KR101772972B1 - 보행 로봇 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR101772972B1
KR101772972B1 KR1020100132595A KR20100132595A KR101772972B1 KR 101772972 B1 KR101772972 B1 KR 101772972B1 KR 1020100132595 A KR1020100132595 A KR 1020100132595A KR 20100132595 A KR20100132595 A KR 20100132595A KR 101772972 B1 KR101772972 B1 KR 101772972B1
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박재호
노경식
권웅
김주형
이주석
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40244—Walking manipulator with integrated stewart, parallel arm

Abstract

보행 로봇 및 그 제어 방법을 개시한다. 보행 로봇의 제어 방법은, 제 1 다리가 스윙 상태이고 제 2 다리가 지지 상태일 때 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고; 제 2 다리가 토-오프 상태일 때 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키며; 스윙 상태와 지지 상태, 토-오프 상태 사이의 천이를 반복하여 보행한다. 이를 통해 보다 안정적이고 자연스러운 보행이 가능하도록 한다.

Description

보행 로봇 및 그 제어 방법{WALKING ROBOT AND CONTROL METHOD THEREOF}
로봇에 관한 것으로서, 보행 로봇 및 그 보행 제어 방법에 관한 것이다.
보행 로봇이 보행할 때 거친 평면이나 계단과 같은 경사면, 장애물이 있는 경우, 보행 로봇의 보행은 바퀴 달린 로봇에 비해 더 큰 이동도를 가진다. 특히 균형을 잃고 넘어지는 경우가 많기 때문에 로봇의 보행 패턴을 정해줄 때 안정성 측면을 고려해주는 것이 필수적이다.
보행 로봇의 동적 안정성을 보장하기 위하여 ZMP(Zero Moment Point)를 고려한 보행 패턴을 생성하는 연구가 제안되고 있다.
ZMP는 발바닥에서 발생하는 힘으로 인한 모든 모멘트들의 합이 0이 되는 지점을 의미한다. 즉 ZMP는 보행 로봇의 발과 지면의 접촉면이 이루는 면에서 발과 지면 사이의 반작용의 크기가 0 이 되는 점이다. 그리고, ZMP가 발바닥과 지면이 접촉해 있는 지지면 내에 있다면 보행 로봇은 넘어지지 않고 걸을 수 있다.
보행 로봇의 행동 패턴을 생성할 때 움직이는 매 순간마다 ZMP가 항상 발바닥과 지면의 접촉면 내에 있을 때, 보행 로봇은 안정하게 유지된다.
최근의 보행 로봇의 균형을 잡는 방법들은 ZMP가 지지면 내에 위치하도록 관절 움직임에 대한 전략을 세우고, 제한 조건식들을 만족시키는 최적화 문제를 푸는 기술이 대부분이다.
일 측면에 따르면, 보다 안정적이고 자연스러운 보행이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 보행 로봇의 제어 방법은, 제 1 다리가 스윙 상태이고 제 2 다리가 지지 상태일 때 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고; 제 2 다리가 토-오프 상태일 때 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키며; 스윙 상태와 지지 상태, 토-오프 상태 사이의 천이를 반복하여 보행하되, 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
Figure 112017049493023-pat00098
는 다음과 같이 정의된다
(식 1)
Figure 112017049493023-pat00099

