본 논문에서는 이족 로봇을 위한 가상의 다리에 기반한 보행 모델을 제시한 후, 시뮬레이션을 통하여 제시한 보행 모델의 근본적인 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 운동 특성을 분석한다. 이를 위하여 로봇의 무게 중심과 압력 중심에서의 운동 경로를 사람의 발걸음 운동 패턴과 유사한 임의의 패턴으로 설정하고, 이러한 경로를 따라 보행할 경우에 나타나는 주요 관성 성분 특성을 확인한다. 결과적으로, 이족 보행에서 롤, 피치 및 요 방향으로의 운동은 보행과정에서 생성될 수 있는 자연스러운 현상이며, 이것은 발걸음의 간격, 무게 중심의 위치 및 로봇 몸체의 이동가속도와 밀접한 관계가 있음을 보인다. 또한, 이족보행의 밸런스 관점에서 발의 위치 설정을 위한 경로계획의 중요성을 고찰한다.
본 논문에서는 이족 로봇을 위한 가상의 다리에 기반한 보행 모델을 제시한 후, 시뮬레이션을 통하여 제시한 보행 모델의 근본적인 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 운동 특성을 분석한다. 이를 위하여 로봇의 무게 중심과 압력 중심에서의 운동 경로를 사람의 발걸음 운동 패턴과 유사한 임의의 패턴으로 설정하고, 이러한 경로를 따라 보행할 경우에 나타나는 주요 관성 성분 특성을 확인한다. 결과적으로, 이족 보행에서 롤, 피치 및 요 방향으로의 운동은 보행과정에서 생성될 수 있는 자연스러운 현상이며, 이것은 발걸음의 간격, 무게 중심의 위치 및 로봇 몸체의 이동가속도와 밀접한 관계가 있음을 보인다. 또한, 이족보행의 밸런스 관점에서 발의 위치 설정을 위한 경로계획의 중요성을 고찰한다.
This paper presents a virtual-legged walking model for bipedal robots and analyzes its fundamental RPY(Roll, Pitch, and Yaw) motion effects by simulation. For the purpose of identifying the motion effects of the bipedal walking, we assign some arbitrary trajectories both at the center of mass and at...
This paper presents a virtual-legged walking model for bipedal robots and analyzes its fundamental RPY(Roll, Pitch, and Yaw) motion effects by simulation. For the purpose of identifying the motion effects of the bipedal walking, we assign some arbitrary trajectories both at the center of mass and at the center of pressure of the robot based on human walking. And then we verify the major moments to the roll, pitch, and yaw directions of the robot. As a result, it is shown that those motions are natural in the process of bipedal walking and they are deeply dependent on the step distance, the vertical level of the center of mass, and the acceleration of the robot. The importance of trajectory planning for the footstep location during a bipedal walking is finally addressed in terms of balance.
This paper presents a virtual-legged walking model for bipedal robots and analyzes its fundamental RPY(Roll, Pitch, and Yaw) motion effects by simulation. For the purpose of identifying the motion effects of the bipedal walking, we assign some arbitrary trajectories both at the center of mass and at the center of pressure of the robot based on human walking. And then we verify the major moments to the roll, pitch, and yaw directions of the robot. As a result, it is shown that those motions are natural in the process of bipedal walking and they are deeply dependent on the step distance, the vertical level of the center of mass, and the acceleration of the robot. The importance of trajectory planning for the footstep location during a bipedal walking is finally addressed in terms of balance.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 가상의 이족 보행 모델을 바탕으로 이족 로봇의 보행에서 근본적으로 나타날 수 있는 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 운동 특성을 고찰하였다. 결과적으로, 이족 로봇의 보행에서는 로봇의 무게 중심과 지지발의 상대적인 위치 편차로 인하여 몸체의 회전 효과와 앞뒤/좌우 방향으로의 흔들림이 자연스러운 현상으로서 발생하게 됨을 확인하였다.
본 논문에서는 이족 로봇의 자세 안정화에 미치는 요인을 파악하기 위하여 가상의 두 다리 메커니즘에 의한 이족 로봇의 보행 모델을 제시하고, 이를 바탕으로 이족 보행에서 야기될 수 있는 근본적인 자세 변화 및 이에 따른 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 근본적인 운동 특성을 분석하고자 한다. 일반적으로 작업을 수행하는 상황에서 원하지 않는 로봇 자세의 변화는 로봇 자체의 안전과 주어진 작업의 수행 및 주변 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 이러한 동특성 분석은 보다 자연스러운 이족 로봇의 보행 및 효과적인 작업의 수행을 위하여 활용될 수 있다.
