미끄러짐을 이용한 이족보행로봇의 방향전환 궤적 생성

Abstract

본 논문에서는 이족보행로봇의 단일 지지 상태에서 미끄러짐을 이용하여 방향전환궤적을 생성하는 방법을 제시한다. 이족보행로봇의 미끄러짐을 이용한 방향전환궤적을 구현하기 위해, 로봇의 움직임과 목표하는 각도 사이의 관계에 대해서 연구하였다. 단일 지지 상태동안 미끄러짐 움직임을 생성하기위해 각충격력과 각운동량의 원리를 이용하여 초기 미끄러짐의 각속도가 발생하는 것을 예측하는 방법을 제안하였고, 발바닥과 지면 사이의 마찰 토크를 구하는 방법과 미끄러짐이 고려된 이족보행로봇의 3D 운동방정식을 구하는 방법을 제안하였다.

미끄러짐을 이용한 방향전환궤적을 생성하여 이족보행로봇이 보행을 한다면, yaw 모멘트가 생성된다. Yaw 모멘트는 단일 지지 상태의 지지 발의 발목을 중심으로 스윙하는 발과 몸의 움직임에 의해 생성된다. 만약 yaw 모멘트가 단일 지지 상태의 발바닥과 지면 사이의 마찰 토크보다 크다면, 지지하고 있는 다리의 발바닥은 회전하며 미끄러지게 된다. 본 논문에서는 단일 지지 상태의 지지 발의 발바닥과 지면사이의 마찰 토크보다 큰 모멘트를 발생시킬 수 있는 이족보행로봇의 궤적 생성방법을 제안한다. 그러나 미끄러짐 동안 발생되는 yaw 모멘트는 로봇의 불안정성을 야기시킨다. 때문에 본 논문에서는 지면과 발바닥 사이에 pitch, roll 방향과 수직방향으로 발생하는 반력을 줄이기 위해 임피던스 제어를 적용하였다.

본 논문의 목표는 이족보행로봇의 방향전환에 대한 개념과 미끄러짐을 이용한 방향전환궤적을 빠르고 부드럽게 생성하는 방법의 이해를 넓히고자 함이다. 제안한 알고리즘의 효과와 성능은 20 자유도 이족보행로봇의 시뮬레이션을 통해 보였다.