Back to the SLIP Hopper page

Abstract

The complex musculoskeletal system of a running animal on horizontal surfaces act essentially like a simple pogo stick, and can be modeled as a hopping spring-mass model known as the Spring-loaded Inverted Pendulum (SLIP) model. The SLIP model has been extensively used as a reduced-order model in analysis and control of running legged robots. By contrast, the SLIP model itself has never been implemented in a robot and validated experimentally. This thesis addresses the development and validation of a robotic SLIP, a planar one-legged hopping robot with only one actuator. A feasibility study was performed using numerical simulation. The experimental platform was designed and built based on SLIP-model features. A hopping controller that conceptually reproduced the self-stability property of the SLIP model was implemented. Running was achieved at 6.7 leg lengths per second, which is, to date, the fastest dimension-less speed for a single-legged robot. Simulation and experimental data demonstrated periodic and robust stability. The SLIP model was qualitatively validated for a particular gait in simulation and experimentation.

Résumé

Le système musculo-squelettique des animaux pouvant courir sur des surfaces horizontales est comparable à un simple « bâton pogo » et par le fait même peut être modélisé en utilisant un modèle connu sous le nom de « Spring-loaded Inverted Pendulums » (SLIP). Le modèle SLIP est très répandu comme modèle d'ordre réduit pour l'analyse et le contrôle des robots coureurs à pattes. Cependant, le modèle SLIP n'a jamais été implémenté sur un robot ni validé expérimentalement. La problématique couverte par cette thèse concerne le développement d'un SLIP robotique ou plus précisément, d'un robot planaire à une jambe possédant et un seul moteur. Une étude de faisabilité à été effectué en utilisant une simulation numérique. Le design et la construction de la plate-forme expérimentale ont été directement inspirés des caractéristiques du modèle SLIP. Un contrôleur reproduisant conceptuellement la propriété de stabilité intrinsèque au modèle SLIP a été implémentée. Une course d'une vitesse de 6.7 longueur de jambe par seconde a été produite, ce qui est, à ce jour, la plus grande vitesse non-dimensionelle atteinte par un robot à une jambe. La stabilité périodique et robuste du système à été démontrée en simulation et par les données expérimentales Finalement, le modèle SLIP a été validé de façon qualitative pour une marche spécifique en utilisant une simulation et aussi par une démarche expérimentale.