2차원 평면상에서 호핑 로봇의 동역학 모델링 및 제어

Abstract

본 논문은 TMIP (Two Mass Inverted Pendulum) 모델의 호핑 로봇을 제안하고, 동역학 해석 및 호핑 로봇을 컨트롤 하기 위한 방법을 제시한다. 호핑 로봇 분야에서 널리 쓰이는 SLIP (Spring Loaded Inverted Pendulum) 모델과는 다르게 제안된 TMIP 모델은 선형 액추에이터를 이용하여 에너지를 증감 시킬 수 있으며, 다리의 점 질량을 추가함으로써 현실적인 모델과의 오차를 줄일 수 있다. 호핑 로봇을 공중에 머무르는 상태와 지면에 머무르는 상태로 나누고, 각각 상태에서의 동역학을 해석하고 요구되는 궤적을 생성한다. 공중에 머무르는 상태에서는 지면과 접촉 시에 이루어야 할 각도를 위한 궤적을 생성하고, 지면에 머무르는 상태에서는 지면과의 충격량을 줄이고 도약 시에 이루어야 할 이륙 각도 및 속도를 위한 궤적을 생성한다. 중력과 외력 보상기를 가진 PD 제어기를 이용하여 생성된 각각의 궤적을 추종하고 시뮬레이션을 통하여 제어 성능을 확인하였다. 또한, 이륙 각도 및 속도를 결정하기 위한 수식적인 방법을 제안하고 그 방법을 이용하여 호핑 로봇에서 중요하게 다뤄야 할 보폭의 크기와 높이를 제어할 수 있고 시뮬레이션을 통하여 그 결과를 확인하였다.