KR100843311B1 - 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법 - Google Patents

보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법 Download PDF

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김문상
박광훈
이경환
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Abstract

본 발명은 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법에 관한 것으로, 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와; 보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와; 상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계와; 임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와; 임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율을 추출하는 제3-3단계와; 상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율, 초기높이와 보행높이간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이를 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 데이터를 출력하는 제4단계;를 포함하여 구성됨을 기술적 요지로 하여, 인체역학을 충실하게 반영하면서도 수식적인 면으로 일반화하여 보행로봇의 구동 시 제어에 기본적으로 활용할 수 있는 보행로봇 제어용 연산데이터를 얻을 수 있고, 로봇의 특정지점의 시간대별 보행각도나 좌표를 복합적으로 도출할 수 있어 로봇의 보행을 전반적으로 판단, 제어하면서 다음 동작에 반영할 수 있는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법에 관한 것이다.
보행로봇 인체역학 보행패턴 연산 제어 관절각도 보행거리 보행높이

Description

보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법{data generating method for walking robot using walking pattern}
도 1 - 본 발명에 따른 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법의 제1실시예를 나타낸 흐름도
도 2 - 본 발명에 따른 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법의 제2실시예를 나타낸 흐름도
도 3 - 본 발명에 따른 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법의 제3실시예를 나타낸 흐름도
도 4 - 본 발명에 따른 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법의 제4실시예를 나타낸 흐름도
도 5 - 인체의 하체관절들의 위치와 관절각도를 도시한 예시도
도 6 - 보행주기가 50% 줄었을 경우 고관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프
도 7 - 보행주기가 50% 줄었을 경우 슬관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프
도 8 - 보폭이 50% 줄었을 경우 고관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프
도 9 - 보폭이 50% 줄었을 경우 슬관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프
도 10 - 보폭이 25% 줄었을 경우 머리높이 변화를 나타낸 그래프
본 발명은 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체의 보행으로부터 얻어진 데이터를 바탕으로 보폭 및 보행주기의 변화에 따른 일정한 패턴을 결정하여 키, 보폭, 보행주기, 특정지점의 좌표를 입력하면 시간대별 보행좌표 및 관절각도 데이터가 출력되어 보행로봇 제어용으로 활용할 수 있는 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법에 관한 것이다.
로봇은 근골격 및 관절구조, 하중분포가 인간과 다르게 제작되므로, 로봇의 동작을 별도의 실험을 통해 분석하고 하체관절을 구동시키는데 필요한 데이터를 획득하며, 로봇의 무게중심과 보행안정성을 위하여 데이터를 반복적으로 수정보완하는 과정을 거침으로써, 실시간으로 제어되는 로봇의 보행패턴은 인체의 보행패턴과 매우 다른 양상으로 개발되고 있다.
하지만 인체 보행패턴에 대한 연구를 바탕으로 얻어진 인체 보행테이터들은 로봇의 보행제어에 활용될 수 있으며, 인체의 보행분석에 대한 연구는 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 자료획득, 근골격 보행역학 해석을 통한 데이터의 수식화, 인체측정 및 계측을 통한 신체치수 표준화 등 여러부분에서 이론화되어있다.
특히 생체역학을 반영하는 로봇 제어분야에서는 무엇보다 인체의 보행패턴에 충실할 필요가 있어, 시뮬레이션이나 측정장비에 의해 얻은 결과들과는 접근방식을 달리하여, 인체역학을 충실하게 반영하면서 보행로봇이나 그밖의 Biomechanics 로봇분야에 적정하게 활용할 수 있는 제어용 연산데이터 획득방법이 요구되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 인체역학을 충실하게 반영하면서도 수식적인 면으로 일반화하여 보행로봇의 구동 시 제어에 활용할 수 있는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와; 보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와; 상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계와; 임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와; 임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율을 추출하는 제3-3단계와; 상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율, 초기높이와 보행높이간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이를 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 데이터를 출력하는 제4단계;를 포함하여 구성되는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법을 기술적 요지로 한다.
여기서, 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계;를 더 포함하여 구성되는 실시예를 포함함이 바람직하다.
