4족 보행로봇은 에너지원을 본체에 부착하고 다녀야 하기 때문에 산업용 로봇에서 크게 고려되지 않았던 에너지 효율이 중요한 문제로 부각되었고 이에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 현재까지 4족 보행로봇 에너지 효율에 관한 연구의 대부분은 수학적 모델링, 동역학적 해석 또는 시뮬레이션으로 주기(Period)당 에너지 소모량을 근거로 효율을 평가하였다. 실험적 결과에 의한 연구는 아직 부족하며 로봇은 단순히 한주기를 보행하는 것이 아니라 연속적으로 보행하는 것이기 때문에 한주기를 기준으로 효율을 평가하는 것은 적합하지 않을 수도 있다. 본 논문에서는 실험 로봇인 TITAN-VIII을 보폭이 0.1, 0.2, 0.3[m]일 때 주기를 1.0, 1.5, 2.0, 3.0[sec]로 변경하면서 12가지 경우에 대해서 2[m]를 Trot 보행 시키면서 에너지 소모량을 측정하고 실험적 결과를 근거로 에너지 효율관계를 분석하였다.
4족 보행로봇은 에너지원을 본체에 부착하고 다녀야 하기 때문에 산업용 로봇에서 크게 고려되지 않았던 에너지 효율이 중요한 문제로 부각되었고 이에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 현재까지 4족 보행로봇 에너지 효율에 관한 연구의 대부분은 수학적 모델링, 동역학적 해석 또는 시뮬레이션으로 주기(Period)당 에너지 소모량을 근거로 효율을 평가하였다. 실험적 결과에 의한 연구는 아직 부족하며 로봇은 단순히 한주기를 보행하는 것이 아니라 연속적으로 보행하는 것이기 때문에 한주기를 기준으로 효율을 평가하는 것은 적합하지 않을 수도 있다. 본 논문에서는 실험 로봇인 TITAN-VIII을 보폭이 0.1, 0.2, 0.3[m]일 때 주기를 1.0, 1.5, 2.0, 3.0[sec]로 변경하면서 12가지 경우에 대해서 2[m]를 Trot 보행 시키면서 에너지 소모량을 측정하고 실험적 결과를 근거로 에너지 효율관계를 분석하였다.
Until present, most studies about energy efficiency of quadruped walking robot are mathematical modelings, dynamic analysis or simulation consumption energy per period by basic efficiency evaluate in this paper, a quadruped walking robot Titan-VIII is used for walking experience. The total moving le...
Until present, most studies about energy efficiency of quadruped walking robot are mathematical modelings, dynamic analysis or simulation consumption energy per period by basic efficiency evaluate in this paper, a quadruped walking robot Titan-VIII is used for walking experience. The total moving length is about 2[m]. The stride length is 0.1, 0.2, 0.3, walking period is changed by 1.0, 1.5, 2.0, 3.0[sec] per each stride length. So consumption energy of 12 cases are measured. The energy efficiency of quadruped walking robot was analyzed by data that is saved by an experiment.
Until present, most studies about energy efficiency of quadruped walking robot are mathematical modelings, dynamic analysis or simulation consumption energy per period by basic efficiency evaluate in this paper, a quadruped walking robot Titan-VIII is used for walking experience. The total moving length is about 2[m]. The stride length is 0.1, 0.2, 0.3, walking period is changed by 1.0, 1.5, 2.0, 3.0[sec] per each stride length. So consumption energy of 12 cases are measured. The energy efficiency of quadruped walking robot was analyzed by data that is saved by an experiment.
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제안 방법
본 논문에서는 실험 로봇인 TITAN-VIH을 평지에서 보폭이 0丄 0.2, 0.3[m]일 때 주기를 1.0, 1.5, 2.0, 30[sec]로 변경하면서 12가지 경우에 대해서 2[m]를 Trot 보행시키면서 에너지 소모량을 측정하고 살험적결과를 근거로 에너지 효율 관계를 분석하였다
그동안 보행 방법에 대한 연구 결과 정적보행(Static walking) 은안정성 면에서는 우수하나 보행속도가 느리기 때문에 많이 사용하지 않고 보행속도가 빠른 동적보행 (Dynamic walking) 방법을 채택하고 있다(2). 동적 보행 방법에는 Trot Pace, Bound 보행방법이 제안되었으며, 1996년 TITAN-VⅢ 개발 이후의 연구 결과에 의하면 안정성과 에너지 효율 면에서 Trot 보행이 가장 적합한 보행 방법임이 입증 되었다【호勺 따라서, 본 논문에서는 Trot 보행에서 ZMP(Zero moment point)를 항상 지지 관절 대각선상으로 이동시키는 보행방법을 채택하여 실험하였다.
본 논문에서는 2[m]의 보행거리에 대해서 여러 가지의 속도와 보폭을 조정하여보행 실험을을 수행하고 이때 얻어진 결과 값을 근거로 주기당 에너지효율과 전체 에너지 효율을 비교 분석하였다.
TITAN-VⅢ을 ZMP를 지지관절 대각선상으로이동시키면서 이동속도가 일정하게 주기적으로 반복되는 주기 걸음새(Period gait)형태의 Trot보행방법을 선정하여 보행 실험을 수행하고, 에너지 소모량을 측정하여 그 결과를 분석하였다. 각 관절을 구동하는 DC 전동기에 가해지는 전압과 전류를 구해서 소비전력을 구하고 이것을 적분한 값을마다 A/D 보드를 통해 컴퓨터로 입력받아서 데이터를 수집하였다.
측정하여 그 결과를 분석하였다. 각 관절을 구동하는 DC 전동기에 가해지는 전압과 전류를 구해서 소비전력을 구하고 이것을 적분한 값을마다 A/D 보드를 통해 컴퓨터로 입력받아서 데이터를 수집하였다.
디딤율(Duty factor)은 0.5로 일정하게 하고 보폭이 0.1, 0.2, 0.3[m]일 때 주기를 10 1.5, 2.0, 3.이sec]로변경하면서 12가지 경우에 대해서 2[m]를 보행하면서에너지 소모량을 측정하였다.
성능/효과
본 논문에서 보행 실험에 사용된 관절구동 로봇 TITAN・Vni의 각 다리는 3자 유도 총 12자 유도를 가지고 있어 평지와 급한 경사면 등에 잘 적응할 수 있고, 하중 운반능력이 비교적 우수한 장점을 가지고 있으나, 12개의 엑츄에이터를 동시에 구동해야 하고 본체 하중도 15[Kg] 이상으로 다른 4족 로봇보다 에너지 소모량이 큰 편이다. 그동안 보행 방법에 대한 연구 결과 정적보행(Static walking) 은안정성 면에서는 우수하나 보행속도가 느리기 때문에 많이 사용하지 않고 보행속도가 빠른 동적보행 (Dynamic walking) 방법을 채택하고 있다(2).
같은 주기에 대해서 보폭이 작을수록 전체 에너지 소모량은 많아지고 같은 보폭에서 주기와 에너지 소모량은 비례적 관계에 있지 않음을 알 수 있었으며, 보행 실험조건 중에서 주기 1.5[secl 보폭 Q3[m]일 때가 에너지효율이 가장 좋았다 실험 결과 TITAN-VⅢ이 평지를 보행할 때 에너지 효율을 고려한다면 주기를 1.5[sec] 와 2. 이sec] 사이의 값으로 선택하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.
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