Nederland bouwt mee aan stabielere looprobots: TUlip

De manier waarop mensen lopen is opvallend robuust, veelzijdig en energie-efficiënt: mensen zijn bestand tegen onverwachte en grote verstoringen en kunnen een breed scala aan loopbewegingen uitvoeren waarbij ze weinig energie verbruiken. Een tweebenige lopende robot die op al deze aspecten goed presteert bestaat nog niet. Sommige robots zijn veelzijdig, anderen zijn weer energie-efficiënt, maar geen enkele tweebenige robot is robuust omdat deze vaak het evenwicht verliezen. Dit gebrek aan prestaties belemmert hun toepasbaarheid in het dagelijks leven. Ook betekent dit dat de grondbeginselen van het lopen nog niet voldoende zijn begrepen.

Maar daar komt snel verandering in. Voor zijn proefschrift ‘Foot placement in robotic bipedal locomotion‘ ontwikkelde dr. Tomas de Boer een robot die je kan duwen zonder te vallen.

Flame
Ze liep heel vlot, zeker voor een robot. Flame, die enkele jaren geleden ontwikkeld werd aan TUDelft, werd meteen een grote hit in de robotica. Maar als je haar een duwtje gaf, verloor ze meteen het evenwicht en viel ze op de grond. Nu deelt ze de robotica laboratorium met een (in vele opzichten) verbeterde versie van zichzelf, TUlip: een androïde die kan worden geduwd maar niet zal omvallen.

Onderzoek
Werktuigbouwkundige ingenieur dr. Tomas de Boer, ontwikkelde TUlip tijdens zijn promotie-onderzoek. Hij keek eerst eens goed hoe wij mensen ons evenwicht houden tijdens het lopen en kopieerde deze truc in TUlip.

De voortbeweging van tweebenige robots gaat in essentie over de mogelijkheid om controle te houden over de positie en snelheid van het massamiddelpunt van het lichaam. Dit vereist het controleren van de krachten die werken op het zwaartepunt. De contact-krachten tussen de voet en de grond kunnen tot een bepaalde hoogte gemanipuleerd worden met de gewrichtsdraaimomenten van enkels of door bewegingen van het bovenlichaam, maar worden vooral bepaald door de plaats van de voet ten opzichte van het massamiddelpunt.

De beperkte invloed die bewegingen van de enkelgewrichten en bovenlichaam hebben op de contact-krachten en daarmee op het zwaartepunt wordt het best geïllustreerd wanneer men in evenwicht probeert te blijven op een voet, zonder een stap te nemen. Bij een lichte verstoring verliest men al snel het evenwicht en moet men maatregelen treffen (zoals een stap zetten) om niet te vallen. Hieruit blijkt dat het gebalanceerd lopen afhankelijk is van een adequate controle op het plaatsen van de voeten (dat wil zeggen, de locatie en timing). Dit is dan ook de belangrijkste focus in het promotie-onderzoek van Tomas de Boer.

De focus op de plaatsing van de voeten van robots is vernieuwend en anders dan andere populaire benaderingen in de robotica. Op basis van dit idee heeft Tomas de Boer strategieën ontwikkeld die zorgen voor een evenwichtige manier van lopen bij robots.

De Boer gelooft in een mooie toekomst voor evenwichtige tweevoetige robots vooral omdat ze veel praktischer zijn dan robots op wielen, die alleen maar op vlakke terreinen gebruikt kunnen worden.

TUlip robot
TUlip is een grote autonome humanoïde robot (1,30 m, 19kg) met 17 vrijheidsgraden (DOF) die elektrisch worden aangedreven. Het is ontworpen met een breed scala aan bewegingen in de gewrichten van het onderlichaam. In vergelijking met zijn voorganger Flame is deze robot veel stabieler.

Lees hier de specificaties van de TUlip robot.

Zie de kwalificatie video voor het robotvoetbaltoernooi in Istanbul in 2011:

Voor meer informatie over het team achter de robot en allerlei andere updates zie dutchrobotics.net.

Zie ook een slideshow van de robot. Klik voor hoge resolutie plaatjes:
[Gallery not found]