그리고, 상기 제3-1단계는, 일반보행에 따른 표준보행주기를
Figure 112007024942934-pat00001
, 표준단위시간을
Figure 112007024942934-pat00002
, 변화된 보행주기를
Figure 112007024942934-pat00003
, 변화된 단위시간을
Figure 112007024942934-pat00004
라 가정할 때,
Figure 112007024942934-pat00005
을 추출하고, 상기 제3-2단계는, 일반보행에 따른 표준보폭을
Figure 112007024942934-pat00006
, 임의의 신체부위의
Figure 112007024942934-pat00007
좌표값에 해당되는 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00008
, 변화된 보폭을
Figure 112007024942934-pat00009
, 변화된 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00010
라 가정할 때,
Figure 112007024942934-pat00011
을 추출하고, 상기 제3-3단계는, 일반보행에 따른 표준키높이를
Figure 112007024942934-pat00012
, 임의의 신체부위의
Figure 112007024942934-pat00013
좌표값에 해당되는 보행높이를
Figure 112007024942934-pat00014
, 변화된 키높이를
Figure 112007024942934-pat00015
, 변화된 보행높이를
Figure 112007024942934-pat00016
라 가정할 때,
Figure 112007024942934-pat00017
을 추출함이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와; 보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와; 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 키높이의 변화패턴을 추출하는 제2-3단계와; 상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계와; 임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와; 상기 제2-3단계의 변화패턴으로부터 일반보행에 따른 표준키높이와 변화된 키높이 차이만큼 변화된 키높이로부터 추가의 차이를 가지는 높이보정데이터를 추출하는 제3-4단계와; 상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭을 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리의 데이터를 출력하는 제4-1단계와; 일반보행에 따른 표준키높이의 변화와 상기 높이보정데이터를 평균하여 임의의 신체부위에서의 시간대별 보행높이의 데이터를 출력하는 제4-2단계;를 포함하여 구성되는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법을 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계;를 더 포함하여 구성되는 실시예를 포함함이 바람직하다.
그리고, 상기 제3-1단계는, 일반보행에 따른 표준보행주기를
Figure 112007024942934-pat00018
, 표준단위시간을
Figure 112007024942934-pat00019
, 변화된 보행주기를
Figure 112007024942934-pat00020
, 변화된 단위시간을
Figure 112007024942934-pat00021
라 가정할 때,
Figure 112007024942934-pat00022
을 추출하고, 상기 제3-2단계는, 일반보행에 따른 표준보폭을
Figure 112007024942934-pat00023
, 임의의 신체부위의
Figure 112007024942934-pat00024
좌표값에 해당되는 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00025
, 변화된 보폭을
Figure 112007024942934-pat00026
, 변화된 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00027
라 가정할 때,
Figure 112007024942934-pat00028
을 추출하고, 상기 높이보정데이터는, 시간경과에 따라 연속되는 사인함수로 근사화됨이 바람직하다.
따라서, 인체역학을 충실하게 반영하면서도 수식적인 면으로 일반화하여 보행로봇의 구동 시 제어에 기본적으로 활용할 수 있는 보행로봇 제어용 연산데이터를 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 키, 보폭, 보행주기, 보행속도 중 변화된 조건들을 반영하여 로봇의 특정지점의 시간대별 보행각도나 좌표를 복합적으로 도출할 수 있어 로봇의 보행을 전반적으로 판단, 제어하면서 다음 동작에 반영할 수 있다는 다른 이점이 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1, 2, 3, 4는 각각 본 발명에 따른 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법의 제1, 2, 3, 4실시예를 나타낸 흐름도이고, 도 5는 인체의 하체관절들의 위치와 관절각도를 도시한 예시도이다.
그리고, 도 6, 7은 각각 보행주기가 50% 줄었을 경우 고관절, 슬관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8, 9는 각각 보폭이 50% 줄었을 경우 고관절, 슬관절에서의 보행각도 변화를 나타낸 그래프이며, 도 10은 보폭이 25% 줄었을 경우 머리높이 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명은, 인체의 보행으로부터 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 바탕 으로 보폭 및 보행주기의 변화에 따른 일정한 패턴을 확인하여, 키, 보폭, 보행주기, 특정지점의 좌표와 시간대별 관절각도 및 보행좌표 사이의 관계를 일정한 비의 관계로 단순화하고, 단순화된 수식들에 임의의 키, 보폭, 보행주기, 특정지점의 좌표와 같은 수치를 지정, 입력함으로써 로봇의 보행제어에 필요한 특정지점에서의 시간대별 보행좌표 및 관절각도 데이터를 생성하는 구성을 가진다.