여기서,
Figure 112017049493023-pat00100
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00101
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00102
는 목표 관절 각도이고,
Figure 112017049493023-pat00103
는 피드 포워드 토크이다.
삭제
삭제
상술한 보행 로봇의 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00104
및 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00105
를 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00106
와 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00107
를 각각 지지 상태 또는 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 제어 방법은, 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가된다.
본 발명에 따른 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 제 1 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 2 다리를 지지 상태로 천이시키며; 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고; 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키며; 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 제 1 다리를 토-오프 상태로 천이시키고; 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 1 다리를 스윙 상태로 천이시키며; 이 상태 천이의 반복을 통해 보행하되, 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
Figure 112017049493023-pat00108
는 다음과 같이 정의된다.
(식 1)
Figure 112017049493023-pat00109
여기서,
Figure 112017049493023-pat00110
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00111
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00112
는 목표 관절 각도이고,
Figure 112017049493023-pat00113
는 피드 포워드 토크이다.
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00114
및 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00115
를 감소시킨다.
삭제
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00116
와 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00117
를 각각 지지 상태 또는 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가된다.
본 발명에 따른 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 스윙 상태의 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 지지 상태의 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고; 토-오프 상태의 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키되, 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
Figure 112017049493023-pat00118
는 다음과 같이 정의된다.
(식 1)
Figure 112017049493023-pat00119
여기서,
Figure 112017049493023-pat00120
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00121
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00122
는 목표 관절 각도이고,
Figure 112017049493023-pat00123
는 피드 포워드 토크이다.
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00124
및 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00125
를 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00126
와 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00127
를 각각 지지 상태 또는 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 또 다른 제어 방법은, 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가된다.
본 발명에 따른 보행 로봇은, 제 1 다리와; 제 2 다리와; 제 1 다리 및 제 2 다리 각각에 가해지는 지면 반발력을 검출하기 위한 센서부와; 스윙 상태의 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 지지 상태의 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고, 토-오프 상태의 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키는 제어부를 포함하되, 제어부는 토-오프 상태로 천이 시 다리에 다음의 수식으로 정의되는 토크
Figure 112017049493023-pat00128
가 인가되도록 제어한다.
(식 1)
Figure 112017049493023-pat00129
여기서,
Figure 112017049493023-pat00130
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00131
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
Figure 112017049493023-pat00132
는 목표 관절 각도이고,
Figure 112017049493023-pat00133
는 피드 포워드 토크이다.
상술한 보행 로봇의 제어부는, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00134
및 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00135
를 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 제어부는, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00136
와 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00137
를 각각 지지 상태 또는 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시킨다.
상술한 보행 로봇의 제어부는, 토-오프 상태의 다리에서, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되도록 제어하고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되도록 제어한다.
