KR20030068443A - 인간형 링크계의 운동생성방법 - Google Patents

인간형 링크계의 운동생성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030068443A
KR20030068443A KR10-2003-0008752A KR20030008752A KR20030068443A KR 20030068443 A KR20030068443 A KR 20030068443A KR 20030008752 A KR20030008752 A KR 20030008752A KR 20030068443 A KR20030068443 A KR 20030068443A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
joint
humanoid
link
motion
acceleration
Prior art date
Application number
KR10-2003-0008752A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100545520B1 (ko
Inventor
나까무라요시히꼬
야마네가쯔
단게마나부
Original Assignee
일본국(동경대학장소관)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 일본국(동경대학장소관) filed Critical 일본국(동경대학장소관)
Publication of KR20030068443A publication Critical patent/KR20030068443A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100545520B1 publication Critical patent/KR100545520B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T13/00—Animation
    • G06T13/20—3D [Three Dimensional] animation
    • G06T13/40—3D [Three Dimensional] animation of characters, e.g. humans, animals or virtual beings
    • 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
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39323—Force and motion control
    • 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
    • G05B2219/40316—Simulation of human-like robot joint, restricted 3-D motion
    • 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
    • G05B2219/40517—Constraint motion planning, variational dynamic programming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

(과제) 직감적이며 간단한 인터페이스로부터의 입력을 바탕으로 자유도가 높은 인간형 모델이나 휴머노이드 등의 인간형 링크계가 실현가능한 운동을 인터랙티브하게 생성하는 데 있다.
(해결수단) 고정하는 링크, 관절가동영역 및 관절 목표값을 설정하고, 조이스틱 등에 의해 특정한 링크의 궤도를 지정하면, 인간형 링크계의 관절의, 운동학적인 구속조건만으로 계산된 목표 관절가속도가 역동역학계산에 기초하여 계산된 외력의 타당성 판정에 의해 실현불가능하다고 판정되었을 때에, 동역학을 고려한 새로운 구속조건을 추가하여 관절가속도를 재계산함으로써, 또는 링크에 작용하는 힘과 이것에 의한 가속도의 관계를 나타내는 조작공간 역관성 행렬을 이용하여 정식화된 동역학적인 구속조건과 운동학적인 구속조건을 연립시켜 풀어서, 인간형 링크계의 관절의 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 것이다.

Description

인간형 링크계의 운동생성방법 {METHOD FOR PROCEEDING MOTIONS OF HUMANOID LINK SYSTEMS}
본 발명은 인간과 유사한 구조를 갖는 링크계 (인간형 링크계) 의 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 방법에 관한 것이며, 본 발명의 방법은 휴머노이드용 운동생성 소프트웨어나 휴머노이드용 실시간 제어장치나, 컴퓨터 그래픽스용 동작생성 소프트웨어에 이용할 수 있다.
컴퓨터 그래픽스 (CG) 중의 인간형 모델이나 휴머노이드 (인간형 로봇) 는 2족보행이라는 매우 불안정한 운동형태를 갖기 때문에, 바닥 등의 환경으로부터 받는 접촉력과 그 자신의 관절이 발생시키는 토크에 의해 실현가능한 운동에는 제한이 있다. 따라서 휴머노이드에 미리 역학적으로 실현가능한 운동을 생성해 놓을 수 있다면 실제 기계에서의 제어가 쉬워진다. 또한, CG 애니메이션 분야에서는 물리적으로 자연스러운 운동을 자동생성함으로써 손쉽게 자연스러운 애니메이션을 생성할 수 있다.
예컨대 휴머노이드의 운동생성에 있어 그 운동이 이상적인 모델에 대해 역학적으로 실현할 수 있음을 보증할 수 있다면 제어가 쉬워지므로 이점이 크다. 그러나, 대부분의 휴머노이드는 다수의 관절을 가지므로, 다룰 변수가 많아져 조작이 번잡해지고, 계산량이 많기 때문에 실시간처리가 어려운 등의 과제가 있다.