먼저, 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계를 거치는데, 도 6 내지 도 9에서 파란색 선은 일반보행을 하는 사람의 표준수치를 몸무게
Figure 112007024942934-pat00029
= 56.7㎏, 키
Figure 112007024942934-pat00030
= 1.72m, 보폭
Figure 112007024942934-pat00031
=1.4017m, 보행주기
Figure 112007024942934-pat00032
= 0.9870s(또는 보행속도
Figure 112007024942934-pat00033
= 1.42m/s)를 하고, 보행주기를 70샘플로 나누어 단위시간
Figure 112007024942934-pat00034
= 0.014s로 하여 얻은 시간과 관절각도에 관한 데이터를 그래프상에 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 9는 사람의 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿는 순간부터 왼다리가 인체를 지탱하는 과정을 거쳐 다시 오른다리가 인체의 전방측(도 1의
Figure 112007024942934-pat00035
축방향)으로 진행되어 오른발 뒤꿈치가 지면에 닿는 순간까지를 표준보행주기로 하여 나타낸 것으로, 가로축은 단위시간(단위 : s)을 기본눈금으로하여 보행주기 한 사이클을, 세로축은 관절각도(단위 : °)를 표시한 것이다.
여기서는 인체의 하체 중 주요관절인 고관절과 슬관절을 특정지점으로 하여 실시예를 들어 설명하고자 하며, 일반보행에서 상기 고관절은 관절각도가 시간에 따라 도 6, 8에 도시된 파란색 선과 같은 패턴을 가지며, 상기 슬관절은 관절각도가 시간에 따라 도 7, 9에 도시된 파란색 선과 같은 패턴을 가진다.
상기 고관절이 이루는 각도는 상기 고관절(1)에서 무릎(2)까지 연장되는 골격이 수직면으로부터 전방측으로 이루는 각이고, 상기 슬관절이 이루는 각도는 고관절(1)에서 무릎(2)까지 연장되는 골격과 종아리뼈(3)에서 발목(4)까지 연장되는 골격이 형성하는 각의 상대적인 차이에 해당되는 각이다.
다음으로, 보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계, 내지 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계를 거쳐, 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계를 통해, 최종적으로 보행주기(또는 보행속도)로 부터 시간대별 관절각도를 구하는 제4단계 과정을 거치게 된다.
도 6, 7의 그래프에서 분홍색 선은 일반보행을 기준으로 하여 보행주기를 50% 단축시킨 상태에서 고관절 각도와 슬관절 각도를 나타내는 것으로, 보행주기가 단축된만큼 단위시간이 줄어드는 변화패턴을 추출할 수 있으며, 도 8, 9의 그래프에서 분홍색 선은 일반보행을 기준으로 하여 보폭을 50% 단축시킨 상태에서 고관절 각도와 슬관절 각도를 나타내는 것으로, 보폭이 단축된만큼 관절각도가 감소되는 변화패턴을 추출할 수 있다.
일반보행에 따른 표준보행주기를
Figure 112007024942934-pat00036
, 표준단위시간을
Figure 112007024942934-pat00037
, 변화된 보행주기를
Figure 112007024942934-pat00038
, 변화된 단위시간을
Figure 112007024942934-pat00039
라 하면, 도 6, 7의 그래프에 도시된 바와 같은 변화패턴으로부터
Figure 112007024942934-pat00040
을 추출할 수 있으며, 상기 표준 수치를 적용시키면
Figure 112007024942934-pat00041
이 되고, 다시 보행주기를 50% 감소시킨 보행주기
Figure 112007024942934-pat00042
를 적용하면 0.007s에 해당되는 변화된 단위시간
Figure 112007024942934-pat00043
을 구할 수 있다.
표준보행주기가 0.9870s일 때 표준단위시간30(0.014s×30) 지점에서 특정지점에서의 관절각도는, 보행주기가 50% 감소되었을 때 변화된 단위시간30(0.007s×30) 지점에서 동일하게 나타나게 되므로, 일반보행의 시간 및 관절각도에 대한 데이터가 기저장되어 있으면, 변화된 보행주기를 입력함으로써 변화된 단위시간값을 도출하고 이로부터 관절각도에 대한 테이터를 생성할 수 있다.
도 8, 9에서 관절각도는 일반보행에 따른 표준보폭을 기준으로 변화된 보폭에 비례하여 감소 내지 증가하므로, 일반보행에 대해 보행주기만 변화되었을 시에는 상기 제2-1단계만을 통해, 보폭만 변화되었을 시에는 상기 제2-2단계만을 통해, 보행주기와 보폭이 함께 변화되었을 시에는 복합적으로 적용하여 관절각도에 대한 데이터를 생성할 수 있다.