일 측면에 따르면, 보다 안정적이고 자연스러운 보행이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 보행 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇의 제어 계통을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행 로봇의 보행 개념을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇의 보행 시 적용되는 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00138
)의 방향을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 보행 로봇(10)은 인간과 마찬가지로 두 개의 다리(11R, 11L)에 의해 직립 이동하는 이족 보행 로봇으로, 몸통(12)과, 몸통(12)의 상부에 두 개의 팔(13R, 13L)과 머리(14)를 구비하며, 두 개의 다리(11R, 11L)와 팔(13R, 13L) 선단에는 각각 발(15R, 15L)과 손(16R, 16L)을 구비한다. 참조부호에서 R과 L은 보행 로봇(10)의 오른쪽(Right)과 왼쪽(Left)을 나타내고, COG는 보행 로봇(10)의 무게 중심 위치를 나타내며, ZMP는 보행 로봇(10)과 바닥의 접촉면에서 롤 방향(roll; 보행 로봇의 보행 진행방향인 x축 방향)과 피치 방향(pitch; 보행 로봇의 좌우 보폭 방향인 y축 방향)의 모멘트가 0이 되는 점을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 보행 로봇의 주요 관절 구조를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 다리(11R, 11L)는 보행 로봇(10)의 발목, 무릎, 힙에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 발목 관절(17R, 17L), 무릎 관절(18R, 18L), 힙 관절(19R, 19L)을 각각 구비하고, 힙 관절(19R, 19L)은 두 개의 다리(11R, 11L)와 연결되는 몸통(12) 아래의 양 쪽 끝에 위치한다.
각 다리(11R, 11L)의 발목 관절(17R, 17L)은 x축(roll axis;보행 로봇의 보행 진행방향)과 y축(pitch axis;좌우 보폭 방향)으로 움직임이 가능하고, 무릎 관절(18R, 18L)은 y축(pitch axis)으로 움직임이 가능하며, 힙 관절(19R, 19L)은 x축(roll axis)과 y축(pitch axis), z축(yaw axis)으로 움직임이 가능하다.
또한, 두 개의 다리(11R, 11L)에는 힙 관절(19R, 19L)과 무릎 관절(18R, 18L)을 연결하는 상부 링크(20R, 20L)와, 무릎 관절(18R, 18L)과 발목 관절(17R, 17L)을 연결하는 하부 링크(21R, 21L)를 각각 포함하여 각 관절((17R, 17L), (18R, 18L), (19R, 19L), 22)의 움직임에 따라 일정 수준의 자유도를 가지고 보행이 가능하도록 하며, 각 다리(11R, 11L)의 발목에는 힘/토크 측정센서(22R, 22L;Force and Torque sensor;이하 F/T센서라 한다)가 설치되어 발(15R, 15L)로부터 전달되는 힘의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 측정하여 ZMP 정보를 제공한다.
그리고, 두 개의 다리(11R, 11L)와 연결되는 몸통(12)에는 보행 로봇(10)의 허리에 해당하는 부분이 회전할 수 있도록 허리 관절(23)을 구비하며, 허리 관절(23)은 몸통(12) 아래의 양 쪽 끝에 위치한 힙 관절(19R, 19L)을 연결하는 힙 링크(24)의 중심 위치(24G)와 동일 축 선상에 위치한다. 도면에 나타내지는 않았지만, 보행 로봇(10)의 모든 관절((17R, 17L), (18R, 18L), (19R, 19L), 22)은 구동을 위한 액추에이터(예를 들어, 모터와 같은 전동장치)를 각각 포함하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇의 제어 계통을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보행 로봇(10)의 동작 전반을 제어하는 제어부(302)의 입력 측에는 힘 센서(304a)와 토크 센서(304b)를 포함하는 센서부(304)가 통신 가능하도록 연결되고, 제어부(302)의 출력 측에는 보행 로봇(10)에 마련된 각각의 관절들로 이루어지는 관절부(306)가 통신 가능하도록 연결된다. 센서부(304)는 각 관절에 가해지는 힘 또는 각 관절에서의 토크를 측정하고, 이와 더불어 보행 로봇(10)의 자세 정보도 측정한다. 또한 힘 센서(304a) 및 토크 센서(304b)는 보행 로봇(10)의 발바닥에 가해지는 지면 반발력을 측정하는데 사용된다. 제어부(302)는 이 센서부(304)를 통한 측정 결과에 기초하여 관절들 각각을 제어함으로써 보행 로봇(10)의 보행 및 그 밖의 동작을 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행 로봇의 보행 개념을 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 보행 로봇의 제어 개념은, FSM(Finite State Machine) 제어에서, 지지하는 다리와 스윙하는 다리의 상태 천이(transition) 사이에 지지하는 다리의 토-오프(toe-off) 상태를 추가함으로써, 더욱 자연스럽고 안정적인 보행이 이루어지도록 한다.
즉, 제 1 다리(the first leg)인 좌측 다리(11L)가 스윙 상태이고 제 2 다리(the second leg)인 우측 다리(11R)가 지지 상태에서(402) 좌측 다리(11L)가 지면에 닿아 좌측 다리(11L)에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하게 되면(
Figure 112017049493023-pat00038
) 우측 다리(11R)를 토-오프 상태로 천이시킨다(404). 이 토-오프 상태에서는 정해진 궤적을 추종하는 제어에 피드 포워드(feedforward) 토크 값이 더해진다. 이 상태에서 우측 다리(11R)에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만으로 감소하면(
Figure 112017049493023-pat00139
) 우측 다리(11R)를 스윙 상태로 천이시키고 좌측 다리(11L)는 지지 상태로 천이시킨다(406). 이어서 우측 다리(11R)가 지면에 닿아 우측 다리(11R)에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하게 되면(
Figure 112017049493023-pat00040
) 좌측 다리(11L)를 토-오프 상태로 천이시킨다(408). 역시 이 토-오프 상태에서는 정해진 궤적을 추종하는 제어에 피드 포워드(feedforward) 토크 값이 더해진다. 이후 좌측 다리(11L)가 지면에 닿아 좌측 다리(11L)에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만으로 감소하면(
Figure 112017049493023-pat00140
) 좌측 다리(11L)를 스윙 상태로 천이시키고 우측 다리(11R)를 지지 상태로 천이시킨다(402).
다음의 식 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보행 로봇의 제어에서 토-오프 천이 시 가해지는 토크(
Figure 112010084905371-pat00042
)를 나타낸 것이다.

