KR101607573B1 - Joint Trajectory Generation of Humanoid Robot's Lower Extremity for Human-like Biped Walking - Google Patents

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KR101607573B1 KR1020130165293A KR20130165293A KR101607573B1 KR 101607573 B1 KR101607573 B1 KR 101607573B1 KR 1020130165293 A KR1020130165293 A KR 1020130165293A KR 20130165293 A KR20130165293 A KR 20130165293A KR 101607573 B1 KR101607573 B1 KR 101607573B1
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Abstract

본 발명은 인간의 자연스러운 보행 시 측정한 하지 관절각의 궤적 데이터를 다항식을 이용해서 파라미터로 표현하고 로봇의 하지 구조에 맞춰 변형함으로써 인간형 로봇이 인간과 유사한 보행을 할 수 있게 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법을 제공하기 위한 것으로서, (A) 인간형 로봇의 주기 보행을 양측지지(double support)와 단측지지(single support) 상태로 구분하는 2단계 보행 패턴을 계획하는 단계와, (B) 인체 보행 시 측정된 관절각 궤적(데이터)을 다항함수(polynomial function)로 근사화(approximation)하는 단계와, (C) 상기 다항함수로 근사화된 인체의 관절각 궤적으로 상기 인간형 로봇의 하지 구조에 맞춰 조정하는 단계와, (D) 상기 인체 보행 시 측정된 하지 관절각 궤적의 파라미터를 조정하여 인간형 로봇의 보행 속도 및 보폭 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.The present invention relates to a human-like bipedal walking robot that allows humanoid robots to walk similar to human beings by expressing the trajectory data of the angle of the lower limb measured by the human being on a natural walking, (A) a step of planning a two-step gait pattern for dividing the cyclic walking of a humanoid robot into a double support and a single support state, (B) approximating the joint trajectory (data) measured at the time of the human body walking with a polynomial function; (C) interpolating the humanoid robot with the trajectory of the human body approximated by the polynomial function; (D) adjusting the parameter of the trajectory of the joint of the humanoid joint measured at the time of walking the human body, There makin achieved by including the step of adjusting at least one of a rate and step length.

Description

인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법{Joint Trajectory Generation of Humanoid Robot's Lower Extremity for Human-like Biped Walking}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of generating a trajectory of a humanoid robot for bipedal walking similar to a human,

본 발명은 인간형 로봇의 자연스러운 이족 보행에 관한 것으로, 특히 인간의 자연스러운 보행 시 측정한 하지 관절각의 궤적 데이터를 다항식을 이용해서 파라미터로 표현하고 로봇의 하지 구조에 맞춰 변형함으로써 인간형 로봇이 인간과 유사한 보행을 할 수 있게 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a natural bipedal walking of a humanoid robot, in particular, by expressing parameter data of a limb angle of a human joint measured by natural human walking using a polynomial, The present invention relates to a humanoid robot trajectory generation method for bipedal walking similar to a human being capable of walking.

일반적으로, 전기적 또는 자기적인 작용을 이용하여 인간의 동작과 닮은 운동을 행하는 기계장치를 로봇이라고 한다. 초기의 로봇은 생산 현장에서의 작업 자동화ㆍ무인화 등을 목적으로 한 매니퓰레이터나 반송 로봇 등의 산업용 로봇이었으나, 최근에는 인간과 유사한 관절체계를 가지고 인간의 작업 및 생활공간에 용이하게 두 발로 걸을 수 있는 이족 보행 로봇(이하, 인간형 로봇이라 한다)의 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.Generally, a mechanical device that performs an action similar to a human motion by using an electric or magnetic action is called a robot. The initial robot was an industrial robot such as a manipulator or a carrier robot for automation or unmanned operation on the production site. Recently, it has been proposed that a humanoid-like joint system can be easily walked Research and development of a biped robot (hereinafter referred to as a humanoid robot) is actively under way.

현재 대부분의 인간형 로봇은 무릎을 굽히고 허리를 바닥과 평행한 평면 위에서만 움직이면서 보행하는 패턴을 갖는다. 그 이유는 무릎을 180도에 근접하게 펼 경우 특이점(Singularity pose: 발목 관절과 힙 관절을 연결하는 상대거리가 다리의 길이와 같은 경우)이 발생하여 무릎 관절속도가 매우 빨라지거나 원하는 무릎 관절각을 얻을 수 없기 때문이며, 또한 보행패턴을 얻기 위한 영 모멘트 위치(Zero Moment Point : ZMP) 구속조건이 바닥과 평행하게 움직이는 로봇의 무게 중심(Center Of Gravity : COG)을 가정하고 있기 때문이다.[참고문헌:S. Kajita et al, "Biped Walking Pattern Generation by using Preview Control of Zero-Moment Point", ICRA2003, pp1620~1626]Most humanoid robots now have a pattern of bending their knees and walking while moving their waist only on a plane parallel to the floor. The reason for this is that when the knee is placed close to 180 degrees, Singularity pose occurs when the relative distance between the ankle joint and the hip joint is the same as the leg length, so that the knee joint speed becomes very fast or the desired knee joint angle And the center of gravity (COG) of the robot moving in parallel with the floor assumes the zero moment point (ZMP) constraint for obtaining the gait pattern. : S. Kajita et al, "Biped Walking Pattern Generation by Using Preview Control of Zero-Moment Point ", ICRA2003, pp1620-1626)

이러한 인간형 로봇은 인간처럼 두 다리를 이용하여 이족보행을 하므로 균형을 잃지 않으면서 주어진 보폭과 속도로 보행하는 기술이 대단히 중요하다. 현재 인간형 로봇의 보행기술은 ZMP(zero moment point) 기반 역진자 제어법을 주로 이용해서 평탄한 지면에서 안정하게 걷는 수준에 이르렀다.These humanoid robots are biped using two legs like a human, so it is very important to take a walk at a given pace and speed without losing balance. At present, the humanoid robot 's walking technique has reached to the level of stable walking on a flat ground by using ZMP (zero moment point) based inverted pendulum control method.