다음으로, 임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와, 임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율을 추출하는 제3-3단계를 통해서, 보폭, 특정지점에서의 초기높이를 입력값으로하여 보행거리, 보행높이의 데이터를 구하는 제4단계 과정에 대해 설명하기로 한다.
Figure 112007024942934-pat00044
방향으로 전진(내지 후진)하는 특정지점의
Figure 112007024942934-pat00045
좌표는 보폭에 비례하여 그 수치가 감소 내지 증가하게 되는 바, 일반보행에 따른 표준보폭을
Figure 112007024942934-pat00046
, 임의의 신체부위의
Figure 112007024942934-pat00047
좌표값에 해당되는 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00048
, 변화된 보폭을
Figure 112007024942934-pat00049
, 변화된 보행거리를
Figure 112007024942934-pat00050
, 라 하면, 임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율에 해당되는
Figure 112007024942934-pat00051
와 같은 식을 추출할 수 있다.
그리고,
Figure 112007024942934-pat00052
방향으로 승하강하는 특정지점의
Figure 112007024942934-pat00053
좌표도 키높이나 하체분절간 길이에 비례하여 그 수치가 감소 내지 증가하게 되는 바, 일반보행에 따른 표준키높이를
Figure 112007024942934-pat00054
, 임의의 신체부위의
Figure 112007024942934-pat00055
좌표값에 해당되는 보행높이를
Figure 112007024942934-pat00056
, 변화된 키높이를
Figure 112007024942934-pat00057
, 변화된 보행높이를
Figure 112007024942934-pat00058
라 하면, 임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율에 해당되는
Figure 112007024942934-pat00059
와 같은 식을 추출할 수 있다.
상기 표준수치를 적용하고, 신체부위 중 임의의 지점의 (
Figure 112007024942934-pat00060
,
Figure 112007024942934-pat00061
)좌표값을 (1.4m, 1.72m)로 하면,
Figure 112007024942934-pat00062
이 되고, 50% 감소시킨 보폭
Figure 112007024942934-pat00063
을 적 용하면 0.7m라는 변화된 보행거리
Figure 112007024942934-pat00064
를 구할 수 있으며, 또한
Figure 112007024942934-pat00065
이 되어, 50%감소시킨 키높이
Figure 112007024942934-pat00066
를 적용하면 0.86m라는 변화된 보행높이
Figure 112007024942934-pat00067
를 구할 수 있다.
상기와 같이 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율, 초기높이와 보행높이간의 비율을 일정하게 도출하면, 일반보행에 따른 표준수치 데이터를 적용하여 각각의 식에서 미지수는 2개가 되며, 상기 2개의 미지수 중 하나씩은 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이에 각각 해당되고, 나머지는 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 데이터를 생성할 수 있는 미지수에 해당된다.
상기 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이는 계측과 설정이 용이함에 따라, 본 발명에 따르면 이를 입력값으로 하여 실질적으로 보행로봇 제어에 활용할 수 있는 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 연산데이터 를 복합적으로 생성할 수 있고, 각 관절부에 해당되는 다수의 지점에 대해 적용하기에도 무난하여 로봇의 보행을 전반적으로 판단, 제어하면서 다음 동작에 반영할 수 있다.
그리고, 인체의 보행패턴을 실제로 분석, 비교, 확인하여 상기와 같은 연산데이터 요소들을 지정, 도출함으로써 인체역학을 충실하게 반영하면서도, 수식적으로 단순화하는 과정을 거침에 따라 인체의 보행패턴과 유사한 보행패턴을 가지는 보행로봇의 구동 시 키, 보폭, 보행주기, 보행속도 중 변화된 조건들을 반영하여 제어에 기초적으로 활용할 수 있을 것이다.
도 1, 2에 도시된 본 발명의 제1실시예와 제2실시예는 각각 시간대별 관절각도를 구함에 있어서 보행주기만을 고려한 경우, 보행주기와 보행보폭을 복합적으로 고려한 경우에 해당되며, 도 3, 4에 도시된 본 발명의 제 3, 4실시예는 변화된 보행높이
Figure 112007024942934-pat00068
를 구하는 과정에서 상기 제1, 2실시예와 차별되는 특징을 가진다.
상기 제3, 4실시예에서 보행높이
Figure 112007024942934-pat00069
는 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 키높이의 변화패턴을 추출하는 제2-3단계와, 상기 제2-3단계의 변화패턴으로부터 일반보행에 따른 표준키높이와 변화된 키높이 차이만큼 변화된 키높이로부터 추가의 차이를 가지는 높이보정데이터를 추출하는 제3-4단계를 거쳐, 일반보행에 따른 표준키높이의 변화와 상기 높이보정데이터를 평균하여 임의의 신체부위에서의 시간대별 보행높이의 데이터를 출력하는 제4-2단계 과정을 거치게 된다.