(식 1)
Figure 112017049493023-pat00141
식 1에서
Figure 112017049493023-pat00142
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어(PD 제어)의 비례 이득(proportional gain, P 게인)이고,
Figure 112017049493023-pat00143
는 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain, D 게인)이고,
Figure 112017049493023-pat00144
는 목표 관절 각도이고,
Figure 112017049493023-pat00145
는 피드 포워드 토크이다.
이 토-오프 상태로의 천이 시에는, 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
Figure 112017049493023-pat00146
와 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
Figure 112017049493023-pat00147
을 각각 지지 상태 또는 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시켜서 주로 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00148
)에 의해 관절이 움직이도록 한다.
Figure 112017049493023-pat00149
와
Figure 112017049493023-pat00150
의 크기가 작기 때문에 주어진 궤적이 관절의 움직임에 미치는 영향은 미비하고, 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00151
)에 의해 토-오프 동작이 구현된다. 따라서 별도의 토-오프 동작 궤적을 구할 필요가 없이 기존의 토-오프 동작이 없는 보행 궤적을 그대로 적용하여 사용할 수 있다.
삭제
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 보행 로봇의 보행 시 적용되는 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00152
)의 방향을 나타낸 도면이다. 도 5에서, (A)는 좌측 다리(11L)가 스윙 상태이고 우측 다리(11R)가 지지 상태)인 경우이며, (B)는 좌측 다리(11L)가 지면에 닿은 상태이고 우측 다리(11R)가 토-오프 상태이며, (C)는 좌측 다리(11L)가 지지 상태이고 우측 다리(11R)가 스윙 상태이다. 이 가운데 토-오프 상태를 나타내고 있는 (B)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 토-오프 상태에서는, 토-오프 상태의 우측 다리(11R)의 힙 관절에 반 시계 방향의 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00054
)를 인가하고, 무릎 관절에 시계 방향의 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00055
)를 인가하며, 발목 관절에 시계 방향의 피드 포워드 토크(
Figure 112017049493023-pat00056
)를 인가한다.
이 때 각 관절에 인가되는 피드 포워드 토크의 크기는 실험을 통해 보행 로봇(10)이 자연스러운 보행을 수행할 때의 값을 얻어 이를 데이터베이스화하고, 실제 보행 시 이 데이터베이스의 값을 참조하여 최적의 피드 포워드 토크가 인가되도록 보행 로봇(10)을 제어한다.