종래기술로는 운동을 함수로 표시하여 역학적으로 실현가능해지도록 파라미터를 조정하는 방법 (Q. Huang, K. Kaneko, K. Yokoi, S. Kajita, and T. Kotoku:“Balance Control of a Biped Robot Combining Off-line Pattern with Real-time Modification”(오프라인에서 생성된 운동패턴과 실시간의 패턴수정에 의한 2족 보행 로봇의 균형제어), Proceedings of International Conference on Robotics and Automation, pp.3346-3352, 2000. 및, K. Nishiwaki, T. Sugihara, S. Kagami, M. Inaba, and H. Inoue: “Online Mixture and Connection of Basic Motions for Humanoid Walking Control by Foot print Specificaion (기본 보행패턴을 혼합함으로써, 지정된 착지점을 통과하고, 또한 역학적으로 실현가능한 보행운동을 실시간으로 생성하는 방법), Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 4110-4115, 2001. 참조) 나, 모션 캡처 데이터를 바탕으로 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 방법 (K. Yamane and Y. Nakamura: “Dynamics Filter-Concept and Implementation of On-Line Motion Generator for Human Figures”(운동방정식을 만족하는 운동중에서 모션 캡처된 운동에 될 수 있는 한 가까운 운동을 실시간으로 선택함으로써, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 방법), Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 688-695, 2000. 및, A. DasGupta and Y. Nakamura: “Making Feasible Walking Motion of Humanoid Robots from Human Motion Captured Data”(모션 캡처된 보행운동에 푸리에 급수로 표시된 수정항을 추가함으로써 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 방법), Proceedings of International Conference on Robotics and Automation, pp. 1044-1049, 1999. 참조) 등이 제안되어 있다.
그러나, 이러한 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.
(1) 특정한 종류의 운동밖에 생성할 수 없다.
(2) 운동이 인공적으로 된다.
(3) 계산시간이 길다.
(4) 파라미터 조정이 어렵다.
(5) 참조 운동데이터가 필요하다.
(6) 인터랙티브성이 없다.
또한, 본원 발명자가 앞서 특허출원 2001-242435 호에 의해 출원한 관련발명「나무 구조 링크계의 포즈 및 동작을 생성하는 방법」에서는 참조 운동데이터 없이 운동을 생성할 수 있지만, 이 방법에서는 역학을 전혀 고려하지 않았기 때문에 물리적으로 존재할 수 없는 운동을 생성할 가능성이 있다.
그러므로, 본 발명은 직감적이며 간단한 인터페이스로부터의 입력을 바탕으로 자유도가 높은 인간형 모델이나 휴머노이드 등의 인간형 링크계가 실현가능한 운동을 인터랙티브 (쌍방향적) 하게 생성하는 것을 목적으로 하며, 구체적으로는 조작자에 의해 부여되는,
(A) 링크의 절대위치를 고정한다.
(B) 관절값이 설정된 가동영역을 벗어나지 않는다.
(C) 관절값이 설정된 목표 관절값에 될 수 있는 한 근접한다.
등의 운동학적 구속을 만족시켜 인간형 링크계가 지정된 1개 또는 복수개의 링크가 어떠한 인터페이스에 의해 부여된 궤도상을 움직이고, 또한 인간형 링크계가 역학적으로 실현가능한 전신운동을 실시간으로 생성할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 역학적으로 실현가능하다는 것은 그 운동이 관절의 구동력과 바닥 등의 환경으로부터 받는 접촉력에 의해 실행할 수 있다는 것을 말한다.
도 1 은 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법을 실행하는 운동생성엔진을 사용하여 휴머노이드의 운동생성 시스템을 구축하는 경우의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 2 는 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법에서 사용하는 인터페이스의 기초로 되어 있는 관련발명「나무 구조 링크계의 포즈 및 동작을 생성하는 방법」의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 3 은 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법에 있어서 압력중심점이 접촉영역의 볼록 클로저내인지의 여부를 판단하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법에 있어서 조작공간 역관성 행렬을 계산하는 기초가 되는 접촉력과 링크 가속도를 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
a ∼ d: 링크 F: 발
P: 압력중심점 R: 볼록 클로저
상기 목적을 유리하게 달성하는 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법은 청구항 1 에 기재된 것에서는 인간형 링크계의 관절의, 운동학적인 구속조건만으로 계산된 목표 관절가속도가 역동역학계산에 기초하여 계산된 외력의 타당성 판정에 의해 실현불가능하다고 판정되었을 때에, 동역학을 고려한 새로운 구속조건을 추가하여 관절가속도를 재계산함으로써, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2 에 기재된 것에서는 링크에 작용하는 힘과 이것에 의한 가속도의 관계를 나타내는 조작공간 역관성 행렬을 이용하여 정식화된 동역학적인 구속조건과 운동학적인 구속조건을 연립시켜 풀어서, 인간형 링크계의 관절의, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 운동학적인 구속조건과 1개 또는 복수개의 링크의 궤도를 차례차례 입력하면 인간과 유사한 관절구성을 갖는 링크계가 실현가능한 운동을 실시간으로 출력하는 운동생성엔진을 가져 오는 것이며, 본 발명의 방법을 실행하는 운동생성엔진을 사용하여 휴머노이드의 운동생성시스템을 구축하는 경우의 구성예를 도 1 에 나타낸다. 이 시스템은 예컨대 컴퓨터로 구성되는 상기 운동생성엔진 이외에, 고정하는 링크 (환경에 고정된 물체를 붙잡고 있기 때문에 움직이게 할 수 없는 등), 관절가동영역 및 관절 목표값을 설정하는 인터페이스를 구비하고, 조이스틱 등에 의해 특정한 링크의 궤도를 지정할 수 있다. 이들 정보는 운동생성엔진에 입력되고, 생성된 운동이 로봇에 부여된다. 한편, 로봇에 부착된 센서에 의해 판독되는 현재의 상태는 운동생성엔진에 되돌려보내져 다음 단계의 운동생성에 이용된다.
