• biped
• SEA
• walk
• walking

Abstract
The bipedal locomotion is a field of robotics, which has seen a great development in the last forty years. The studies developed, differ in the structure, the implementation and the static and dynamic stability criteria used to ensure robustness and performance of the system. The use of a compliant structure allows rejecting without any control, a set of disturbances and to exploit the natural frequencies of the system to perform walking at low energy cost.
In this paper, a biped structure compliant is modeled and simulated, free to walk along the sagittal plane and then to make a 2D walk. The structural dimensions of the system, are based on the characteristics of the variable stiffness actuators "CubeBot". The actuation has been modeled as SEA, considering them as a possible application of the above. The model of contact with the ground has been developed with particular attention to realism and computational cost, so that the later results could be realistic. The necessary trajectories for locomotion are developed and analyzed, identifying a set of principal components and studying their possible linear combinations. Then, control laws to reject external lasting step disturbance were developed and to walk on slopes comparing the efficacy and possible real implementability.
The final part of this work 3D bipedal walking was studied, appropriate results to the objectives were obtained. After the hardware implementation we are testing the performancies of the prototype and future experimentations are programmed to validate the theoretic and simulative study.
Sommario
La locomozione bipede è un campo della robotica che ha visto un grande sviluppo negli ultimi quarant’anni. Gli studi sviluppati si differenziano per la struttura utilizzata, l’attuazione e i criteri di stabilità statica e dinamica utilizzati per garantire robustezza e performance al sistema. L’utilizzo di una struttura compliant permette di tagliare senza alcun controllo, una banda di disturbi e di poter sfruttare le frequenze naturali del sistema per effettuare camminate a basso costo energetico.
In questo lavoro si è al principio modellato e simulato un bipede con struttura compliant, libero di camminare lungo il piano sagittale e quindi di effettuare una camminata 2D. Le dimensioni strutturali del sistema, si basano sulle caratteristiche degli attuatori a rigidezza variabile “CubeBot”. L’attuazione invece è stata modellata come SEA considerandoli come una possibile applicazione dei precedenti. Il modello di contatto col suolo è stato sviluppato con particolare attenzione di realismo e di economicità computazionale affinchè i risultati successivi potessero essere realistici. A seguito si sono sviluppate e analizzate traiettorie necessarie alla locomozione, individuandone un set di componenti principali e studiandone le possibili combinazioni lineari. Inoltre sono stati sviluppate leggi di controllo necessari a reiettare disturbi esterni a gradino e duraturi e altre per camminare su piani inclinati confrontandone l’efficacia e la possibile reale implementabilità.
Parte finale di questo lavoro è stato lo studio della camminata 3D del bipede, cui sono stati ottenuti risultati adatti agli obiettivi prefissati. A seguito dell’implementazione hardware si sta attualmente testando il prototipo, e ulteriori sperimenti sono programmati al fine di validare la fase teorica simulativa della tesi.