그러나 역진자 제어법은 로봇의 중심부에 위치한 질량중심점(Center Of Mass : COM)의 고도를 일정하게 유지하는 제한조건 하에 보행 패턴을 생성하므로 보행 시 무릎을 펴지 못하고 엉거주춤한 자세를 만든다.However, the inverse pendulum control method creates a gait pattern under the constraint condition that the center of mass (COM) located at the center of the robot is constantly maintained.

또한 인간형 로봇이 보행 중 장애물 유무와 수행해야 할 태스크의 종류에 따라 보행속도와 보폭을 실시간으로 조정할 수 있어야 하는데, ZMP 기반 역진자 제어법 사용시 이를 즉각적으로 조정하기가 쉽지 않은 문제점이 있다.In addition, the humanoid robot should be able to adjust the walking speed and the stride rate in real time according to the presence of obstacles and types of tasks to be performed while walking, and it is not easy to adjust the ZMP based inverted pendulum control immediately.

등록특허공보 제10-1105346호 : 학습에 의한 로봇의 보행 방법 및 학습에 의한 보행 메커니즘을 구비한 로봇Korean Patent Registration No. 10-1105346: Robot Having Robot Walking Method by Learning and Learning Mechanism

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 인간의 자연스러운 보행 시 측정한 하지 관절각의 궤적 데이터를 다항식을 이용해서 파라미터로 표현하고 로봇의 하지 구조에 맞춰 변형함으로써 인간형 로봇이 인간과 유사한 보행을 할 수 있게 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is therefore an object of the present invention to provide a humanoid robot which is capable of displaying human- The present invention provides a method of generating a trajectory of a joint of a humanoid robot for bipedal walking similar to that of a human.

본 발명의 다른 목적은 하지 관절들의 각도궤적 다항식의 파라미터 배율(scale factor)을 동시에 조절함으로써 이족 보행의 속도와 보폭을 용이하게 조절할 수 있는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a humanoid robot trajectory generation method for bipedal walking similar to a human being capable of easily controlling the speed and stride of bipedal walking by simultaneously controlling the scale factor of the angular locus polynomial of the base joints .

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법의 특징은 (A) 인간형 로봇의 주기 보행을 양측지지(double support)와 단측지지(single support) 상태로 구분하는 2단계 보행 패턴을 계획하는 단계와, (B) 인체 보행 시 측정된 관절각 궤적(데이터)을 다항함수(polynomial function)로 근사화(approximation)하는 단계와, (C) 상기 다항함수로 근사화된 인체의 관절각 궤적으로 상기 인간형 로봇의 하지 구조에 맞춰 조정하는 단계와, (D) 상기 인체 보행 시 측정된 하지 관절각 궤적의 파라미터를 조정하여 인간형 로봇의 보행 속도 및 보폭 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.In order to achieve the above-mentioned object, a method of generating a trajectory of a humanoid robot for bipedal walking similar to the human body according to the present invention is characterized in that (A) a cyclic walking of a humanoid robot is performed by a double support and a single support (b) approximating the joint trajectory (data) measured at the time of a human body walk with a polynomial function; and (c) (D) adjusting the parameter of the trajectory of the joint of the lower limb measured at the time of walking on the human body, thereby calculating the walking speed and the stride of the humanoid robot And adjusting at least one of them.

바람직하게 상기 (A) 단계는 양측지지 상태에서 무게중심을 앞으로 이동하는 시작자세(P1)로부터 중간자세(P2)까지의 단계와, 단측지지 상태에서 한쪽 다리를 들어 올리며 전진 후 착지하는 중간자세(P2)부터 종료자세(P3)까지 단계와, 상기 2단계의 보행 패턴으로 주기 보행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably the (A) phase is medium to land after the forward lifting one leg in step with, one-sided supported state up to an intermediate position (P 2) from the starting position (P 1) to move the center of gravity on both sides supported state in the future A step from a posture (P 2 ) to an ending posture (P 3 ), and a step of taking a cycle every two cycles with the gait pattern of the two steps.

바람직하게 상기 (B) 단계는 측정된 관절각 궤적에 가장 근접한 궤적을 생성하는 3차 이상 다항함수의 계수를 근사화 기법으로 탐색하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (B) is characterized by searching for a coefficient of a third-order ideal polynomial function that generates a trajectory closest to the measured joint trajectory by an approximation technique.

바람직하게 상기 (B) 단계는 3개 구간으로 이루어진 관절각 궤적을 각 경유점의 파라미터들을 이용해서 혼합다항식으로 나타내는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (B) is characterized by expressing joint trajectory composed of three intervals in a mixing polynomial using parameters of the respective passing points.

바람직하게 상기 각 경유점은 시간, 각도, 각속도, 각가속도 등의 물리량을 파라미터로 가지는 것을 특징으로 한다.Preferably, each of the transit points has a physical quantity such as time, angle, angular velocity, and angular acceleration as parameters.

바람직하게 상기 (C) 단계는 인간형 로봇의 1주기 동안의 하지 관절의 각도 궤적 및 인체의 관절각 목표 궤적을 각각 시간에 대한 가중치를 부여하고 혼합하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (C) is characterized in that the angular trajectory of the lower limbs and the target trajectory of the joints of the human body during one period of the humanoid robot are weighted and mixed with respect to time, respectively.

바람직하게 상기 제 6 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
인간형 로봇의 1주기 동안의 하지 시상면 관절의 인간형 로봇의 관절각을

Figure 112015111458280-pat00082
라고 하고, 인체의 관절각을
Figure 112015111458280-pat00083
라고 할 때, 두 궤적을 시간에 대한 가중치 함수로
Figure 112015111458280-pat00084
와
Figure 112015111458280-pat00085
로 하기 수학식 1과 같이 혼합하며, [수학식 1] Preferably, the method of claim 6, wherein the step (C)
The joint angle of the humanoid robot in the lower sagittal plane joint for one cycle of the humanoid robot
Figure 112015111458280-pat00082
And the joint angle of the human body
Figure 112015111458280-pat00083
, We use the two trajectories as a weight function for time
Figure 112015111458280-pat00084
Wow
Figure 112015111458280-pat00085
As shown in the following Equation 1,

Figure 112013119619735-pat00005
Figure 112013119619735-pat00005

이때, 상기 i 는 족관절, 슬관절, 고관절을 나타내고, 상기 k는 현재 보행 주기의 차수(즉, k번째 보행)를 나타내고, 상기 Tc는 1주기의 보행시간을 나타내고 상기 Td는 1주기 내의 양측지지상태(Double Support Phase : DSP) 기간을 나타내는 것을 특징으로 한다.Here, the i is the ankle, knee, represents the hip, the k represents the degree (i.e., k-th gait) of the current gait cycle, wherein the T c is on both sides in a represents walking time in one period the T d is one period And a double support phase (DSP) period.

