비평탄면 보행을 위한 휴머노이드 로봇의 임피던스 제어

Abstract

본 논문에서는 지면이 고르지 않은 비평탄면에서 휴머노이드 로봇이 안정적으로 보행하는 방법을 제안한다. 임피던스 제어를 사용하여 로봇 발바닥과 지면 사이에서 발생하는 충격력을 줄이고, 로봇발의 궤적을 수정하여 로봇이 비평탄면에서도 안전하게 보행 할 수 있도록 한다. 임피던스 제어는 로봇의 발에서 들어오는 힘 정보를 이용하여 지면과 수직한 방향의 발 궤적을 변경시켜 주고, 모멘트 정보를 이용하여 발바닥을 지면에 정확하게 안착시키는 알고리즘을 사용하고 있다. 발바닥이 지면에 접촉할 때 발생하는 충격력을 줄이기 위해 임피던스 제어와 함께 사용한 방법은 발꿈치를 이용한 보행이다. 인간의 경우 보행할 때 발바닥의 충격을 줄이려고 의도하지는 않지만 큰 충격 없이 보행할 수 있다. 하지만 인간의 보행에서 발꿈치를 이용하지 않으면 발을 비롯한 무릎의 충격이 발꿈치를 이용할 때보다 증가하는 것을 확인 할 수 있다. 인간의 보행에서는 발바닥이 지면에 닿을 때 발꿈치를 먼저 접촉한 다음 발목을 이용하여 발바닥이 지면에 순응할 수 있도록 하기 때문이다. 이를 모방하여 발목 각도의 임피던스 제어를 단순히 지면의 형상에 순응하기 위해서 사용하지 않고, 발꿈치를 이용한 보행과 함께 사용함으로써 발바닥과 지면의 접촉 힘을 줄이려고 한다. 그리고 로봇 발이 평평한 구조를 가지고 있기 때문에 문제가 될 수 있는 몇 가지 지면의 형태에 대해 대처하는 알고리즘을 사용하였다. 비평탄면에서 보행 안정성을 검증하기 위해 동역학 프로그램인 RecurDyn에서 12자유도 휴머노이드 로봇으로 시뮬레이터를 구성하였다. 시뮬레이션을 통해 제안된 제어 방법으로 불규칙한 노면에서 로봇이 안정적인 보행을 수행한 것을 보여주고 있다.