도 10의 그래프에서, 가로축은 도 6 내지 도 9와 마찬가지로 단위시간(단위 :s)를 기본눈금으로 하여 약 2사이클을, 세로축은 머리높이변화(단위 : mm)를 표시한 것으로, 일반보행에서 머리높이변화는 파란색 선과 같은 패턴을 가지며, 보폭을 25% 줄였을 경우 머리높이변화는 검은색 선과 같은 패턴을 가지며, 보폭이 차이나더라도 동일한 상한수치를 가지나 하한수치가 비례하여 차이가 나는 패턴을 가짐을 확인할 수 있다.
즉, 상기 일반보행에 의한 표준머리높이변화①와 보폭을 감소시킨 경우의 머 리높이변화②의 차이에 해당되는 만큼, 상기 보폭을 감소시킨 경우의 머리높이변화②로부터 차이를 가지는 높이보정데이터를 추출하면, 상기 높이보정데이터는 시간경과에 따라 연속되는 사인함수③로 근사화된 패턴을 가진다.
이에 따라, 특정한 보폭값과 시간이 입력되면, 기저장된 표준보폭에서의 머리높이변화① 데이터를 이용하여 표준보폭에서의 머리높이변화패턴과 특정 보폭에서의 머리높이변화패턴의 차를 추출하고, 이로부터 상기 높이보정데이터의 사인함수③를 추출할 수 있어, 지정된 시간에서 ①과 ③의 데이터를 평균함으로써 변화된 머리높이에 대한 데이터를 출력할 수 있다.
도 10은 머리높이를 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 인체의 어떤 특정부위에도 동일한 패턴으로 적용시킬 수 있는 바, 변화된 보행높이
Figure 112007024942934-pat00070
를 구하는 데에도 동일한 방식으로 적용할 수 있음은 당연하며, 필요에 따라 본 발명이 제시하고있는 변화된 보행높이
Figure 112007024942934-pat00071
를 구하는 상기 2가지 방식 중 제어하고자하는 로봇의 부위나 관절구조에 보다 적합한 것을 채택하여 적용시킴이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명한 것으로, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 균등한 기술범위를 당연히 포함한다고 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 인체역학을 충실하게 반영하면서 도 수식적인 면으로 일반화하여 보행로봇의 구동 시 제어에 기본적으로 활용할 수 있는 보행로봇 제어용 연산데이터를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
또한, 키, 보폭, 보행주기, 보행속도 중 변화된 조건들을 반영하여 로봇의 특정지점의 시간대별 보행각도나 좌표를 복합적으로 도출할 수 있어 로봇의 보행을 전반적으로 판단, 제어하면서 다음 동작에 반영할 수 있다는 다른 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와;
    보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와;
    상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계와;
    임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와;
    임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율을 추출하는 제3-3단계와;
    상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율, 초기높이와 보행높이간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이를 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 데이터를 출력하는 제4단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2-1단계와 제3-1단계 사이에 수행되며, 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3-1단계는,
    일반보행에 따른 표준보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00072
    , 표준단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00073
    , 변화된 보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00074
    , 변화된 단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00075
    라 가정할 때,
    Figure 112007024942934-pat00076
    을 추출함을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3-2단계는,
    일반보행에 따른 표준보폭을
    Figure 112007024942934-pat00077
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00078
    좌표값에 해당되는 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00079
    , 변화된 보폭을
    Figure 112007024942934-pat00080
    , 변화된 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00081
    라 가정할 때,
    Figure 112007024942934-pat00082
    을 추출함을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3-3단계는,
    일반보행에 따른 표준키높이를
    Figure 112007024942934-pat00083
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00084
    좌표값에 해당되는 보행높이를
    Figure 112007024942934-pat00085
    , 변화된 키높이를
    Figure 112007024942934-pat00086
    , 변화된 보행높이를
    Figure 112007024942934-pat00087
    라 가정할 때,
    Figure 112007024942934-pat00088
    을 추출함을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  6. 일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와;
    보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와;
    보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 키높이의 변화패턴을 추출하는 제2-3단계와;
    상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을 추출하는 제3-1단계와;
    임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을 추출하는 제3-2단계와;
    상기 제2-3단계의 변화패턴으로부터 일반보행에 따른 표준키높이와 변화된 키높이 차이만큼 변화된 키높이로부터 추가의 차이를 가지는 높이보정데이터를 추출하는 제3-4단계와;
    상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭을 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리의 데이터를 출력하는 제4-1단계와;