바람직하게 상기 (D) 단계는 하지 관절각 궤적의 파라미터 중 하지 관절각 궤적을 표현하는 구간별 경유점의 기준 각도와 각속도 파라미터에 제 1 이득값을 곱하고, 각속도 파라미터를 제 2 이득값으로 나누는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (D) includes multiplying the reference angle of the passing point by the interval expressing the limb trajectory of the limb, and the angular velocity parameter by the first gain value and dividing the angular velocity parameter by the second gain value .

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method of generating the trajectory of the lower limbs of a humanoid robot for bipedal walking similar to the human body according to the present invention has the following effects.

첫째, 인체의 보행 시 측정한 하지 관절궤적 데이터를 수학식으로 파라미터화 하고 인간형 로봇의 하지 규격에 따라 조절할 수 있게 함으로써 인간형 로봇의 종류에 관계없이 인간과 유사한 이족보행을 할 수 있게 한다.First, parameters of the joint joint locus measured at the time of walking of the human being are parameterized by a mathematical expression and can be adjusted according to the grounding standard of the humanoid robot, thereby making it possible to perform a bipedal walking similar to a humanoid regardless of the type of the humanoid robot.

둘째, 인간형 로봇의 이족보행 시 관절궤적 파라미터의 배율을 조절함으로써 보행속도와 보폭을 즉각적으로 용이하게 조절할 수 있게 한다.Second, by controlling the magnification of the joint trajectory parameters in bipedal walking of the humanoid robot, it is possible to control the walking speed and stride instantly and easily.

도 1 은 인간형 로봇의 자연스러운 보행을 위한 2단계 주기보행의 개념도
도 2 는 인체 보행의 일례로서 사람이 평균적인 보폭과 속도로 보행할 때, 2단계에서 측정한 유각의 관절 시상면(sagittal plane) 각도 궤적을 실시예로 나타낸 그래프
도 3 은 로봇형 보행에 대한 가중치 함수

Figure 112015026564205-pat00006
의 일례로서 중심점에서 부드럽게 0에서 1로 천이하는 시그모이드(sigmoid) 함수의 궤적을 실시예로 나타낸 그래프
도 4 는 본 발명의 실시예로서 하나의 관절각 궤적
Figure 112015026564205-pat00007
를 수학식 2와 3을 이용해서 전체 구간을 3개 구간
Figure 112015026564205-pat00008
으로 분할하고, 4개의 경유점에 각도 및 각속도 조건을 부여한 실시 예를 나타낸 궤적 그래프
도 5(a)(b)(c)는 수학식 4의 혼합다항식 파라미터들을 최적화 알고리즘으로 탐색하여 도 2의 관절각 궤적과 거의 일치하는 궤적을 생성한 실시예를 나타낸 그래프
도 6 은 본 발명에 따른 각속도 파라미터를 나누는 이득값의 증가에 따라 경유점에서의 각속도 변화에 따른 속도의 변화를 실시예로 나타낸 그래프
도 7 은 3개의 유각 관절에 대해, 수학식 6을 이용해서 생성한 1단계 보행 궤적(사각형)과 수학식 5로 파라미터화 한 2단계보행 궤적(원)을 합성한 실시예를 나타낸 그래프
도 8 은 인간형 로봇의 자세 균형을 잡아주기 위한 관상면 고관절과 족관절의 각도궤적의 실시예를 나타낸 그래프
도 9 는 본 발명에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법의 실시 일례로서 오른발로 지지하는 상태에서 휴머노이드 로봇이 인간과 유사한 2단계 보행을 행하는 것을 전면과 측면에서 시뮬레이션 한 모습을 나타낸 도면
도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도Fig. 1 is a conceptual diagram of a two-step cycle walking for a natural walking of a humanoid robot
FIG. 2 is a graph showing an example of the angular trajectory of the sagittal plane of the palpebrae measured at the second step when a person is walking at an average stride and speed,
Fig. 3 shows a weight function for robot type walking
Figure 112015026564205-pat00006
A graph showing an example of a locus of a sigmoid function that smoothly transitions from 0 to 1 at a center point
Fig. 4 is a view showing an example of a joint angular locus
Figure 112015026564205-pat00007
Using Equations 2 and 3, the entire section is divided into three sections
Figure 112015026564205-pat00008
And an angle and an angular velocity condition are given to four diesel points,
5 (a), 5 (b) and 5 (c) are graphs showing an embodiment in which the mixed polynomial parameters of Equation 4 are searched by the optimization algorithm to generate a trajectory almost coinciding with the joint trajectory of FIG.
FIG. 6 is a graph showing an example of a change in velocity according to an angular velocity change at a way point according to an increase in a gain value for dividing an angular velocity parameter according to the present invention
FIG. 7 is a graph showing an example of synthesizing a one-step walking trajectory (rectangle) generated by using Equation 6 and a two-step walking trajectory (circle) parameterized by Equation 5, for three triangular joints
8 is a graph showing an embodiment of an angular locus of the ankle joint and the ankle joint for balancing the posture of the humanoid robot
FIG. 9 is an embodiment of a method for generating a joint joint trajectory of a humanoid robot for bipedal walking similar to the present invention, in which the humanoid robot performs a two-step walking similar to a human being in a state of right- Drawing
10 is a flowchart for explaining a method of generating a joint joint locus of a humanoid robot for bipedal walking similar to a human body according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.A preferred embodiment of a method for generating a joint joint locus of a humanoid robot for bipedal walking similar to a human according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 10 은 본 발명의 실시예에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.10 is a flowchart for explaining a method of generating a joint joint locus of a humanoid robot for bipedal walking similar to a human according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하여 설명하면 먼저, 인간형 로봇의 주기 보행을 양측지지(double support)와 단측지지(single support) 상태로 구분하는 2단계 보행 패턴을 계획한다(S10).Referring to FIG. 10, a two-step gait pattern for dividing the cyclic walking of the humanoid robot into a double support state and a single support state is planned (S10).

