Contribution to the design optimization of humanoid leg kinematics
Institution:
Versailles-St Quentin en YvelinesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Most of the existing humanoid robots have usual orthogonal leg joint kinematics where all pitch, roll and yaw joints are mutually orthogonal and aligned along lateral, longitudinal and vertical axes of the robot's body, respectively. The hip joint consists of three single DoFs (degree of freedom). Their axes of rotation are mutually orthogonal and constitute Cartesian coordinate frame. Usually, the hip joint axes are successively ordered (from hip to foot) in a standard way for humanoid robots i. E. Hip yaw, hip roll and hip pitch. This research investigates the influence of a different layout and orientation of hip rotation axes. Investigations were carried out on double support motions (knee flexion/extension, knee flexion with articulated spine, knee flexion with additional load in the hands and swaying hips motion) and locomotion (walking forward and turn-in-place). Study was conducted for standard joints order (yaw, roll and pitch). To analyze differences, average power, angle range, magnitude of maximal torque and torque versus angular speed in the different configurations are compared. In all simulations the complete dynamics of the robot was taken into account. This study can help to orient hip axes to achieve better power distribution between hip joint motors and make better motor selection.
Abstract FR:
La plupart des robots humanoïdes qui existent possèdent une cinématique orthogonale de la jambe, où toutes les articulations de tangage, roulis et lacet sont orthogonales deux à deux et alignées respectivement le long des axes latéral, longitudinal et vertical du corps de robot. L'articulation de la hanche est composée de trois degrés de liberté. Leurs axes de rotation sont mutuellement orthogonaux et constituent un référentiel cartésien. Généralement, l’ordre des axes de la hanche est classique dans les robots humanoïdes, c'est-à-dire, de la hanche aux pieds : lacet, roulis et tangage. Les recherches dans le cadre de cette thèse s’intéressent à l’influence d’un changement de l’orientation des axes de rotation au niveau de la hanche. Les études ont été menées dans le cas de mouvements à double support (flexion/extension des genoux, avec ou sans articulation de la colonne vertébrale, avec charge additionnelle dans les mains, et déhanchements) et dans le cas de mouvements de locomotion (marche avant et rotation sur place). Ces études ont été réalisées en considérant un ordre standard des articulations (lacet, roulis et tangage). Afin de comparer les différentes configurations, plusieurs critères ont été utilisés : puissance moyenne, course angulaire, couple maximal, relation vitesse angulaire/couple. Les résultats de cette étude soulignent l’intérêt d’orienter les axes de la hanche différemment afin d’obtenir une meilleure répartition de la puissance mise en jeu et de faciliter la sélection des moteurs à utiliser.