Universiteit Twente

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