즉, 도 1에서 도시하고 있는 인간형 로봇의 자연스러운 보행을 위한 2단계 주기보행의 개념도와 같이, 인간형 로봇의 보행은 세 가지 요소 자세(P1, P2, P3)로 구성되어 있다. 이때, 보폭(step length)은 보행의 시작자세(P1)나 종료자세(P3)에서 앞발과 뒷발 간의 거리를 의미하며, Tc와 Td는 1주기의 보행시간과 1주기 내의 양측지지상태(Double Support Phase : DSP) 기간을 각각 나타낸다.That is, as shown in the conceptual diagram of the two-step cycle walking for natural walking of the humanoid robot shown in FIG. 1, the walking of the humanoid robot is composed of three elementary postures (P 1 , P 2 , P 3 ). In this case, the step length means the distance between the forefoot and the hind paw at the starting posture (P 1 ) or the ending posture (P 3 ) of the gait, T c and T d are the walking times of one cycle, And a Double Support Phase (DSP) period, respectively.

인간형 로봇의 보행 중 보행의 1 단계에서는 인간형 로봇이 도 1의 시작자세(P1)로부터 중간자세(P2)까지 두발을 모두 착지한 양측지지 상태에서 무게 중심점을 앞으로 이동시키고 들어 올리려는 다리(유각, swing leg)의 발꿈치만 들어 올리는 동작을 수행한다.In the first step of the walking of the humanoid robot, the humanoid robot moves the center of gravity forward and lifts the legs on both sides supported by the feet from the starting position (P 1 ) to the middle position (P 2 ) The swing leg, and the heel.

인간형 로봇의 보행 중 보행의 2단계에서는 인간형 로봇이 도 1의 중간자세(P2)로부터 종료자세(P3)까지 전환하면서 전진하는 시기로서 유각이 발끝 밀기(toe off)부터 발바닥 닿기(sole contact) 상태로 전환하는 시기에 해당된다. 상기 2단계에서는 인간형 로봇이 단측지지상태(Single Support Phase : SSP)가 되어서 전신의 균형을 잡으면서도 최종적으로 유각의 전체 발바닥이 지면에 정확히 착지해야 하므로 인간형 로봇의 링크와 모터(액추에이터)의 특성을 최대한 반영해야 한다.In the second step of the walking of the humanoid robot, the humanoid robot is moved forward from the intermediate posture (P 2 ) to the ending posture (P 3 ) of FIG. 1, and the forward stroke of the humanoid robot is changed from toe off to sole contact ) State. In the second step, the humanoid robot is in a single support phase (SSP) to balance the whole body, and finally the entire soles of the feet must land on the ground. Therefore, the characteristics of the links and the motors It should reflect as much as possible.

도 1 은 오른발로 지지한 채 보행하는 상태를 예시한 일 실시예이며, 2단계 보행이 끝나면 지지하는 다리를 바꿔 왼발로 지지한 상태에서 다시 상기한 원리로 1단계와 2단계 보행을 수행한다. FIG. 1 is an embodiment illustrating a state in which the user is walking while being supported by a right foot. In the state where the user supports the leg supported by his / her left foot after the second step is completed, the first step and the second step are performed by the above-described principle.

이러한 방식으로 입각(stance leg)과 유각의 역할과 하지 관절각 값을 상호 교대함으로써 인간형 로봇이 주기적으로 보행할 수 있다.In this way, the humanoid robot can periodically walk by alternating the stance leg, the ramp function and the lower limb angle values.

도 2 는 인체 보행의 일례로서 사람이 평균적인 보폭과 속도로 보행할 때, 2단계(중간자세(P2)로부터 종료자세(P3))까지에서 측정한 유각의 시상면(sagittal plane) 관절 각도 궤적을 도시한 그래프이다.Fig. 2 shows an example of human body walking. Fig. 2 shows a human sagittal plane joint measured at the second step (intermediate position (P 2 ) to end position (P 3 ) Fig. 7 is a graph showing the angular locus. Fig.

도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 인체의 보행에 있어서 시상면 상에서 회전하는 하지 관절은 전진과 후진 시 보행 패턴과 특성(보폭과 속도)에 관여하며, 관상면(coronal plane 또는 frontal plane) 상에서 회전하는 하지 관절은 단측지지시 인간형 로봇의 균형을 유지하는 역할을 하며, 횡평면(transversal plane) 상에서 회전하는 하지 관절은 보행의 전진 방향(좌회전 또는 우회전)을 결정한다.As shown in FIG. 2, the leg joint rotating on the sagittal plane in the walking of the human body is involved in the gait patterns and characteristics (stride and speed) at the time of forward and backward movement, and is rotated on the coronal plane or frontal plane The joints of the lower limbs serve to maintain the balance of the geodetic directing humanoid robot, and the lower limbs that rotate on the transversal plane determine the forward direction of the gait (left or right).

그러므로 자연스러운 인간형 보행의 특징은 주로 시상면의 유각에 위치한 족관절(ankle joint), 슬관절(knee joint), 고관절(hip joint)의 각도궤적 패턴이 결정하며, 이를 위해 도 1에 표현한 1주기에 해당하는 궤적이 필요하다. Therefore, the characteristics of the natural humanoid gait are mainly determined by the angular trajectory patterns of the ankle joint, knee joint, and hip joint located at the ridges of the sagittal plane. For this purpose, Trajectory is required.

한편, 인간형 로봇은 하지 링크의 길이가 인체와 다르고 관절의 구동원리와 동작 특성도 다르기 때문에 도 2의 관절각 궤적을 그대로 적용하면 안정된 이족보행을 할 수 없다. 그러므로 본 발명에서는 인간형 로봇에 적합한 이족 보행 관절각 조건을 계산한 후 인체의 관절 궤적 데이터와 적절히 혼합한다.On the other hand, the humanoid robot is different from the human body in the length of the inferior link, and the driving principle and operation characteristics of the joint are also different. Therefore, stable bipedal walking can not be achieved by applying the joint trajectory of FIG. Therefore, in the present invention, bipedal joint angle conditions suitable for a humanoid robot are calculated and then mixed with the joint locus data of the human body as appropriate.

