Automatic locomotion mode control of wheel-legged robots

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Leppänen, Ilkka
dc.date.accessioned 2012-02-24T08:36:31Z
dc.date.available 2012-02-24T08:36:31Z
dc.date.issued 2007-09-07
dc.identifier.isbn 978-951-22-8878-6
dc.identifier.issn 0783-5477
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/2915
dc.description.abstract Traditional manipulator-type robots are mostly mounted in a fixed position and no locomotion is needed. During the past two decades, robots have slowly moved from factories to more open areas, such as metro stations, hospitals or mines. These mobile robots, called field and service robots, have to move and act on partly closed working sites or in ordinary environments, therefore the significance of their locomotion has increased. The main land locomotion principles, wheeled and legged locomotion, can be combined as hybrid to help find an optimal solution for greatly varying ground conditions. Hybrid locomotion can also be called rolking (rolling-walking). The wheel-legged robot can move using different locomotion modes; it can drive with wheels, rolk (use wheels and legs at the same time) or even walk. In this work, an automatic locomotion mode control for the wheel-legged robot has been developed. The developed locomotion mode control can utilize two locomotion modes, wheeled and rolking, depending on terrain properties. The developed generic solution is valid for wheeled locomotion systems with a 2-dof active suspension system for the wheel. The basis for the automatic locomotion mode control is to measure characteristics of vehicle-terrain interaction, such as energy consumption, slipping and drawbar force of a wheel and terrain parameters, such as terrain slope and roughness. Algorithms for sensing these in real time, utilizing the locomotion system as a sensing system, have been developed. The characteristics of vehicle-terrain interaction and terrain parameters are used as criteria for indicating the functioning of a wheel in wheeled mode and terrain trafficability in rolking mode. These criteria are used to determine if a mode change is required. The criteria are mainly based on sensing forces and energy consumption by utilizing the sensor system used for the locomotion control; a minimum number of additional sensors is needed. The automatic locomotion mode control was successfully implemented and verified in the wheel-legged service robot, WorkPartner. It can use rolking mode on soft terrain or in negotiating obstacles and use wheeled mode for moving faster on flat terrain automatically. In the future, the developed sensing methods can also be used in developing new locomotion modes, such as free gait-based moving in which the motion control switches a single wheel to a different mode, depending on terrain properties. en
dc.description.abstract Perinteiset manipulaattorityyppiset robotit ovat useimmiten kiinnitettyjä tiettyyn paikkaan. Parin viime vuosikymmenen aikana robotteja on alettu hyödyntää tehdasympäristön lisäksi julkisilla paikoilla, kuten metroasemilla, sairaaloissa ja kaivoksissa. Näiden robottien, joita kutsutaan kenttä- ja palveluroboteiksi, pitäisi kyetä liikkumaan ja toimimaan tavallisessa ympäristössä ihmisten keskellä. Pääliikkumisperiaatteet eli pyörä- ja jalkaliikkuminen voidaan yhdistää, jotta saavutettaisiin parempi liikkumiskyky vaihtelevassa maastossa. Yhdistelmäliikkumista voidaan kutsua pyöräkävelyksi (pyöriminen-käveleminen). Jalka-pyörämekanismilla varustettu robotti kykenee liikkumaan eri tavoin: ajamaan pyörillä, pyöräkävelemään tai jopa kävelemään. Tässä työssä on kehitetty jalka-pyörämekanismilla varustetun robotin liikkumismoodin automaattinen vaihto. Moodinvaihto käyttää maastoon parhaiten sopivaa liikkumistapaa. Kehitetty geneerinen ratkaisu toimii liikkumisalustoilla, joissa on kaksidimensionaalinen aktiivinen pyöränripustus. Automaattinen liikkumismoodin vaihto perustuu sekä robotin ja maaston vuorovaikutuksen, kuten energian kulutuksen, luiston ja pyörän tuottaman voiman, että maaston kaltevuuden ja epätasaisuuden reaaliaikaiseen mittaamiseen käyttäen hyväksi robotin liikkumisjärjestelmää. Näitä maaston sekä robotin ja maaston vuorovaikutuksen ominaispiirteitä voidaan käyttää kriteereinä pyöräajossa ilmaisemaan pyörän toimivuutta ja pyöräkävelyssä maaston kuljettavuutta pyöräliikkumista ajatellen. Liikkumistavan vaihto määritetään näiden kriteereiden avulla. Kriteeristö perustuu voiman- ja energiankulutusmittausten hyödyntämiseen käyttäen hyväksi liikkumisjärjestelmän anturisysteemiä siten, että lisäanturointia tarvitaan vähän. Liikkumismoodin automaattinen vaihto on onnistuneesti implementoitu ja testattu jalka-pyörämekanismilla varustetulla WorkPartner-palvelurobotilla. WorkPartner kykenee hyödyntämään liikkumismoodeja automaattisesti siten, että se pyöräkävelee pehmeässä maastossa tai ylittäessään esteitä ja liikkuu pyörillä kovalla tasaisella maalla. Kehitettyjä mittausmetodeja voidaan hyödyntää kehitettäessä tulevaisuudessa uusia liikkumistatapoja, kuten vapaa-askellajiin perustuvaa liikkumista, jossa pyörät voivat olla eri moodissa maaston ominaisuuksista riippuen. fi
dc.format.extent 105
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.relation.ispartofseries Helsinki University of Technology, Automation Technology Laboratory. Series A, Research reports en
dc.relation.ispartofseries 30 en
dc.subject.other Automation en
dc.title Automatic locomotion mode control of wheel-legged robots en
dc.title Jalka-pyörämekanismilla varustetun robotin liikkumismoodin automaattinen vaihto fi
dc.type G4 Monografiaväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.department Department of Automation and Systems Technology en
dc.contributor.department Automaatio- ja systeemitekniikan osasto fi
dc.subject.keyword wheel-legged robot en
dc.subject.keyword rolking en
dc.subject.keyword locomotion mode switching en
dc.subject.keyword jalka-pyörärobotti fi
dc.subject.keyword pyöräkävely fi
dc.subject.keyword liikkumismoodin vaihto fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-010434
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (monografia) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (monograph) en
dc.contributor.lab Automation Technology Laboratory en
dc.contributor.lab Automaatiotekniikan laboratorio fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account