20 : Length vs. Time – 100 psi - 50 Hz, 50% PWM – 1 lb load - measured

Иллюстрация 3.21 : Length vs. Time – 100 psi - 50 Hz, 50% PWM – 1 lb load - simulation

Иллюстрация 3.22 : Length vs. Time – 100 psi - 50 Hz, 50% PWM – 5 lb load - measured

Иллюстрация 3.23 : Length vs. Time – 100 psi - 50 Hz, 50% PWM – 5 lb load - simulation

Иллюстрация 4.1 : Robot hardware schematic

Иллюстрация 4.2 : Photograph of robot

Иллюстрация 4.3 : CAD model and photograph of robot leg

Иллюстрация 4.4 : CAD model and photograph of hip translational joint

Иллюстрация 4.5 : CAD model and photograph of hip rotational joint

Иллюстрация 4.6 : Schematic of inlet valve

Иллюстрация 4.7 : Schematic of exhaust valve

Иллюстрация 4.8 : Current vs. time for inlet valve

Иллюстрация 4.9 : Current vs. time for exhaust valve

Иллюстрация 4.10 : Force sensor classic analysis schematic

Иллюстрация 4.11 : Force sensor FEA results

Иллюстрация 4.12 : Photograph of force sensors

Иллюстрация 4.13 : Photograph of strain gage amplifier

Иллюстрация 4.14 : Transducer calibration plot

Иллюстрация 4.15 : Photograph of completed force measurement system

Иллюстрация 4.16 : Photograph of completed angle measurement systems

Иллюстрация 5.1 : Labeled schematic of a joint

Иллюстрация 5.2 : Block diagram of the control algorithm

Иллюстрация 5.3 : ISR schematic

Иллюстрация 5.4 : Inverse kinematics schematic

Иллюстрация 6.1 : Desired foot positions for walking motion

Иллюстрация 6.2 : Sequential video frames of the leg during walking motion

Иллюстрация 6.3 : Desired and actual x-y foot paths: Test 1

Иллюстрация 6.4 : Desired and actual joint angles vs. time: Test 1

Иллюстрация 6.5 : Actuator force vs. time

Иллюстрация 6.6 : Desired and actual joint stiffness vs. time

Иллюстрация 6.7 : Joint torque vs. time

Иллюстрация 6.8 : Ground reaction forces during walking vs. time

Иллюстрация 6.9 : Trolley motion vs. time

Иллюстрация 6.10 : Hip joint valve duty cycles vs. time

Иллюстрация 6.11 : Knee joint valve duty cycles vs. time

Иллюстрация 6.12 : Desired and actual joint angles vs. time: Test 2

Иллюстрация 6.13 : Desired and actual x-y foot paths: Kicking motion

Иллюстрация 6.14 : Desired and actual joint angles vs. time: Kicking motion

Иллюстрация 6.15 : Calculated angular velocity vs. time

Иллюстрация 6.14 : Desired and actual joint angles vs. time: Derivative control

Иллюстрация 7.1 : Desired and actual x-y foot paths: Angle feedback only

---