제안 방법
본 논문에서는 이족 보행에 있어서 야기될 수 있는 근본적인 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 운동 특성을 분석하기 위하여 그림1과 같은 인간형 로봇을 그림 2와 같은 두 다리와 몸체 메커니즘으로 근사화하였다.
본 논문에서는 이족 보행에 있어서 야기될 수 있는 근본적인 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 운동 특성을 분석하기 위하여 그림1과 같은 인간형 로봇을 그림 2와 같은 두 다리와 몸체 메커니즘으로 근사화하였다. 이러한 시스템은 무게 중심을 기준으로 가상의 두 다리(VL1 및 VL2)가 연동된 운동 메커니즘으로 볼 수 있기 때문에 그림 3과 같은 보행 메커니즘으로 모델링하였다. 일반적으로, 이족 로봇의 보행에서 하나의 다리는 지지다리가 되어 어떤 피봇(pivot)을 형성하면서 로봇 시스템을 이동하게 하고, 다른 다리는 걸음을 내딛어 다음 순간의 착지를 준비하는 동작을 지속적으로 반복하게 된다.
이족 로봇이 정해진 무게 중심의 운동 경로에 따라 보행하기 위해서는 기본적으로 로봇 발의 위치가 연속적으로 적절히 설정되어야 하는데, 본 논문에서는 표1과 같은 3가지 유형을 고려하였으며, 각각의 경우에 대한 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw) 방향의 운동 특성을 확인하였다.
성능/효과
결과적으로, 그림 5~7로부터 이족 보행에서는 주어진 보행을 달성하기 위하여 설정하게 되는 로봇의 발의 위치에 따라 로봇의 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향으로의 운동 특성이 상당히 달라질 수 있슴을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 가상의 이족 보행 모델을 바탕으로 이족 로봇의 보행에서 근본적으로 나타날 수 있는 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 운동 특성을 고찰하였다. 결과적으로, 이족 로봇의 보행에서는 로봇의 무게 중심과 지지발의 상대적인 위치 편차로 인하여 몸체의 회전 효과와 앞뒤/좌우 방향으로의 흔들림이 자연스러운 현상으로서 발생하게 됨을 확인하였다. 이러한 롤/피치/요 방향으로의 움직임은 적절한 지지발의 위치 설정과 몸체의 수직 축 방향으로의 운동 계획에 의존적이며, 로봇의 이동 가속도와 밀접하게 관련이 있다.
후속연구
이러한 롤/피치/요 방향으로의 움직임은 적절한 지지발의 위치 설정과 몸체의 수직 축 방향으로의 운동 계획에 의존적이며, 로봇의 이동 가속도와 밀접하게 관련이 있다. 따라서 보다 자연스러운 이족 로봇의 보행 및 효과적인 작업 수행을 위해서는 이러한 운동 특성을 바탕으로 한 로봇의 안정된 보행을 위하여 적절히 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 이러한 관점에서, 현재 다양하게 진행되고 있는 로봇 발의 경로 계획에 관한 연구 [10]-[13]는 괄목할 만하며, 폴링(falling)을 고려한 연구 [14]등은 보행 시스템의 안정성과 밀접한 연관이 있기 때문에 매우 흥미있는 분야로 여겨진다.
본 논문에서는 이족 로봇의 자세 안정화에 미치는 요인을 파악하기 위하여 가상의 두 다리 메커니즘에 의한 이족 로봇의 보행 모델을 제시하고, 이를 바탕으로 이족 보행에서 야기될 수 있는 근본적인 자세 변화 및 이에 따른 롤/피치/요(roll/pitch/yaw) 방향의 근본적인 운동 특성을 분석하고자 한다. 일반적으로 작업을 수행하는 상황에서 원하지 않는 로봇 자세의 변화는 로봇 자체의 안전과 주어진 작업의 수행 및 주변 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 이러한 동특성 분석은 보다 자연스러운 이족 로봇의 보행 및 효과적인 작업의 수행을 위하여 활용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인간형 로봇이 이족보행이 되는 이유는?
즉, 이러한 로봇에서 보행 기능은 기본적인 작업 영역이외의 일을 수행하기 위한 추가적인 이동 수단이 된다. 이러한 보행의 관점에서 보면, 인간형 로봇은 두 다리 메커니즘의 연속적인 걸음새 운동을 근간으로 이동 기능을 수행하게 되므로 이족 보행(bipedal walking)이 되는데, 이와 같은 이족 보행에서는 어떤 피봇(pivot)을 형성하면서 로봇의 균형을 잡아야 하고, 원하는 이동 성능을 달성해야 되므로, 특히 이동 상황에서 로봇 자체의 균형을 유지하는 일과 외부의 영향에 의한 자세의 안정화가 중요한 과제가 된다[5]-[7].