하기 수학식 1은 하지 관절 중 유각의 족관절, 슬관절, 고관절 중 일례로 족관절에 대해서 인간형 로봇의 보행을 위한 혼합형 각도 궤적을 생성하는 방법으로서, 인간형 로봇의 1주기 동안의 족관절 각도 궤적을

Figure 112015111458280-pat00009
라고 하고, 도 2에서 보인 인체의 관절각 목표 궤적을
Figure 112015111458280-pat00010
라고 할 때, 두 궤적을 시간에 대한 가중치 함수
Figure 112015111458280-pat00011
와
Figure 112015111458280-pat00012
로 혼합하는 방식을 설명한다. 이때, 상기 인간형 로봇의 족관절 각도 궤적
Figure 112015111458280-pat00077
는 공지된 기술을 통해 산출된 인간형 로봇의 족관절(ankle joint : an) 각도 궤적을 그대로 이용한다(공개번호 10-2009-0092584, 공개번호 10-2012-0105611 참조). 또한 유각의 슬관절(knee joint)과 고관절(hip joint)에 대해서도 동일한 방식으로 두 종류의 관절각 궤적을 혼합할 수 있다. The following Equation (1) is a method for generating a mixed angular trajectory for walking the humanoid robot about ankle joints such as the ankle joints, knee joints, and hip joints of the lower limbs. The angular trajectory of the ankle joint for one cycle of the humanoid robot
Figure 112015111458280-pat00009
And the target trajectory of the joint of the human body shown in Fig. 2
Figure 112015111458280-pat00010
, The two trajectories are weighted for time
Figure 112015111458280-pat00011
Wow
Figure 112015111458280-pat00012
As shown in FIG. At this time, the ankle joint angular locus of the humanoid robot
Figure 112015111458280-pat00077
Quot; ankle joint (an) angular trajectory of the humanoid robot, which is calculated through a known technique, as it is (see Publication No. 10-2009-0092584, Publication No. 10-2012-0105611). In addition, two kinds of joint angular trajectories can be mixed in the same way for the knee joints and hip joints.

Figure 112013119619735-pat00013
Figure 112013119619735-pat00013

이때, 상기 k는 현재 보행 주기의 차수(즉, k번째 보행)를 나타내고, 상기 Tc는 1주기의 보행시간을 나타내고 상기 Td는 1주기 내의 양측지지상태(Double Support Phase : DSP) 기간을 나타낸다. In this case, the k represents the degree (i.e., k-th gait) of the current gait cycle, the T c represents the walking time of one period the T d are both sides supported state in the first cycle: a (Double Support Phase DSP) period .

상기 수학식 1에서 나타내고 있는 것과 같이, 가중치 함수

Figure 112013119619735-pat00014
와
Figure 112013119619735-pat00015
는 매 시각에서 그 합이 항상 1이어야 하며, 자연스러운 보행을 위해 보행주기의 시작자세(P1)로부터 중간자세(P2)까지는 인체의 관절 궤적을 주로 사용하고(
Figure 112013119619735-pat00016
), 중간자세(P2)부터 종료자세(P3)까지는 인간형 로봇의 착지 조건에 맞춰진 관절 궤적을 주로 사용하면 된다(
Figure 112013119619735-pat00017
).As shown in Equation (1), the weight function
Figure 112013119619735-pat00014
Wow
Figure 112013119619735-pat00015
(P 1 ) to the middle posture (P 2 ) for the natural gait, the joint trajectory of the human body is mainly used
Figure 112013119619735-pat00016
), And the joint trajectory corresponding to the landing condition of the humanoid robot from the intermediate posture (P 2 ) to the ending posture (P 3 )
Figure 112013119619735-pat00017
).

도 3 은 가중치 함수

Figure 112013119619735-pat00018
의 일례를 나타낸 그래프로서, 인간형 보행과 로봇형 보행의 부드러운 전환을 위해 중심점에서 부드럽게 0에서 1로 천이하는 시그모이드(sigmoid) 함수를 나타낸다.FIG. 3 is a graph
Figure 112013119619735-pat00018
Which represents a sigmoid function that smoothly transitions from zero to one at the center point for smooth transition between humanoid walking and robot walking.

본 발명에서는 도 2와 같은 인체의 관절각 궤적을 로봇 제어기로 간편하게 처리하기 위해 원래의 관절각 궤적에 가장 근접한 궤적을 생성하는 3차 이상 다항함수의 계수를 근사화 기법으로 최적화 알고리즘을 이용해서 탐색한다(S20).In the present invention, in order to easily process the joint trajectory of the human body as shown in FIG. 2 with the robot controller, the coefficient of the third-order ideal polynomial function generating the trajectory closest to the original joint trajectory is searched using an optimization algorithm by an approximation technique (S20).

일반적으로 굴곡이 있는 궤적을 근사화하는 고차의 다항함수 계수를 구하는 것은 어려우므로 1주기(Tc)를 몇 개의 구간으로 분할하고 각 구간을 저차의 다항함수로 표현하는 방식인 혼합다항식(blending polynomial)을 사용하면 편리하다.In general, it is difficult to obtain polynomial coefficients of higher order to approximate a curved trajectory. Therefore, blending polynomial, which is a method of dividing one period (T c ) into several intervals and expressing each interval as a polynomial function of lower order, It is convenient to use.

혼합다항식의 실시 일례로서, 어떤 관절각의 회전각 궤적이 3개의 세그먼트로 구성되어 있고, 그 중에서 i 번째 세그먼트가 다음 수학식 2와 같이 표현된다고 하자.As an example of the mixing polynomial, it is assumed that a rotation angle locus of a certain joint angle is composed of three segments, and the i-th segment is represented by the following equation (2).

