Designing Stable Walking Pattern of Quadruped Robot on Uneven Terrain

Abstract

본 논문은 지형정보가 없는 비평탄면을 극복하는 사족 로봇의 안정적인 보행 궤적 설계를목표로 한다. 지형정보를쓰지 않고, 지형파라미터나불확실성을 최소화하기 위한 보행 궤적을 설계하기 위해 비평탄면을 걸을 때 로봇이 당면할 수 있는 문제들을 분석하고, 이를 네발 지지구간, 세발 지지구간으로 나누어 안정적인 보행을 위한 궤적 생성 방법을 설계하였다. 그리고 이 방법의 성능을 입증하기 위해 통나무가 불규칙하게 쌓인 지형 시뮬레이션과 계단, 구덩이, 빗면으로 된 오르막과 내리막을 모두 포함하는 복잡한 지형 시뮬레이션 두가지로 나누어 진행하였고 Stability Margin 을 통한 정적 안정성을 확인하였다. 결과적으로 경사가 심한 지형에서도 Stability Margin 이 벗어난 양이 적고, 대체로 정적 안정을 이루는 것을 확인하였고, 궤적 생성 변수들의 불확실성을 최소화하여 임의의 지형을 잘 걸었다.; The objective of this research is to design a quadruped robot that realizes stable walking without pre-information about the terrain. When a robot walks on an uneven terrain without knowledge about the terrain, it encounters the problems of premature contact and lack of foot contacts of the swinging legs with obstacles. These problems make the robot unstable. It is necessary to detect the states and to decide the adjustment of the robot body. This study assumes that a force sensor is mounted on each foot for collision detection and that an inertial measurement unit sensor is employed to determine the state of the robot. Based on sensor readings, the robot determines the next step trajectory that meets the requirements for static stability. In this study, a stable walking pattern of a quadruped robot on an uneven terrain with random heights is demonstrated. The effectiveness of this method is validated through the simulations for an uneven terrain. The simulation results show that the walking pattern is effectively stable and adaptable to unknown, uneven terrains. That advantages are validated considering the static stability and trajectory adaptation.