WABIAN-2이 능동적인 작업자로서의 역할을 수행하기 위해서 무엇이 요구되는가?
그림 1은 인간형 로봇 중의 하나로서 개발된 WABIAN-2[2]이다. 이 로봇이 능동적인 작업자로서의 역할을 수행하기 위해서는 기본적으로 물체의 조작을 직접적으로 다루는 손과 팔의 협조(hand/arm coordination)가 잘 이루어져야 할 뿐만 아니라, 안정된 보행(stable walking)이 요구된다. 즉, 이러한 로봇에서 보행 기능은 기본적인 작업 영역이외의 일을 수행하기 위한 추가적인 이동 수단이 된다.
이족 로봇의 롤/피치/요 방향으로의 움직임의 특징은?
결과적으로, 이족 로봇의 보행에서는 로봇의 무게 중심과 지지발의 상대적인 위치 편차로 인하여 몸체의 회전 효과와 앞뒤/좌우 방향으로의 흔들림이 자연스렁누 현상으로서 발생하게 됨을 확인하였다. 이러한 롤/피치/요 방향으로의 움직임은 적절한 지지발의 위치 설정과 몸체의 수직 축 방향으로의 운동 계획에 의존적이며, 로봇의 이동 가속도와 밀접하게 관련이 있다. 따라서 보다 자연스렁누 이족 로봇의 보행 및 효과적인 작업 수행을 위해서는 이러한 운동 특성을 바탕으로 한 로봇의 안정된 보행을 위하여 적절히 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
참고문헌 (14)
Y. Sakagami, R. Watanabe, C. Aoyama, S. Matsunaga, N. Higaki, and K, Fujimura, "The intelligent ASIMO: system overview and integration," Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 2478-2483, 2002.
Y. Ogura, H. Aikawa, K. Shimomura, H. Kondo, A. Morishima, H.-O. Lim, and A, Takanishi, "Development of a new humanoid robot, WABIAN-2," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 2478-2483, 2002.
I. W. Park, J.-Y. Kim, J. Lee, and J.-H. Oh, "Mechanical design of humanoid robot platform KHR-3 (KAIST humanoid robot-3: HUBO)," Proc. of IEEERAS Int. Conf. on Humanoid Robots, pp. 321-325, 2005.
I. Mizuuchi, T. Yoshikai, Y. Sodeyama, Y. Nakanishi, A. Miyadera, T. Yamamoto, T. Niemela, M. Hayashi, J. Urata, Y. Namiki, T. Nishino, and M. Inaba, "Development of musculoskeletal humanoid Kotaro," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 82-87, 2006.
M. Vukobratovic and J. Stepaneko, "On the stability of anthropomorphic systems," Mathematical Biosciences, Vol. 15, pp. 1-37, 1972
D. G. E. Hobbelen and M. Wisse, "A disturbance rejection measure for limit cycle walkers: the gait sensitivity norm," IEEE Trans. on Robotics, Vol. 23, Vo, 6, pp. 1213-1224, 2007.
P.-B. Wieber, "Viability and predictive control for safe locomotion," Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 1103-1108, 2008.
T. Sugihara, Y. Nakamura, and H. Inoue, "Realtime humanoid motion generation through ZMP manipulation based on inverted pendulum control," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 1404-1406, 2002.
S. Kajita, F. Kanehiro, K. Kaneko, K. Fujiwara, K. harada, K. Yokoi, and H. Hirukawa, "Biped walking pattern generation by using preview control of zeromoment point," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 1620-1626, 2003.
J. Chestnutt, M. Law, G. Cheung, J. Kuffner, J. Hodgins, and T. Kanade, "Footstep planning for the Honda ASIMO humanoid," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 631-636, 2005.
A. D. Kuo, "Choosing your steps carefully," IEEE Robotics & Automation Magazine, pp. 18-29, June 2007.
H. Diedam, D. Dimitrov, P.-B. Wieber, K. Mombaur, and M. Diehl, "Online walking gait generation with adaptive foot positioning through linear model predictive control," Proc. of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 1121-1126, 2008.
D. L. Wight, E. G. Kubica, and D. W. L. Wang, "Introduction of the foot placement estimator: a dynamic measure of balance for bipedal robotics," Jour. of Computational and Nolinear Dynamics, Vol. 3, Issue 1, January 2008.
S.-K Yun, A. Goswami, and Y. Sakagami, "Safe fall: humanoid robot fall direction change through intelligent stepping and inertia shaping," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 781-787, 2009.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.