Figure 112013119619735-pat00019
Figure 112013119619735-pat00019

상기 수학식 2에서

Figure 112013119619735-pat00020
와
Figure 112013119619735-pat00021
는 i 번째 구간의 양쪽 경유점인 시작지점과 종료지점을 각각 의미하고, 궤적 계수
Figure 112013119619735-pat00022
는 아래의 수학식 3과 같이 두 경유점에서의 각도인
Figure 112013119619735-pat00023
와, 각속도인
Figure 112013119619735-pat00024
를 이용해서 구할 수 있다.In Equation (2)
Figure 112013119619735-pat00020
Wow
Figure 112013119619735-pat00021
Denotes a starting point and an ending point, which are points on both sides of an i-th section, and a trajectory coefficient
Figure 112013119619735-pat00022
Is expressed by the following equation (3)
Figure 112013119619735-pat00023
And an angular velocity
Figure 112013119619735-pat00024
. ≪ / RTI >

Figure 112013119619735-pat00025
Figure 112013119619735-pat00025

Figure 112013119619735-pat00026
Figure 112013119619735-pat00026

Figure 112013119619735-pat00027
Figure 112013119619735-pat00027

도 4 는 본 발명의 실시예로서 하나의 관절각 궤적

Figure 112013119619735-pat00028
를 수학식 2와 3을 이용해서 전체 구간을 3개 구간
Figure 112013119619735-pat00029
으로 분할한 것을 나타낸 그래프이다.Fig. 4 is a view showing an example of a joint angular locus
Figure 112013119619735-pat00028
Using Equations 2 and 3, the entire section is divided into three sections
Figure 112013119619735-pat00029
As shown in Fig.

도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 전체 궤적의 모양을 결정하는 것은 4개의 경유점

Figure 112013119619735-pat00030
에서의 각도
Figure 112013119619735-pat00031
와 각속도
Figure 112013119619735-pat00032
로서 수작업 또는 최적화 알고리즘 등을 이용해서 결정해야 한다.As shown in Fig. 4, determining the shape of the overall trajectory is based on four diesel-
Figure 112013119619735-pat00030
The angle at
Figure 112013119619735-pat00031
And angular velocity
Figure 112013119619735-pat00032
And must be determined manually or by using optimization algorithms.

하기 수학식 4는 상기와 같이 3개 구간으로 이루어진 관절각 궤적

Figure 112015111458280-pat00033
를 각 경유점의 파라미터들을 이용해서 혼합다항식(
Figure 112015111458280-pat00078
)으로 표현한 수식이다.Equation (4) below is a joint angular trajectory
Figure 112015111458280-pat00033
Lt; RTI ID = 0.0 > polynomial < / RTI > (
Figure 112015111458280-pat00078
).

Figure 112015111458280-pat00034
Figure 112015111458280-pat00034

도 5(a)(b)(c)는 수학식 4의 혼합다항식 파라미터들을 최적화 알고리즘으로 탐색하여 도 2의 관절각 궤적과 거의 일치하는 궤적을 생성할 수 있음을 나타내는 그래프이다.FIGS. 5A, 5B and 5C are graphs showing that the mixed polynomial parameters of Equation 4 can be searched by the optimization algorithm to generate a trajectory almost matching the joint trajectory of FIG. 2. FIG.

따라서 상기 생성된 인체의 이족 보행 관절각 궤적을 이미 공지된 기술을 통해 산출된 인간형 로봇의 족관절 각도 궤적을 그대로 이용(공개번호 10-2009-0092584, 공개번호 10-2012-0105611 참조)하여 혼합하여 인간형 로봇의 이족 보행 관절각 궤적을 조정한다(S30). 즉, 인간형 로봇의 하지 구조에 따라 착지 시 하지 관절각 궤적을 수정한다.Therefore, the generated bipedal joint trajectory of the human body is used as it is by using the angular trajectory of the ankle joint of the humanoid robot, which is calculated through a known technique (see Publication No. 10-2009-0092584, Publication No. 10-2012-0105611) The bipedal joint locus of the humanoid robot is adjusted (S30). In other words, the trajectory of the underarm joint is corrected at the landing according to the underlying structure of the humanoid robot.

이후, 상기 인체 보행 시 측정된 하지 관절각 궤적의 파라미터를 조정하여 인간형 로봇의 보행 속도 및 보폭을 조정할 수 있다(S40).Then, the walking speed and the stride of the humanoid robot can be adjusted by adjusting the parameters of the limb trajectories of the human joint measured at the human body walking (S40).

상기 관절각 차원에서 인간형 로봇의 보행속도와 보폭을 직접적으로 용이하게 조절할 수 있는 방법으로서, 하기 수학식 5와 같이 경유점의 기준각도와 각속도 파라미터에 이득값

Figure 112013119619735-pat00035
를 곱하고, 각속도 파라미터를 다시 이득값
Figure 112013119619735-pat00036
로 나누는 방법을 제시한다. 이때, 상기
Figure 112013119619735-pat00037
값을 1.0으로부터 증가시킬 수 있도록 관절각 궤적의 절대값이 커져서 이족 보행의 보폭이 커진다. 반면에 상기
Figure 112013119619735-pat00038
값을 1.0에서부터 증가시킬수록 경유점에서의 각속도가 작아져서, 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 전체 궤적의 절대값은 일정한데 속도만 느려지는 파형을 생성한다.A method for directly and easily adjusting a walking speed and a stride of a humanoid robot on each of the joints, the method comprising the steps of:
Figure 112013119619735-pat00035
And the angular velocity parameter is again multiplied by the gain value
Figure 112013119619735-pat00036
. At this time,
Figure 112013119619735-pat00037
The absolute value of the joint angular locus is increased so that the value can be increased from 1.0, and the stride of bipedal walking becomes larger. On the other hand,
Figure 112013119619735-pat00038
As the value is increased from 1.0, the angular velocity at the passing point becomes smaller, so that the absolute value of the entire trajectory is constant but the velocity is slowed down as shown in Fig.

즉, 본 발명에서 제시하는 방법에 의하면, 보폭은

Figure 112013119619735-pat00039
에 비례하고, 보행속도는
Figure 112013119619735-pat00040
에는 비례하지만
Figure 112013119619735-pat00041
에는 반비례하는 특성을 가진다.That is, according to the method proposed by the present invention,
Figure 112013119619735-pat00039
And the walking speed is proportional to
Figure 112013119619735-pat00040
Is proportional to
Figure 112013119619735-pat00041
And have inverse proportions.

