HRP-4C Robotermodel

[Dennis2006]

Hi!

Ihr habt ja auch bestimmt schon von dem humanoiden Laufsteg Roboter HRP-4C gehört, gelesen oder gesehen.

Mich interessiert, wie viele andere mit Sicherheit auch, was hinter der schönen Fassade steckt, da ich zur Zeit auch einen humanoiden Roboter in 1,78m Größe am entwickeln bin.

Wenn man sich die Videos auf Youtube ansieht, hört man dass dort Servomotoren zum Einsatz gekommen sind.

39 an der Zahl sollen es sein, wobei 8 davon im Kopf verbaut wurden bei einem Körpergewicht von 43 kg und einer Größe von 1,58m.

Ich frage mich nur, ob Riesen-Servos in den Beinen dieser Belastung stand halten können!

Leider habe ich auch noch kein Fotos gefunden, wo man die Mechanik an sich mal sieht.

Auch beim ASIMO bleibt die Mechanik immer im verborgenem.

Habt ihr noch nähere Infos, Ideen etc.?

Gruß

Dennis

[zeed]

Hallo Dennis,

Youtube ist bei sowas oft eine Goldgrube. Die folgenden 3 Teile eines Videos zeigen die Entwicklung des koreanischen Roboters HUBO (KHR3), mit jeder Menge "Innereien":

http://www.youtube.com/watch?v=PtS1k20GlrY
http://www.youtube.com/watch?v=uN0WG_P0OIo
http://www.youtube.com/watch?v=Sez2b18zfJg

Wenn du dort noch ein wenig weiter nach HUBO und/oder KHR-3 suchst, findest du sicher noch mehr. Hier z.B. was sehr aktuelles vom Januar:
http://www.youtube.com/watch?v=IJQ8GZ6kRgo

Ich erinnere ich auch noch an einen anderen Roboter, der mehrere Servos in den Beinen hat, welche über Gummiketten mit den Gelenken verbunden sind... weiß jetzt leider nicht mehr, welcher das war... vielleicht finde ich das noch wieder.

Schöne Grüße
Stefan

[HannoHupmann]

@Dennis2006 zufälligerweise beschäftigt sich meine Diplomarbeit die ich gerade am Deutschen Luft und Raumfahrtzentrum Institut für Mechatronik und Robotik schreibe genau mit diesem Thema. Daher kann ich dir auch die Frage beantworten. Natürlich sind das keine normalen Modellbau Servos und einzig die Positionsmessung ist zum Modellbauservo gleich. Nur werden in der Industrie Stellmotoren bzw. Motoren die nicht kontinuierlich rotieren bzw. Stellmotoren gemeinhein als Servomotoren bezeichnet, siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Servomotor.

Du hast schon recht die Kräfte die in dem Roboter auftreten sind recht hoch, wir reden da von z.B. 120Nm im Kniegelenk. Um diese Kräfte zu erzeugen werden Motoren verwendet z.B. sowas hier: http://www.robodrive.de/de/produkte/ die natürlich nicht in so einem hübschen Gehäuse sondern in einer Spezialanfertigung verbaut sind (ich glaub da kostet einer nen vierstelligen Betrag). Dazu dann noch ein HarmonicDrive Getriebe und schon bekommt man das a) in den Bauraum unter und b) mit der nötigen Leistung.

Eine antropomorph Gehmaschine (nur Beine keine Arme) kostet in der Entwicklung etwa 80.000-100.000€ (reine Materialkosten vorsichtig geschätzt auf Basis von dem was wir am DLR bauen).
Viel komplexer ist aber die Mathematik die sich hinter dem Laufalgorithmus verbirgt. Um es kurz zu machen: mittels des Zero-Moment-Points und der Inversen Kinematik wird eine Trajektorie generiert die, dann über PID Regler auf die Gelenke gegeben wird (übrigens braucht man für jedes Gelenk zweimal den vollen Satz der PID-Parameter). Für eine saubere Regelstrecke musst natürlich jedes Gelenk mindestens einen Positionsensor besser aber noch einen Kraftsensor obendrein haben. Zusätzlich wird im Fuß einen 6-Achs-Kraft-Momenten-Sensor verwendet. In dem Punkt unterscheiden sich übrigens werder LOLA, Asimo, Wabian, HRP-4C und HUBO von einander. Obs die Jungs vom Bosten Dynamics auch so machen weis ich nicht, von denen hab ich kein Paper gelesen (tja ist halt Militär die veröffentlichen nix).

Den Roboter den Zeed meint müsste Wabian 2R sein (Zahnriemen - keine Gummiketten, wenn wir schon dabei sind).

