Variable Impedance Control of Bounding Quadruped Robots

Abstract

본 논문은 4족 보행 로봇이 정지상태에서 목표하는 속도까지 가속하여 목표속도를 유지하며 바운딩 동작을 취하는 방법을 제시한다. 4족 보행 로봇이 바운딩하는 과정을 세 구간으로 나누어, 각 구간의 특징에 맞는 바운딩 전략을 제시한다. 그중 가속 구간에서 4족 보행 로봇은 현재 자신의 몸통 중심의 속도를 스스로 인지하며 그에 맞게 가속한다. 이 방법은 가속하는 보행 중에 재튜닝이나 재최적화 혹은 변수값의 수정이 필요 없는, 4족 보행 로봇 스스로가 현재 자신의 상태를 인지하며 가속하는 방법이다. 또 가속하는 과정에서 변화하는 착지 시간에 순응하는 발 궤적 생성 방법을 제안한다. 제안한 궤적으로 보행하는 4족 보행 로봇의 발은 지면과 충돌할 때, 큰 지면 반발력을 발생시킨다. 이때 발생하는 지면 반발력은 4족 보행 로봇의 운동량 변화를 유발해 안정적인 보행을 어렵게 한다. 이를 해결하는 방법으로 가변 임피던스 제어기법을 제안한다. 4족 보행 로봇의 보행 상황을 나누고, 상황에 따라 알맞은 임피던스 제어의 변수값을 선정한다. 가변하는 변수들에 따라, 나뉜 보행 상황에 적응하는 발 궤적의 생성 방법을 소개한다. 가변 임피던스 제어기법과 더불어, 반복적인 바운딩 보행이 이루어 질 수 있도록 하는 피치 제어기법을 제안한다. 마지막으로 제안된 방법은 시뮬레이션을 통해 검증하였고, 4족 보행 로봇이 목표속도로 바운딩 동작을 구현하는 것을 확인하였다.; This paper proposes a method of bounding the quadruped walking robot by accelerating to the target speed from the stationary state. In order to generate the foot trajectory, the process of bounding the robot is divided into three sections. Among them, the robot that starts from the stationary state accelerates by recognizing the center of body speed itself. This method does not require re-tuning or re-optimization during acceleration. this paper propose a trajectory generation method that adapts to the changing fligth phase. A large ground reaction force(GRF) is generated by colliding with the ground on the foot of the robot bounding on the generated trajectory. This GRF generates a momentum change of the robot, which interferes with stable bounding. To solve this problem, use variable impedance control. Depending on the situation, the gain of the impedance paramaters is varied to produce an environmentally adapted foot trajectory. The proposed method is verified by simulation.