Figure 112015111458280-pat00042

이때, 상기
Figure 112015111458280-pat00068
는 3개 구간으로 이루어진 관절각 궤적
Figure 112015111458280-pat00079
를 각 경유점의 파라미터들을 이용한 혼합다항식을 의미한다.
Figure 112015111458280-pat00042
At this time,
Figure 112015111458280-pat00068
Is a three-segment joint trajectory
Figure 112015111458280-pat00079
Means a mixed polynomial using parameters of each passing point.

한편, 상기한 유각 관절궤적은 도 1의 중간자세(P2)로부터 종료자세(P3)까지(2단계)의 부드러운 보행을 생성하기 위한 관절 궤적으로서, 도 1의 시작자세(P1)로부터 중간자세(P2)(1단계)까지의 유각 관절궤적과 지지하는 다리의 관절궤적을 생성해야 인간형 로봇이 보행할 수 있다. 아울러, 단측지지 상태에서 인간형 로봇의 균형을 잡아주기 위해 관상면 고관절과 족관절의 각도궤적도 적절히 생성해야 한다.1 is a joint locus for generating a smooth gait from the middle posture P 2 to the ending posture P 3 (step 2), and is a joint locus for generating a smooth gait from the start posture P 1 The humanoid robot must be able to walk since it needs to generate the lobed joint trajectory up to the middle posture (P 2 ) (the first stage) and the joint trajectory of the supporting leg. In addition, the angular trajectory of the coronal hip joint and the ankle joint should be appropriately created to balance the humanoid robot in the unilateral support state.

따라서 도 1의 1단계의 유각 관절궤적은 초기각(

Figure 112013119619735-pat00043
)과 최종각(
Figure 112013119619735-pat00044
) 사이를 부드럽게 연결하면 되므로 하기 수학식 6과 같이 단일 구간으로 구성된 혼합다항식을 이용해서 생성한다. Therefore, the first step of Fig. 1 is the initial trapezoidal trajectory
Figure 112013119619735-pat00043
) And the final angle
Figure 112013119619735-pat00044
), It is generated by using a mixed polynomial composed of a single section as shown in Equation (6).

Figure 112013119619735-pat00045
Figure 112013119619735-pat00045

이때, 상기

Figure 112015111458280-pat00069
는 단일 구간에서 구성된 혼합다항식을 의미하며, 상기
Figure 112015111458280-pat00046
은 1 단계 보행에서 소요되는 시간을 나타내며, 상기
Figure 112015111458280-pat00047
와
Figure 112015111458280-pat00048
는 초기 각속도와 최종 각속도를 의미한다. 부드러운 보행 시작을 위해서는 초기 각속도(
Figure 112015111458280-pat00049
)를 0으로 설정하고, 최종 각속도(
Figure 112015111458280-pat00050
)는 2 단계 보행과의 연속성을 위해 해당 관절의 인체 보행 각속도 초기값과 동일하게 설정하면 된다.At this time,
Figure 112015111458280-pat00069
Denotes a mixed polynomial composed of a single section,
Figure 112015111458280-pat00046
Represents the time required for the first step of walking,
Figure 112015111458280-pat00047
Wow
Figure 112015111458280-pat00048
Means the initial angular velocity and the final angular velocity. To start a smooth gait,
Figure 112015111458280-pat00049
) Is set to 0, and the final angular velocity (
Figure 112015111458280-pat00050
) Is set to be equal to the initial value of the human body walking angular velocity of the corresponding joint for continuity with the second step walking.

도 7 은 3개의 유각 관절에 대해, 수학식 6을 이용해서 생성한 1단계 보행 궤적(사각형)과 수학식 5로 파라미터화 한 2단계보행 궤적(원)을 합성한 것을 실시예로 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing an example in which a three-legged joint is synthesized with a one-step walking trajectory (square) generated using Equation 6 and a two-stage walking trajectory (circle) parameterized with Equation 5 .

이에 따라, 2단계 단측지지 상태에서 인간형 로봇의 자세 균형을 잡아주기 위한 관상면 고관절과 족관절의 각도궤적은 도 8에서 보인 바람직한 실시 예처럼 1단계에서는 0°로부터 안정된 각도 값으로 충분히 회전한 후, 2단계에서는 그 값으로 유지 후 적절한 시점에 다시 0°로 돌아오는 궤적을 만들게 된다. 이 또한 수학식 4나 수학식 5와 같은 3구간 혼합다항식으로 생성할 수 있다.Accordingly, the angular locus of the coronal hip joint and the ankle joint for balancing the posture of the humanoid robot in the two-step single-side support state is sufficiently rotated from 0 DEG to a stable angle value in the first step as shown in FIG. 8, In the second step, the value is maintained and the trajectory returns to 0 ° at the appropriate time point. Can also be generated as a three-section mixed polynomial equation as shown in Equation (4) or (5).

도 9 는 본 발명에 따른 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법의 실시 일례로서 오른발로 지지하는 상태에서 휴머노이드 로봇이 인간과 유사한 2단계 보행을 행하는 것을 전면과 측면에서 시뮬레이션 한 모습을 나타낸 도면이다.
FIG. 9 is an embodiment of a method for generating a joint joint trajectory of a humanoid robot for bipedal walking similar to the present invention, in which the humanoid robot performs a two-step walking similar to a human being in a state of right- Fig.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (8)