Nach diesem schnelldurchgang über die humanoiden Roboter und meinem Wissen darum, muss ich deine Aussage selbst einen 1,78m großen humanoiden Roboter zu entwickeln als schlechten Witz abtun. Was du machen kannst ist höchtens eine vergrößerte Version des Robonova bauen und der hat ja nun wirklich wenig mit einem richtigen humanoiden Roboter zu tun. Alles andere... nein.

Aber wenns noch Fragen zum Thema gibt geb ich gerne Auskunft (soweit ich es darf). Wie gesagt ich geb am 5. März meine Diplomarbeit zum Thema: "Dynamiksimulation einer zweibeinigen Gehmaschine und Konzeptentwicklung für einen Roboterfuß" ab.

grüße
Hanno

[zeed]

kann auch sein, dass ich den HUBO 2 in Erinnerung hatte:

http://www.youtube.com/watch?v=V9Gx1sCZjy8

Dort sieht man Zahnriemen am Kniegelenk. Ich vermute mal, um eine gewisse Elastizität am Gelenk zu haben, andererseits mit 2 Motoren für ein Gelenk die Kraft zu erhöhen. Nunja, reine Vermutung eines Softwareentwicklers, der von Hardware so gut wie 0 Ahnung hat (sieht man ja an meinen Gummiketten )
Hanno müsste sowas weit besser wissen.

@Hanno: zu deinem "soweit ich es darf": wirst du die Arbeit veröffentlichen dürfen? Natürlich würde ich einiges nicht verstehen, aber interessant dürfte es trotzdem sein.

Schöne Grüße
Stefan

[Dennis2006]

Hallo,

Vielen Dank zunächsteinmal für die sehr informativen Statements!

Die Videos sind sehr interessant und aufschlussreich. Deine Aussage das YouTube für sowas eine Goldgrube ist, trifft den Nagel auf dem Kopf!

an Hanno:

Natürlich hätte ich auch Interesse an dieser Diplomarbeit

Jedoch muss man sich fragen, wo fängt humanoide Robotik an? Für mich beginnt diese bei der "künstlichen Intelligenz". Damit verbunden ist, dass der Roboter selbst lernen kann und man ihn so nicht ein lebenlang programmieren muss.
Natürlich sind Entwicklungen wie ASIMO & Co. eine andere Dimension, jedoch einen Robonova oder Kondo Roboter in lebensgröße, bietet eine hervorragende Plattform für solch ein Vorhaben! Wir müssen natürlich auf dem Boden der Tatsachen bleiben und auch die finanzielle Seite berücksichtigen. Daher ist eine Kondo Entwickluing in Lebensgröße schon ein Meisterstück für einen privaten Robotikentwickler!

Zu der Kraftangabe von 120 N für das Kniegelenk, erkannt man natürlich schon die geforderte Kraft. Wobei das Kniegelenk sicherlich eines der stärksten Gelenke ist. Wenn man aber nun berücksichtigt, dass es Digitalservos mit 260Ncm gibt, dann ist das doch einen Versuch Wert. Des Weiteren besteht ja auch immer noch die Möglichkeit eine solche Kraft zu verstärken!

Die angesprochenen Schrittmotoren haben natürlich den Vorteil des geringeren Stromverbrauches. Jedoch müssen diese nach jedem Start referenziert werden, wenn keine Wegmesssysteme zum Einsatz kommen.

[HannoHupmann]

@zeed ich werd mal fragen in wie weit die Diplomarbeit unter Verschluss bleiben muss, sonst stell ich sie vielleicht tatsächlich zur Verfügung oder zumindest Auszugsweise, den manches ist nicht so wahnsinnig interessant für nen Aussenstehenden.

@Dennis2006. Gut ich hab mich rein auf die Hardware bezogen. Die ist sogesehen humanoid oder antropomorph. Da gibt es natürlich Variationen (ob mit oder ohne Armen und mit Gesicht oder ohne usw.). Jetzt zum Thema KI auf die du anspielst. Genau diese Frage hab ich letzten auch ein paar unserer Wissenschaftlern gestellt. Warum soviel Mühe machen mit Mathematik und nicht das System selbst lernen lassen. Die ebenso schlichte wie eindeutige Antwort war: Weil es zu kompliziert ist! Mit einem Freiheitsgrad oder lassen wir es 5 sein kann ein System selbstlernend die besten Parameter finden. Ein Humanoider Roboter in der einfachsten Konfiguration hat mehr als 12 Gelenke und damit mindesten 36 Freiheitsgrade, eher mehr, Parameter die das System selbst erlernen müsste. Man hätte also eine Konstrukt mit 36Dimensionen (kurze erklährung dazur: das Kartesische Koordinatensystem hat 3Dimensioen bzw. x, y, z, Parameter, ein 36 Dimensionaler Raum hätte eben, x1, x2, x3, ... , x36 Parameter und daraus soll nun der Punkt gefunden werden der fürs Laufen optimal ist .... ähm ja. Wer es schafft sich einen 36 Dimensionalen Raum vorzustellen schafft vielleicht auch die Lösung dieser Aufgabe).

