Center of Mass Compliance Control of Humanoid using Disturbance Observer

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 지능정보융합학과, 2023. 2. 박재흥.로봇의 작업 환경이 인간의 일상과 점점 가까워짐에 따라, 인간의 안전을 보장할 수 있는 유연 동작 제어 방식들이 연구되어 왔다 특히 휴머노이드 로봇에 있어서는, 인간의 안전을 보장하기 위해 유연 동작을 생성함에 더해 유연 동작 과정에서 로봇 또한 안정적으로 균형을 유지할 수 있어야 한다. 추가로 휴머노이드 로봇이 수행 중인 작업 혹은 환경에 적합할 수 있도록 독립적으로 유연 동작을 생성하고 직관적으로 이를 제한할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 협동 작업을 위한 휴머노이드 로봇의 무게 중심 유연 동작 제어 알고리 즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 상태 관측기와 외란 양성 피드백에 기반한다. 휴머노이드 로봇의 무게 중심 제어 성능 모델에 기반하여 상태 관측기를 설계하였고 이를 통해 무게 중심에 발생한 외란을 관측한다. 관측된 외란은 참조 무게 중심 경로에 양성 피드백되어 휴머노이드 로봇의 유연 동작을 생성한다. 이를 통해 무게 중심 좌표계에서 축 별로 독립적인 유연성을 구현하고 구현된 유연성을 통해 외란에 대응하여 로봇이 균형을 유지할 수 있다. 제안하는 알고 리즘의 성능을 휴머노이드 로봇 DYROS-JET 를 활용한 동역학 시뮬레이션과 실제 로봇 실험을 통해 검증하였다.As the task environment of robots became closer to human , compliant motion control methods that can ensure human safety have been studied. In particular, for the humanoid robot, compliant motion control must also be able to stably maintain the balance In addition, compliant motion control should be able to independently create and intuitively limit the compliance so that compliant motion control can be suitable for the task of humanoid. In this paper, a center of mass (CoM) compliance control algorithm of humanoid robots for collaborative works is proposed. The proposed algorithm is based on the state observer and positive feedback of observed disturbance. With the state observer based on humanoid CoM control performance model, disturbance in each direction can be observed. The positive feedback of disturbances to the reference CoM trajectory enables compliant motion. The main contributions of this algorithm are achieving compliance independently in each axis and maintaining balance against external force. Through dynamic simulations and real robot experiments of Humanoid robot DYROS-JET, the performance of the proposed method was demonstrated.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구 배경 및 동기 1 제 2 절 관련 연구 1 제 3 절 연구의 내용 2 제 4 절 논문의 구성 3 제 2 장 CoM 유연 동작 제어기 4 제 1 절 CoM 제어 성능 모델 4 제 2 절 제어 프레임워크의 흐름도 소개 5 제 3 절 제어 프레임워크의 수학적 모델링 6 제 3 장 동역학 시뮬레이션 9 제 1 절 로봇 및 시뮬레이션 환경 설명 9 제 2 절 CoM 위치 측정 11 제 3 절 유연성 독립 제어 시뮬레이션 12 제 4 절 충돌 외란 시 안정 균형 제어 시뮬레이션 14 제 4 장 실 험 19 제 1 절 로봇 DYROS-JET 설명 19 제 2 절 충돌 외란 시 안정 균형 제어 실험 22 제 3 절 위치 추종 막힘 외란 실험 28 제 5 장 결 론 33 참고문헌 35 Abstract 39석

Dualities in 3d Superconformal Field Theories and the Computation of the Superconformal Index

Doctor본 논문에서는 최근 주목할 만한 발전을 이룬 삼차원 초등각 양자장 이론에서 사이버그 이중성(Seiberg duality)에 대한 내용과 초등각 지표(superconformal index)를 계산하는 방법을 다룬다. 최근 삼차원 천-사이먼스(Chern-Simons) 이론이 주목 받으면서 사차원의 사이버그 이중성과 유사한 이중성 이론을 삼차원에서도 활발하게 연구하게 되었고 로컬라이제이션(localization) 계산 방법의 발전으로 분배함수(partition function)와 초등각 지표와 같은 비섭동적인 물리량을 계산 할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 최근 로컬라이제션 방법을 통해 계산된 초등각 지표의 명시적 공식(explicit formula)를 이용 N=2 삼차원 천-사이먼스 이론의 초등각 지를 계산해 이중성 관계로 제시된 두 이론 쌍들이 같은 결과를 준다는 것을 확인해 추측된 이중성이론에 대한 증거를 제시한다.. 그 다음 주제로 삼차원에서 직교 게이지 군(Orthogonal gauge group)에 대한 사이버그 이중성 이론을 제시하여 분배함수를 계산해 두 이중성 짝 이론이 같은 결과를 주는 것을 확인한다. 제시한 삼차원 직교 게이지 군 이중성 이론에서 초등각 지표를 계산해 각각의 짝 이론이 같은 결과를 주는 것을 확인하고 카이랄 환 (chiral ring)구조를 분석해 두 짝 이론들이 같다는 증거를 제시한다. 마지막 주제로 기존의 삼차원 사이버그 이중성 이론에서 알려저 있지 않던 특수 유니터리 군(special unitary group)에 대한 사이버그 이중성 이론을 제시하고 분석한다. 삼차원에서 게이지 그룹에 U(1) 성분(factor)이 있으면 여기에 연결된(coupled) U(1) 글로벌 대칭있고 이것을 게이징(gauging)하는 것이 U(1) 게이지 성분을 언게이징(ungauging)하는 것에 해당한 다는 사실을 이용한다. 알려진 유니터리 군(unitary group)게이지 이론의 사이버그 대칭에 이 사실을 적용해 특수 유니터니 군의 사이버그 대칭을 제시하고 카이럴 환과 초등각 지표를 계산, 비교해 이 이중성에 대한 증거로 제시한다. 천-사이먼스 이론에 대한 특수 유니터리 군 사이버그 이중성과 게이지 군에 대한 딸림표현(adjoint representation) 물질 장(matter field)를 포함하는 사이버그 이중성을 제시하고 마친가지로 카이럴 환과 초등각 지표를 계산, 비교한다.In this thesis we work out the three dimensional N = 2 superconformal field theories of Seiberg-like dualities. We apply the superconformal index formula to the Chern-Simons matter U(N), Sp(2N) and O(N) gauge theories exhibiting dualities proposed by Giveon and Kutasov. The same results between the Seiberg-like dual pairs provide evidences for the conjectured dualities. We proposed Aharony type duality for orthogonal gauge theories with matters in vector representation. We compute S3 partition functions and superconformal indices of the dual pairs as the evidences of the conjectured duality. We confirm the agreement between the proposed dual pairs. In the last part of the thesis we work out SU(N) gauge theories. We use the SL(2,Z) action about U(1) global symmetries of superconformal field theories, which corresponds to gauging the global U(1) symmetry and ungauging the coupled U(1) gauge symmetry. We apply the action to the topological U(1) global symmetry and obtain Seiberg-like duality for SU(N) gauge theory from the Aharony U(N) duality. For SU(N) gauge theoris, we work out duality of Chern-Simons matter theory and Aharony daulity with an adjoint matter multiplet. For each proposed duality we provide evidences such as chiral ring matching and superconformal index agreement