Rondbuikige robot loopt efficiënter dan een breedgeschouderde
Robots leren lopen met minimale inspanning
Een lopende robot loopt het meest efficiënt als het gewicht van zijn
bovenlichaam laag wordt geplaatst. Brede schouders of een groot hoofd
doen het minder goed, al is dat in tegenspraak met de intuïtie. Dat
concludeert promovendus Vincent Duindam in zijn onderzoek aan de
Universiteit Twente. Hij heeft regelmethoden ontwikkeld om lopende
robots zo `zuinig' en natuurlijk mogelijk te laten lopen: lichte
robots die nauwelijks door een motor bijgestuurd hoeven te worden.
Duindam promoveert op 3 maart aan de faculteit Elektrotechniek,
Wiskunde en Informatica.
Met zijn nieuwe modellen kan Duindam berekenen welke loopbeweging het
best past bij een bepaalde constructie van een lopende `tweebenige'
robot zoals de eigen experimentele `Dribbel'-robot (foto). Of,
andersom, kan hij de beste vorm kiezen bij een gewenste loopbeweging
of snelheid. Hij streeft daarbij naar een efficiënte en natuurlijke
loopbeweging: bijsturen met motoren moet zo weinig mogelijk
plaatsvinden. De constructies kunnen variëren van een eenvoudige
`lopende passer' met starre benen tot geavanceerde systemen voorzien
van knie- en andere gewrichten. Er zijn weliswaar al lopende robots
die veel kunnen, maar vaak lopen ze niet erg efficiënt en zijn ze
zwaar. Ook lichte robots hebben enige sturing nodig om robuust en
stabiel te kunnen lopen.
De robot Dribbel wordt aangestuurd vanuit een enkele motor in de
`heup' en is voorzien van kniegewrichten die ook `op slot' gezet
kunnen worden. De loopbeweging: als het voorste been de grond raakt,
krijgt de achterste het signaal: zwaai naar voren. Klik hier voor een
simulatie van de loopbeweging.
Gewicht laag
Om robots beter te laten lopen analyseert Duindam waar de energie
precies langs stroomt in de robot: door de starre mechanische
onderdelen, door gewrichten en in het contact met de grond. Volgens
deze zg. poort-Hamiltoniaanse benadering kan hij het systeem
optimaliseren. Daarbij weegt hij voortdurend mechanische aanpassingen
af tegen regeltechnische oplossingen: is het echt nodig om actief in
te grijpen? Sommige robots kunnen sneller gaan lopen door tijdens het
lopen even massa in de robot te verplaatsen: een energiezuiniger
oplossing dan het sneller laten draaien van de motor. Andere typen
kunnen energie die vrijkomt bij de beweging van een gewricht, elders
in de robot nuttig gebruiken. Of ze kunnen afwijkingen in het
looptraject corrigeren door een handiger plaatsing van de voet.
Opmerkelijke uitkomst is dat een robot die een bovenlijf heeft,
efficiënter loopt als het gewicht van dat bovenlijf zo laag mogelijk
is geplaatst. Intuïtief zou een hoger geplaatst gewicht -een `zwaar
hoofd'- beter werken. Bij een hoog geplaatst gewicht is er minder
energieverlies bij het neerkomen van de voeten op de grond dan bij een
laag gewicht, maar het balanceren van het bovenlichaam kost weer meer
energie. Netto valt een laag gewicht voordeliger uit.
Menselijk lopen
Hoewel een natuurlijke loopbeweging voor een robot anders is dan voor
een mens, geven de modellen van Duindam wel inzicht in de menselijke
loopbeweging. Lopende robots worden bijvoorbeeld al ontwikkeld als
actieve ondersteuning voor mensen die gedeeltelijk verlamd zijn
geraakt. Ook zijn er veel toepassingen in de entertainment-industrie
en wordt gedacht aan toepassing van robots in de gezondheidszorg.
Anders dan bij grote industriële robots, is energieverbruik en gewicht
in al deze toepassingen van groot belang -ook al vanwege de
veiligheid. De methodiek van Duindam helpt bij het ontwikkelen van
deze zuinige robots.
Noot voor de pers
Vincent Duindam (1977, Leiderdorp) promoveert op 3 maart op het
proefschrift `Port-based Modeling and Control of efficient Bipedal
Walking Machines'. Zijn promotoren zijn prof.dr. Stefano Stramigioli
en prof.dr. Job van Amerongen.
Het proefschrift is online in te zien via
http://purl.org/utwente/50829 of in boekvorm te bestellen bij de
vakgroep Control Engineering, www.ce.utwente.nl
Contactpersoon voor de pers: ir. Wiebe van der Veen, tel (053)
4894244, email w.r.vanderveen@utwente.nl
Top
Laatst gewijzigd op 02-03-2006 14:12:06 door Webmaster
Universiteit Twente