Claims (20)

  1. 제 1 다리가 스윙 상태이고 제 2 다리가 지지 상태일 때 상기 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 상기 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고;
    상기 제 2 다리가 토-오프 상태일 때 상기 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 상기 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 상기 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키며;
    상기 스윙 상태와 상기 지지 상태, 상기 토-오프 상태 사이의 천이를 반복하여 보행하되,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
    Figure 112017049493023-pat00153
    는 다음과 같이 정의되는 보행 로봇의 제어 방법.
    (식 1)
    Figure 112017049493023-pat00154

    여기서,
    Figure 112017049493023-pat00155
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00156
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00157
    는 목표 관절 각도이고,
    Figure 112017049493023-pat00158
    는 피드 포워드 토크이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 상기 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00159
    및 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00160
    를 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00161
    와 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00162
    를 각각 상기 지지 상태 또는 상기 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되는 보행 로봇의 제어 방법.
  6. 제 1 다리를 스윙 상태로 천이시키고 제 2 다리를 지지 상태로 천이시키며;
    상기 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 상기 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고;
    상기 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 상기 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 상기 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키며;
    상기 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 상기 제 1 설정 값을 초과하면 상기 제 1 다리를 토-오프 상태로 천이시키고;
    상기 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 상기 제 2 설정 값 미만이면 상기 제 1 다리를 스윙 상태로 천이시키며
    이 상태 천이의 반복을 통해 보행하되,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
    Figure 112017049493023-pat00163
    는 다음과 같이 정의되는 보행 로봇의 제어 방법.
    (식 1)
    Figure 112017049493023-pat00164

    여기서,
    Figure 112017049493023-pat00165
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00166
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00167
    는 목표 관절 각도이고,
    Figure 112017049493023-pat00168
    는 피드 포워드 토크이다.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00169
    및 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00170
    를 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00171
    와 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00172
    를 각각 상기 지지 상태 또는 상기 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되는 보행 로봇의 제어 방법.
  11. 스윙 상태의 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 지지 상태의 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고;
    상기 토-오프 상태의 상기 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 상기 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 상기 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키되,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 가해지는 토크
    Figure 112017049493023-pat00173
    는 다음과 같이 정의되는 보행 로봇의 제어 방법.
    (식 1)
    Figure 112017049493023-pat00174

    여기서,
    Figure 112017049493023-pat00175
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00176
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00177
    는 목표 관절 각도이고,
    Figure 112017049493023-pat00178
    는 피드 포워드 토크이다.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00179
    및 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00180
    를 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00181
    와 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00182
    를 각각 상기 지지 상태 또는 상기 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시키는 보행 로봇의 제어 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 토-오프 상태의 다리에 가해지는 피드 포워드 토크는, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되는 보행 로봇의 제어 방법.
  16. 제 1 다리와;
    제 2 다리와;
    상기 제 1 다리 및 상기 제 2 다리 각각에 가해지는 지면 반발력을 검출하기 위한 센서부와;
    스윙 상태의 제 1 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 1 설정 값을 초과하면 지지 상태의 제 2 다리를 토-오프 상태로 천이시키고, 상기 토-오프 상태의 상기 제 2 다리에 가해지는 지면 반발력이 제 2 설정 값 미만이면 상기 제 2 다리를 스윙 상태로 천이시키고 상기 제 1 다리를 지지 상태로 천이시키는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 토-오프 상태로 천이 시 다리에 다음의 수식으로 정의되는 토크
    Figure 112017049493023-pat00183
    가 인가되도록 제어하는 보행 로봇.
    (식 1)
    Figure 112017049493023-pat00184

    여기서,
    Figure 112017049493023-pat00185
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득(proportional gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00186
    는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득(differential gain)이고,
    Figure 112017049493023-pat00187
    는 목표 관절 각도이고,
    Figure 112017049493023-pat00188
    는 피드 포워드 토크이다.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00189
    및 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00190
    를 감소시키는 보행 로봇.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득
    Figure 112017049493023-pat00191
    와 상기 토-오프 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 미분 이득
    Figure 112017049493023-pat00192
    을 각각 상기 지지 상태 또는 상기 스윙 상태로의 천이 시 비례 미분 제어의 비례 이득 및 미분 이득의 1~10%로 감소시키는 보행 로봇.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 토-오프 상태의 다리에서, 힙 관절에는 반시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되도록 제어하고, 무릎 관절과 발목 관절 각각에는 시계 방향의 피드 포워드 토크가 인가되도록 제어하는 보행 로봇.
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