상기 운동생성엔진은 다음 두가지 방법 중 어느 한 방법을 이용하고, 외부로부터 부여된 운동학적 구속과, 모델의 질량특성으로부터 부여되는 동역학적인 구속을 동시에 만족하는 운동을 생성한다.
(a) 운동역학계산에 기초하는 방법: 일단 운동학적 구속에 의해 이상적인 운동을 계산하고, 이것이 역학적으로 실현가능한지의 여부를 역동역학계산에 의해 얻어지는 접촉력에 의해 판정한다. 실현불가능한 경우에는 실현가능해지도록 운동을 수정한다.
(b) 조작공간 역관성 행렬에 의한 방법: 링크계 중의 임의의 링크에 작용하는 힘과 이것에 의해 발생하는 가속도와의 관계를 나타내는 조작공간 역관성 행렬에 의해 링크 사이에 작용하는 힘의 영향을 포함하는 구속조건을 도출하고, 이것과 운동학적인 구속조건을 동시에 풀어 운동을 계산한다.
이러한 방법 및 운동생성 시스템에 따르면 전술한 관련발명「나무 구조 링크계의 포즈 및 동작을 생성하는 방법」과 마찬가지로, 직감적으로 이해하기 쉬운 운동학적인 구속만 부여하여 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하므로, 단순한 인터페이스로 인터랙티브하게 인간형 링크계의 전신운동을 얻을 수 있다. 또한 동역학계산을 고속으로 행하는 알고리즘을 사용하므로, 실시간에 가까운 속도로 인간형 링크계의 동작을 생성할 수 있다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 인간형 링크계의 운동생성방법에서 사용하는 인터페이스의 기초가 되고 있는 전술한 관련발명「나무 구조 링크계의 포즈 및 동작을 생성하는 방법」의 개요를 나타낸다. 이 방법에서는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 인간형 링크계의 몇몇 링크 (도면에서는 링크 a, b, c) 를 공간 중에 고정하면서 다른 링크 (도면에서는 링크 d) 의 궤도를 지시하면 고정링크의 구속을 만족하면서 지시된 궤도상을 움직이는 전신운동을 생성한다. 링크의 위치 뿐만 아니라, 관절가동영역이나 관절목표값의 구속을 부여할 수도 있다. 그러나, 이 방법에서는 운동학적인 구속조건밖에 고려하지 않았기 때문에 역학적으로 부자연스러운 운동을 생성하는 경우가 있다.
본 발명에서는 상기 관련발명에서 이용한 운동학적인 구속에 더하여, 링크의 질량 및 관성모멘트, 관절토크, 접촉력 등을 고려한 동역학적인 구속도 동시에 고려함으로써, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성한다. 동역학적인 구속조건을 계산하는 방법으로는 다음과 같은 두 종류가 있다.
[A] 역동역학계산에 기초하는 방법
[B] 조작공간 역관성 행렬에 의한 방법
이하, 각각을 상세하게 나타낸다.
[A] 역동역학계산에 기초하는 방법
이 방법에서는 시간이 걸리는 순동역학계산을 회피하고 비교적 고속인 역동역학계산을 행함으로써 고속 계산을 실현한다. 수순은 다음과 같다.
(a) 운동학적인 구속조건을 만족하기 위해 필요한 목표 관절가속도를 계산한다. 즉, 상기 관련발명의 운동학적인 구속조건만을 고려하는 방법과 마찬가지로, 현재의 상태와 구속조건의 차이로부터, 구속조건을 만족하기 위해 각 관절이 발생해야 할 관절가속도를 계산한다.