(A) 인간형 로봇의 주기 보행을 양측지지(double support)와 단측지지(single support) 상태로 구분하는 2단계 보행 패턴을 계획하는 단계와,
(B) 인체 보행 시 측정된 관절각 궤적(데이터)을 다항함수(polynomial function)로 근사화(approximation)하는 단계와,
(C) 상기 다항함수로 근사화된 인체의 관절각 궤적으로 인간형 로봇의 하지 구조에 맞춰 조정하는 단계와,
(D) 상기 인체 보행 시 측정된 하지 관절각 궤적의 파라미터를 조정하여 인간형 로봇의 보행 속도 및 보폭 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.(A) planning a two-step gait pattern that divides the cyclic walking of a humanoid robot into a double support and a single support state,
(B) approximating the joint trajectory (data) measured by the human body with a polynomial function,
(C) adjusting the trajectory of the human body approximated by the polynomial function in accordance with the ground structure of the humanoid robot,
(D) adjusting at least one of a walking speed and a stride of the humanoid robot by adjusting a parameter of a limb trajectory of the limb of the human body measured at the time of walking the human body. How to create joint joint trajectory. 제 1 항에 있어서, 상기 (A) 단계는
양측지지 상태에서 무게중심을 앞으로 이동하는 시작자세(P1)로부터 중간자세(P2)까지의 단계와,
단측지지 상태에서 한쪽 다리를 들어 올리며 전진 후 착지하는 중간자세(P2)부터 종료자세(P3)까지 단계와,
상기 2단계의 보행 패턴으로 주기 보행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.The method of claim 1, wherein the step (A)
A step from a starting posture (P 1 ) to an intermediate posture (P 2 ) for moving the center of gravity forward in both supported states,
A step from an intermediate posture (P 2 ) to a posture posture (P 3 ) in which one leg is lifted in a short-side support state,
And a step of walking at a cycle of the two-step gait pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 (B) 단계는
측정된 관절각 궤적에 가장 근접한 궤적을 생성하는 3차 이상 다항함수의 계수를 근사화 기법으로 탐색하는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.2. The method of claim 1, wherein step (B)
And calculating a coefficient of a third-order ideal polynomial function that produces a trajectory closest to the measured joint trajectory using an approximation technique. The method for generating a trajectory of a humanoid robot for bipedal walking similar to a human being. 제 3 항에 있어서, 상기 (B) 단계는
3개 구간으로 이루어진 관절각 궤적을 각 경유점의 파라미터들을 이용해서 혼합다항식으로 나타내는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.4. The method of claim 3, wherein step (B)
Wherein the joint trajectory of the three legs is represented by mixing polynomials using parameters of the respective transit points. 제 4 항에 있어서,
상기 각 경유점은 시간, 각도, 각속도, 각가속도 등의 물리량을 파라미터로 가지는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.5. The method of claim 4,
Wherein each of the transit points has a parameter such as a time, an angle, an angular velocity, and an angular velocity as parameters, which is similar to a human being, and a method for generating a joint locus of a humanoid robot for bipedal walking. 제 1 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
인간형 로봇의 1주기 동안의 하지 관절의 각도 궤적 및 인체의 관절각 목표 궤적을 각각 시간에 대한 가중치를 부여하고 혼합하는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.2. The method of claim 1, wherein step (C)
Wherein the angular locus of the lower limb during one cycle of the humanoid robot and the target loci of the joints of the human body are weighted and mixed with respect to time, respectively, and mixed. 제 6 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
인간형 로봇의 1주기 동안의 하지 시상면 관절의 인간형 로봇의 관절각을
Figure 112015111458280-pat00080
라고 하고, 인체의 관절각을
Figure 112015111458280-pat00086
라고 할 때, 두 궤적을 시간에 대한 가중치 함수로
Figure 112015111458280-pat00053
와
Figure 112015111458280-pat00054
로 하기 수학식 1과 같이 혼합하며, [수학식 1]
Figure 112015111458280-pat00055

이때, 상기 i 는 족관절, 슬관절, 고관절을 나타내고, 상기 k는 현재 보행 주기의 차수(즉, k번째 보행)를 나타내고, 상기 Tc는 1주기의 보행시간을 나타내고 상기 Td는 1주기 내의 양측지지상태(Double Support Phase : DSP) 기간을 나타내는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.7. The method of claim 6, wherein step (C)
The joint angle of the humanoid robot in the lower sagittal plane joint for one cycle of the humanoid robot
Figure 112015111458280-pat00080
And the joint angle of the human body
Figure 112015111458280-pat00086
, We use the two trajectories as a weight function for time
Figure 112015111458280-pat00053
Wow
Figure 112015111458280-pat00054
As shown in the following Equation 1,
Figure 112015111458280-pat00055

Here, the i is the ankle, knee, represents the hip, the k represents the degree (i.e., k-th gait) of the current gait cycle, wherein the T c is on both sides in a represents walking time in one period the T d is one period Wherein the humanoid robot is in a state of being supported (Double Support Phase: DSP). 제 1 항에 있어서, 상기 (D) 단계는
수식
Figure 112015111458280-pat00070
및
Figure 112015111458280-pat00071
에서 나타내고 있는 것과 같이,
하지 관절각 궤적의 파라미터 중 하지 관절각 궤적을 표현하는 구간별 경유점의 기준 각도와 각속도 파라미터에 제 1 이득값을 곱하고, 각속도 파라미터를 제 2 이득값으로 나누는 것을 특징으로 하며,
이때, 상기
Figure 112015111458280-pat00072
는 3개 구간으로 이루어진 관절각 궤적
Figure 112015111458280-pat00081
를 각 경유점의 파라미터들을 이용한 혼합다항식을 의미하고, 상기
Figure 112015111458280-pat00073
는 단일 구간으로 구성된 혼합다항식을 의미하며, 상기
Figure 112015111458280-pat00074
은 1 단계 보행에서 소요되는 시간을 나타내며, 상기
Figure 112015111458280-pat00075
와
Figure 112015111458280-pat00076
는 초기 각속도와 최종 각속도를 의미하는 것을 특징으로 하는 인간과 유사한 이족 보행을 위한 인간형 로봇의 하지 관절궤적 생성 방법.The method of claim 1, wherein step (D)
Equation
Figure 112015111458280-pat00070
And
Figure 112015111458280-pat00071
As shown in Fig.
The angular velocity parameter is multiplied by a first gain value, and the angular velocity parameter is divided by a second gain value, wherein the angular velocity parameter is multiplied by a second gain value,
At this time,
Figure 112015111458280-pat00072
Is a three-segment joint trajectory
Figure 112015111458280-pat00081
Means a mixing polynomial using parameters of the passing points,
Figure 112015111458280-pat00073
Denotes a mixed polynomial composed of a single section,
Figure 112015111458280-pat00074
Represents the time required for the first step of walking,
Figure 112015111458280-pat00075
Wow
Figure 112015111458280-pat00076
Wherein the initial angular velocity and the final angular velocity of the humanoid robot are the initial angular velocity and the final angular velocity.
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