Footstep Planning Method for Bipedal Robot

본 발명의 이족보행 로봇을 위한 발걸음 계획 방법에 따르면, 단위 벡터장 항법(univector field navigation method)을 기반으로 하여 매 발걸음마다 가변적 걸음 생성기(modifiable walking pattern generator, MWPG)의 입력(input)인, 보폭, 발의 방향, 걸음 시간과 같은 이족보행 로봇의 걸음에 관한 정보를 포함하고 있는 CS(command state)를 결정하고, 결정된 CS를 만족하기 위한 이족보행 로봇의 모든 다리 관절의 궤적을 생성할 수 있다.또한, 이족보행 로봇의 보행 중 최단 시간, 장애물과 충돌 없는 안정성, 최소 에너지 소비를 위해 단위 벡터장을 진화 알고리즘(evolutionary algorithm)으로 최적화할 수 있다. 아울러 본 발명에 따르면 상기의 궤적의 생성과 진화 알고리즘에 의한 최적화 기법을 이용하여 실시간으로 이족보행 로봇의 발걸음을 계획할 수 있다

System for generating optimal trajectory of robot manipulator that minimized the joint torque variation and method therefor

본 발명은 미분 동적 프로그래밍(differential dynamic programming)을 사용하여 로봇 머니퓰레이터(manipulator) 각 관절의 토크 변화량을 최소화하는 최적 궤적을 생성하는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.본 발명은 로봇 머니퓰레이터 관절의 토크 변화량을 최소화하기 위한 궤적 생성시스템에 있어서, 로봇 머니퓰레이터 관절의 궤적을 생성하기 위한 상기 관절의 시작위치 값과 최종위치 값을 포함하는 입력데이터를 입력받는 입력부(110)와, 입력받는 입력데이터를 통해 각각의 관절각도 값을 산출하는 관절각도 산출부(120)와, 미분 동적 처리부의 초기 설정에 사용될 기준 궤적 정보를 생성하는 기준 궤적 생성부(130)와, 상기 기준 궤적 정보를 초기 설정하고, 각 관절의 토크 변화량을 입력값으로 하며, 관절의 각도, 각속도와 토크를 포함하는 상태값으로부터 각 관절의 위치, 속도 및 입력 토크 값을 산출하는 미분 동적 처리부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다

STABLE BIPEDAL WALKING ROBOT METHOD FOR GENERATING VERTICAL DIRECTION AND THE CENTER OF THE WAIST AND FEET, THE MOVEMENT DIRECTION OF THE FRONT OF THE ROBOT

본 발명은 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법에 관한 것으로, 중앙 패턴 생성기를 이용하여 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적을 도출하고, 이족 보행 로봇의 양발지지 구간의 시간을 도출하여 양발지지 구간의 사간을 조절하는 (a) 단계;를 포함한다.상기와 같은 본 발명에 따르면, 양발지지 구간이 증가하여, 한발지지 구간에서 발생하는 로봇의 흔들림을 상쇄시키고 로봇의 무게중심이 다음 지지발로 더 가까이 이동시킴으로써, 보행시 로봇의 흔들림이 감소하여 이족 보행 로봇이 안정적으로 걷도록 하는 효과가 있다

VERTICAL CENTER OF MASS MOTION GENERATION METHOD USING EVOLUTIONARY OPTIMIZED CENTRAL PATTERN GENERATOR FOR HUMAN-LIKE STABLE BIPEDAL WALKING

본 발명은 안정적인 이족 보행을 위해 진화 최적화된 중앙 패턴 생성기를 이용한 수직 방향의 무게 중심 움직임 생성 방법에 관한 것으로, 진화 최적화된(evolutionary optimized) 중앙 패턴생성기(central pattern generator, CPG)를 이용하여 수직 방향의 무게 중심 움직임을 생성하는 (a) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기와 같은 본 발명에 따르면, 진화 최적화된(evolutionary optimized) 중앙 패턴 생성기(central pattern generator, CPG)를 이용한 수직 방향의 무게 중심(center of mass) 움직임 생성 방법을 이용함으로써, 이족 보행 로봇이 일정한(constant) 무게 중심 높이로 이족 보행하는 것과 비교하여 더 큰 보폭으로 사람처럼 자연스럽게 보행하는 것이 가능하고, CPG의 센서 피드백(sensory feedback)에 의해 외란(disturbance)을 보상하고, 이족 보행 로봇이 진화 최적화된 CPG에 의해 생성된 수직 방향의 무게 중심 궤적으로 보행하는 동안, 가변적 걸음 생성기(modifiable walking pattern generator)에 의해 걸음새를 변경하는 것이 가능한 효과가 있다

Footstep planning based on univector field navigation method for humanoid robot

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학전공, 2009.2, [ vii, 59 p. ]본 논문은 사람의 걸음 방법을 기반으로 한 휴머노이드 로봇이 장애물이 있는 동적인 환경에서 목적지에 도달할 수 있게 하는 발걸음 계획 알고리즘을 제안한다. 차동 주행 모바일 로봇의 경로 계획 방법 중의 하나인 단위벡터장 항법은 매 걸음마다 휴머노이드 로봇의 이동 방향을 결정하기 위해 사용된다. 결정된 이동 방향을 기반으로 정확한 발의 위치가 결정된다. 또한, 장애물의 위치에 따라서 보폭을 조절할 수 있는 알고리즘이 제안된다. 매 걸음마다 결정된 이동 방향과 보폭이 입력된 가변적 걸음 생성기에 의해 로봇의 각 관절의 모든 궤적이 생성된다. 제안된 알고리즘은 avoid-obstacle 단위벡터장에 경계를 설정하고 가상 장애물 개념을 도입함으로써 효과적이고 자연스러운 경로를 생성한다. 게다가, 쌍곡 나선곡선 단위벡터장을 이용하여 로봇이 목적지에 원하는 방향으로 도달하도록 한다. 제안된 알고리즘은 로봇이 최소한의 보폭으로 이동 방향을 유지한 상태로 장애물을 넘을 수 있도록 한다. 또한 장애물이 오직 한쪽 다리 앞에만 있는 상황도 고려한다. 이 경우, 다른 한쪽 다리는 장애물의 위치와 상관없이 발의 위치를 결정하여 장애물을 넘게 된다. 또한, 진화연산에 의해 로봇의 하드웨어적 한계를 고려하여 가장 효과적인 최적화된 경로를 생성한다. 제안된 알고리즘의 성능은 동적인 환경에서 Webot에 의한 HSR-VIII의 모델을 사용하여 모의실험 함으로써 증명되었다.한국과학기술원 : 전기및전자공학전공