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최소저크궤적과 X축-스웨이를 이용한 4족 보행로봇의 안정적 걸음새 연구
Study on Stable Gait Generation of Quadruped Walking Robot Using Minimum-Jerk Trajectory and Body X-axis Sway 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.12 no.2, 2019년, pp.170 - 177  

이동구 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University) ,  신우현 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University) ,  김태정 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University) ,  이정호 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University) ,  이영석 (Dept. Automation System, Seongnam Campus of KOREA Polytechnic) ,  황헌 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University) ,  최선 (Department of Bio-mechatronics Eng., SungKyunKwan University)

초록
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본 논문에서는 4족복 보행 로봇의 주행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론을 제시한다. 첫 번째는 Minimum-Jerk Trajectory를 이용하여 다리궤적을 최적화 시킨다. 두 번째는 본 논문에서 새롭게 제시한 사인파와 기존의 방식인 LSM을 Jerk값에 근거하여 비교한다. 셋째는 ADAMS-MATLAB co-simulation을 이용하여 반복적인 로봇 시뮬레이션을 통해 스웨이의 최적 보폭을 계산한다. 위의 과정을 통해 로봇의 보행 개선점을 기존의 이론과 비교하여 나타내었다. 첫 번째로 정 보행시 몸체와 타원형태의 다리 끝의 움직임에 Minimum-Jerk trajectory를 사용하여 다리궤적이 급격하게 변하는 지점의 평균 기울기를 최소 1.2에서 최대 2.9까지 감소시켜 지면에 다리 끝점이 도달할 때 충격을 최소화하여 안정성을 증가 하였다. 두 번째로 기존 LSM(Longitudinal Stability Margin)기법과 본 논문에서 제시한 사인파형 Sway를 사용하여 비교한 결과 평균 Jerk를 Z축에서 0.019, X축에서 0.457, Y축에서 0.02, 3D는 0.479 만큼 감소 시켰다. 특히 X축 Jerk는 크게 감소 하였다. 셋째로 로봇이 최소 Jerk 값으로 보행하기 위한 최적의 보폭의 길이를 상기 분석을 통해 도출하였으며 그 결과 20cm보폭 길이가 가장 안정적이었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, three theories for improving the stability of quadruped robot are presented. First, the Minimum-Jerk Trajectory is used to optimize the leg trajectory. Second, we compare the newly proposed sine wave and the conventional LSM in this paper based on the Jerk value. Third, we calculate t...

주제어

#ADAMS-MATLAB co-simulation   #LSM   #Longitudinal stability margin   #Minimum-Jerk Trajectory   #Quadruped Walking Robot  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 기구나 센서를 추가 하지 않고 간단하게 주행 안정성을 증가 할 수 있는 방법 제시를 목표로 한다.
  • 본 논문에서는 보행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론을 제시한다. 첫 번째는 minimum-jerk trajectory를 이용하여 다리궤적을 최적화 시킨다.
  • 세 번째는 ADAMS-MATLAB co-simulation을 이용하여 반복적인 로봇 시뮬레이션을 통해 스웨이의 최적 보폭을 계산한다. 위의 과정을 통해 결과적으로 기존보다 개선된 로봇의 보행 알고리즘을 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CPG방법이란 무엇인가? CPG(central pattern generator) 방법은 일반적인 생물체의 보행에 관련된 신경들의 패턴을 로봇의 움직임에 적용하는 보행방법으로 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.[7]
정적보행은 어떤 움직임인가? 정 보행은 동물의 여러 보행패턴 중에 가장 효율적인 보행 패턴이다. 정적보행은 보행 중 로봇에 특별한가속력이 없고 적어도 3다리가 땅에 접촉하며 보행하는 상태’를 말하며, 어느 한 순간에는 4발이 모두 땅에 닿으며 보행하는 움직임이다. 그림 2(b)는 동적 보행 걸음새를 나타낸다.
본 논문에서 제시하는 4족복 보행 로봇의 주행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론은 무엇인가? 본 논문에서는 4족복 보행 로봇의 주행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론을 제시한다. 첫 번째는 Minimum-Jerk Trajectory를 이용하여 다리궤적을 최적화 시킨다. 두 번째는 본 논문에서 새롭게 제시한 사인파와 기존의 방식인 LSM을 Jerk값에 근거하여 비교한다. 셋째는 ADAMS-MATLAB co-simulation을 이용하여 반복적인 로봇 시뮬레이션을 통해 스웨이의 최적 보폭을 계산한다. 위의 과정을 통해 로봇의 보행 개선점을 기존의 이론과 비교하여 나타내었다.
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참고문헌 (11)

  1. Hyun Sup Song, Tae Hun Kang, Ig mo koo, Young Kouk Song, Tran Duc Trong, Choi Hyouk Ryeol, "A Study on the Stable Gait Pattern Generation of Quadruped Robot," Sungkyunkwan University Journal Machine technology. Vol. 9, pp. 25-40 

  2. M. D. Berkemeier, and K. V. Desai, "Design of a Robot Leg with Elastic Energy Storage, Comparison to Biology, and Preliminary Experimental Result," Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 213-218, 1996. 

  3. E. S. Kim and J. H. Park, "Foot Adjusting Motion on Irregularly Protruded Uneven Surface for Biped Robots," Proceedings of the KSME 2005 Fall Annual Meeting, pp.2657-2652, 2005. 

  4. M. H. Raibert, "Legged Robots That Balance", MIT press, Cambridge, 1986. 

  5. S. Song and B. Choi, "The Optimally Stable Ranges of 2n-legged Wave Gaits," IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 20, No. 4, pp. 888-902, 1990. 

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  6. T. Lee and C. Shih, "Study of the Gait Control of a Quadruped Walking Vehicle," IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol. 2, No. 2, pp. 61-69, 1986. 

    상세보기 crossref

  7. Y.Fukuoka, H. Kimura, Y.Hada and K. Takase, "Adaptive dynamic walking of a quadruped robot 'tekken' on irregular terrain using a neural system model," IEEE Robotics and Automation, pp. 2037-2042, 2003. 

  8. D. Zhou, K.H. Low and T. Zielinska, "A stability analysis of walking robots based on leg-end supporting moments," Robotics and Automation 2000 Proceedings. ICRA '00. IEEE International Conference on Vol. 3, pp. 2834-2839, 2000. 

  9. Fan-Tien Cheng, Hao-Lun Lee and D.E. Orin, "Increasing the locomotive stability margin of multilegged vehicles," Robotics and Automation 1999 Proceedings. 1999 IEEE International Conference on Vol. 3, pp. 1708-1714, 1999. 

  10. Xuedong Chen, K. Watanabe and K. Izumi, "A new method on judgement of static stability for the quadruped robot," Systems Man and Cybernetics 1999. IEEE SMC '99 Conference Proceedings. 1999 IEEE International Conference on Vol. 6, pp. 953-958, 1999. 

  11. Tamar Flash and Neville Hogan, "The Coordination of Arm Movements: An Experimentally Confirmed Mathematical Model," The Journal of Neuroscience, Vol. 5, No. 7, pp. 1688-1703, 1985. 

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