Algoritmi di stabilizzazione della camminata di robot umanoide

Lo studio della stabilità nella robotica umanoide è uno degli argomenti di ricerca più diffusi. Principalmente gli algoritmi per ottenere camminate stabili si possono suddividere in due categorie: camminata statiche, cioè il robot in ogni istante è sempre in condizione di stabilità; camminate dinamiche, cioè il robot transita da una posizione stabile ad un altra attraverso un transitario in cui il robot non è stabile. Il primo approccio è quello più semplice e più facilmente realizzabile. Il secondo, invece, si basa sulla formulazione di modelli fisici del robot, per cui è più complesso ma offre prestazioni, in termini di fluidità e velocità della camminata, superiore al primo. In questa tesi il problema della stabilità è stato risolto attraverso l’impiego di sensori di inerzia: giroscopi e accelerometri. I giroscopi permettono di valutare la velocità angolare di rotazione, mentre gli accelerometri rilevano l’accelerazione a cui è sottoposto il robot. In particolare si sono utilizzati due giroscopi ad una asse, e due accelerometri a doppio asse. La prima parte della tesi si occupa di capire in che modo poter utilizzare i sensori inerziali. I giroscopi vengo usati per calcolare l’orientazione del robot, attraverso un algoritmo di integration strapdown. L’orientazione viene rappresentata attraverso l’impiego dei coseni direttori. Una volta nota l’orientazione `e possibile calcolare l’inclinazione del robot, naturalmente rispetto la verticale. Gli accelerometri come si è già detto, misurano l’accelerazione, quindi anche l’accelerazione di gravità. Sfruttando questa proprietà è possibile utilizzare tali sensori come inclinometri, e quindi derivare l’inclinazione del robot, sempre rispetto la verticale. Naturalmente questo è possibile solo se il robot è fermo. Per questa tesi si è poi scelto di implementare una camminata parametrica, cioè basata su una traiettoria predefinita per i piedi, dalla quale attraverso la cinematica inversa, ricavare la traiettoria delle gambe del robot. Per quanto riguarda il problema della stabilità si è implementato un controllore in retroazione che corregge la posizione del robot sulla base dei dati dell’assetto ottenuti sfruttando i sensori inerziali. Alla fine si sono realizzati dei semplici test per la verifica degli algoritmi realizzati. Prima si testerà il sistema di calcolo dell’orientazione. Quindi si andrà a testare il controllore della camminata verificando che risponda in modo corretto alle sollecitazioni esterne.