    일반보행에 따른 표준키높이의 변화와 상기 높이보정데이터를 평균하여 임의의 신체부위에서의 시간대별 보행높이의 데이터를 출력하는 제4-2단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2-1단계와 제2-3단계 사이에 수행되며, 보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  8. 제6항에 있어서, 상기 제3-1단계는,
    일반보행에 따른 표준보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00089
    , 표준단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00090
    , 변화된 보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00091
    , 변화된 단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00092
    라 가정할 때,
    Figure 112007024942934-pat00093
    을 추출함을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  9. 제6항에 있어서, 상기 제3-2단계는,
    일반보행에 따른 표준보폭을
    Figure 112007024942934-pat00094
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00095
    좌표값에 해당되는 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00096
    , 변화된 보폭을
    Figure 112007024942934-pat00097
    , 변화된 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00098
    라 가정할 때,
    Figure 112007024942934-pat00099
    을 추출함을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  10. 제6항에 있어서, 상기 높이보정데이터는,
    시간경과에 따라 연속되는 사인함수로 근사화됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  11. 일반보행에 따른 표준보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00100
    , 표준단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00101
    , 변화된 보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00102
    , 변화된 단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00103
    , 일반보행에 따른 표준보폭을
    Figure 112007024942934-pat00104
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00105
    좌표값에 해당되는 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00106
    , 변화된 보폭을
    Figure 112007024942934-pat00107
    , 변화된 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00108
    , 일반보행에 따른 표준키높이를
    Figure 112007024942934-pat00109
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00110
    좌표값에 해당되는 보행높이를
    Figure 112007024942934-pat00111
    , 변화된 키높이를
    Figure 112007024942934-pat00112
    , 변화된 보행높이를
    Figure 112007024942934-pat00113
    라 가정할 때,
    일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와;
    보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와;
    보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-2단계와;
    상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을
    Figure 112007024942934-pat00114
    로 추출하는 제3-1단계와;
    임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을
    Figure 112007024942934-pat00115
    로 추출하는 제3-2단계와;
    임의의 신체부위에서 초기높이와 보행높이간의 일정한 비율을
    Figure 112007024942934-pat00116
    로 추출하는 제3-3단계와;
    상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율, 초기높이와 보행높이간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭, 특정지점에서의 초기높이를 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리, 보행높이의 데이터를 출력하는 제4단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보행패턴을 이용한 보행로봇 제어용 연산데이터 생성방법
  12. 일반보행에 따른 표준보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00117
    , 표준단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00118
    , 변화된 보행주기를
    Figure 112007024942934-pat00119
    , 변화된 단위시간을
    Figure 112007024942934-pat00120
    , 일반보행에 따른 표준보폭을
    Figure 112007024942934-pat00121
    , 임의의 신체부위의
    Figure 112007024942934-pat00122
    좌표값에 해당되는 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00123
    , 변화된 보폭을
    Figure 112007024942934-pat00124
    , 변화된 보행거리를
    Figure 112007024942934-pat00125
    라 가정할 때,
    일반보행의 패턴을 추출하는 제1단계와;
    보행주기를 단축 또는 연장변화시켜 시간과 관절각도의 변화패턴을 추출하는 제2-1단계와;
    보폭을 감소 또는 증가변화시켜 시간과 키높이의 변화패턴을 추출하는 제2-3단계와;
    상기 제2-1단계의 변화패턴으로부터 보행주기와 경과시간간의 일정한 비율을
    Figure 112007024942934-pat00126
    로 추출하는 제3-1단계와;
    임의의 신체부위에서 보폭과 보행거리간의 일정한 비율을
    Figure 112007024942934-pat00127
    로 추출하는 제3-2단계와;
    상기 제2-3단계의 변화패턴으로부터 일반보행에 따른 표준키높이와 변화된 키높이 차이만큼 변화된 키높이로부터 추가의 차이를 가지는 높이보정데이터를 추출하는 제3-4단계와;
    상기 보행주기와 경과시간간의 비율, 보폭과 보행거리간의 비율을 이용하여, 보행주기(또는 보행속도), 보폭을 입력값으로하여, 임의의 신체부위에서의 시간대별 관절각도, 보행거리의 데이터를 출력하는 제4-1단계와;
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