Design of the Control Software for a Biped Robot = 두발 보행 로보트 제어를 위한 소프트웨어 설계

국문 초록 (Abstract)

인간의 발목 관절의 특성을 모사한 기구적 제약 조건과 스프링으로 구성된 발목 관절을 갖는 두발 로보트의 보행을 다룬다. 본 연구에서 제시되는 순응성 발목 관절을 갖는 로보트는 바닥 면이 고르지 않은 경우에도 발바닥과 바닥 면과의 접촉 상태를 좋게 한다. 이는, 로보트의 무게중심 파악을 위한 발바닥 힘센서 설치를 용이하게 하며, 발목 관절을 구동하기 위한 별도의 모터가 필요 없어 다리의 중량이 가벼워져 로보트의 보행 속도를 증가시키는데 유리하다. 그러나, 발목 관절의 순응성은 원하는 보행 자세를 취할 경우 힘을 낼 수 가 없어 오히려 보행의 장애 요인이 된다. 이를 극복하기 위한 방법인 관성력을 이용한 동적 보행과 허리나 무릎 관절의 자세 교정을 통한 간접적인 발목 관절 구동 법이 본 연구에서 제시된다. 제시된 제어기의 타당성의 검토를 위하여 SD-2 Biped 로보트 (미국 Ohio State Univ. 소재)의 수학적 모델에 대한 시뮬레이션 결과가 제시된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Control of a biped robot which has compliant ankle joints is dealt in this paper. Simulated version of a human ankle joint is built using springs and mechanical constraints, which gives a flexibility of joint and compliance against the touching ground. The biped robot with compliant ankle joints proposed here gives a good contact between its sole and the ground and makes foot landing soft. As a result, installing force sensors for measuring the center of gravity of the biped becomes easier. A motor to drive an ankle joint is not needed which makes legs light. However, the control problem becomes more difficult because the torque of the ankle joint to put the biped in a desired walking gait cannot be provided from the compliant ankle joint. To solve this problem, we proposed a dynamic gait modification method by adjusting the position of a hip joint. Simulation results for the mathematical model of the SD-2 biped in the Ohio State University are given to show the validity of the proposed controller.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction
• 2. The SD-2 Biped Robot
• 2.1 The Structure of the Biped Robot
• 2.2 Walking Gait
• 3. Controller for Compliant Ankle Joint
• 3.1 Controller Structure
• 3.2 Control of the Compliant Ankle joint : frontal plane
• 3.3 Control of the Compliant Ankle joint : sagittal plane
• 4. Simulation Results
• 4.1 Standing
• 4.2 Walking
• 5. Conclusions