Meine Kraftangabe waren 120Nm !!! Newton Meter nicht wie deine 260 Newton Zentimeter. Faktor 50 mehr als der Modellbauservo. Diese Angabe bezieht sich übrigens auf eine sehr leichte Gehmaschine ohne Oberkörper, wenn man den noch dazu hat wirds wohl um die 200Nm werden.

Falls du die RoboDrive Motoren meinst, japp das müssen sie, aber das geschieht beim ersten aktivieren der Motoren automatisch. Ich glaub ich hab mal was gehört von 6A bei 42V die so ein Motor schluckt, aber davon hat man ja 12 Stück also kannst du dir ausdenken wieviel Strom da bei Volllast durchläuft (Bemerkung: richtig nicht alle Motoren laufen immer unter Volllast).

Leider ist das Standardwerk zum Thema in Deutschland nur schwer zu bekommen: "Humanoide Roboter: Theorie und Technik des Künstlichen Menschen" von Kajita Shuji. In dem wird eigentlich so ziemlich alles mal kurz erklärt wie antropomorphe Roboter funktioneren (ist aber ein Fachbuch). Mister Kajita Shuji ist übrigens der Mitentwickler des HRP-4C und einer der führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet (wenn nicht der wichtigste).

Also ich tu deine Idee immernoch als unmöglich ab und das ist nun keine Aufforderung mir das Gegenteil zu beweisen.

Ich würde dir empfehlen einen Robo Nova o.ä. zu kaufen und darauf zu versuchen deine KI Algorithmen auszuprobieren. Wobei es vermutlich besser wäre noch einfach anzufangen, z.B. bei einem einfachen Regelkreis, der selbstlernend ist.

Ich möchte hier auch nochmal kurz auf den Unterschied zwischen RoboNova und Asima (und Co) eingehen. Natürlich läuft bzw. geht der RoboNova. Aber es ist mehr ein watscheln und kann nur begrenzt beschleunigt werden und funktioniert nur in dieser Größenordnung. Will man einen Roboter mit mehr als 1m Größe fürchte ich geht es mit den oben genannten Problemen richtig los. Alles drunter ist Hobbytechnisch vielleicht sogar machbar.

[Dennis2006]

Hi!

Ohh, die Nm Angabe habe ich dann falsch interpretiert...

Allerdings habe ich ja schon eine40cm Ausgabe vom Kondo KHR-1 gebaut. Das hat auch auf anhieb so gut funktioneirt, dass ich direkt mit der Programmierung beginnenn konnte, allerdings wurde es dann mit dem InterfaceBoard, dem Servocontroller, das X- und Y- Accentiometer, dem Lageerkennungssensor (0 - 180°) und der SPracherkennungsplatine dann langsam ziehmlich eng auf der Chassis. Daher auch die ENtscheidung für ein größeres Projekt....

[uwe.arzt]

Hi,

es kommt natürlich auch auf die Ansprüche an . Ich denke mit Asimo mitstinken ist ausser Reichweite, aber einfaches statisches Gehen sollte machbar sein.

Schaut euch mal

http://androidworld.com/prod10.htm

an. Da hat es ganz ordentliche Teile von Einzelpersonen bei...

:q! Uwe

[zeed]

Hi,

danke für den Link, Uwe.
Da kann ich nur sagen: wow!
Wenn man sich das Video vom 9. Roboter des James Bruton anschaut, und bedenkt dass er das alleine macht...

http://www.youtube.com/watch?v=A7-_s8WtQ_Q

Sehr beeindruckend. Mit einem beweglichen Becken würde er wahrscheinlich weniger stark hin und her schaukeln, aber das ist wohl noch ein Problem der meisten humanoiden Roboter. Ich werde sicherlich noch einiges Lernen können beim Durchstöbern der Seite.

[uwe.arzt]

Und noch ein Buch (Dissertation) zum Thema:

http://www.amazon.de/Design-Humanoid.../dp/3867271208

beim Verlag auch in elektronischer Form erhältlich

:q! Uwe