(b) 역동역학계산을 행하여 상기 (a) 에서 계산된 목표 관절속도를 발생시키는데 필요한 바닥 등으로부터 받는 외력을 계산한다. 즉 뉴튼ㆍ오일러법 등의 역동역학계산법을 이용하여 목표 관절속도를 발생시키는데 필요한 외력을 계산한다.
(c) 상기 (b) 에서 계산된 외력이 접촉력으로서 타당한지의 여부를 조사한다. 타당성 판정의 기준이 되는 것은 다음과 같은 세 가지 점이다.
(1) 연직방향의 힘이 반발력으로 되어 있는가. 접촉력은 링크를 바닥에 잡아당기는 방향으로 작용할 수는 없기 때문이다.
(2) 압력중심점이 접촉영역의 볼록 클로저 (convex closure) 내인가. 도 3 에 나타내는 바와 같이 바닥에 대한 양 발 (F) 의 발바닥의 접촉영역인 볼록 클로저 (R) 에 압력중심점 (P) 이 포함되어 있을 필요가 있기 때문이다.
(3) 마찰력이 최대 정지마찰력 이하인가 (미끄러지고 있지 않을 때). 미끄럼이 없는 상태를 유지하기 위해서는 마찰력이 수직반력에 정지마찰계수를 곱하여 얻어지는 최대 정지마찰력 이하일 필요가 있기 때문이다.
(d) 상기 (c) 에서 타당하다고 판정된 경우에는 목표 관절가속도를 그대로 관절가속도로 한다.
(e) 상기 (c) 에서 타당하지 않다고 판정된 경우에는 그 외력에 가장 가깝고 또한 타당한 외력을 구하고, 외력이 그 수정된 값으로 되는 것을 새로운 구속조건으로서 추가하여 상기 수순 (a) 를 한번 더 실시한다. 그리고 새로운 구속조건 하에서 계산된 목표 관절가속도를 관절가속도로 한다.
외력은 다음과 같은 방법으로 수정한다.
(1) 연직방향의 외력이 잡아당기는 방향인 경우에는 연직방향의 힘을 제로로 한다.
(2) 압력중심점이 접촉영역의 볼록 클로저의 밖에 있는 경우에는 접촉면적의 볼록 클로저 중, 계산된 압력중심점에 가장 가까운 점을 새로운 압력중심점으로 한다.
(3) 마찰력이 최대 정지마찰력을 초과한 경우에는 최대 정지마찰력을 새로운 마찰력으로 한다.
또한 수정된 외력을
라 하면 관절가속도
가 만족해야 할 구속조건은 다음 식과 같이 된다.
여기서, 상기 Mb, Cb, Jcb는 각각 인간형 링크계의 관성 행렬, 속도ㆍ중력항, 접촉점의 좌표변환형렬 중 로봇의 허리관절에 대응하는 성분을 나타내고, Mb, Cb는 역동역학계산을 반복하여 행함으로써 고속으로 계산할 수 있다.
(f) 상기 (d) 또는 (e) 에서 얻어진 관절가속도를 적분하여 관절각도 및 관절속도를 얻는다.
[B] 조작공간 역관성 행렬에 의한 방법
이 방법에서는 인간형 링크계가 주목하는 링크에 작용하는 힘과 그 운동의 관계를 나타내는 조작공간 역관성 행렬을 이용한다. 이 행렬은 본원 발명자가 앞서 특허출원 2001-228804 호에 의해 출원한 관련발명「링크계 동역학 고속계산법」을 이용함으로써 고속으로 계산할 수 있다. 수순은 다음과 같다.
(a) 조작공간 역관성 행렬을 계산한다.
조작공간 역관성 행렬이란 도 4 에 나타내는 바와 같이 접촉력과 그 결과로서 발생하는 링크 가속도의 관계를 나타내는 행렬이다.
즉, 위치가 구속되어 있는 링크 i 의 조작공간 역관성 행렬을
라 하면 접촉을 고려하기 전의 가속도
와, 접촉을 고려한 후의 가속도
와, 접촉력 fc 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.
이 행렬은 상기 관련발명「링크계 동역학 고속계산법」의 방법을 이용함으로써 고속으로 계산할 수 있다
(b) 관절가속도와, 접촉을 고려하지 않을 때의 구속점의 가속도와의 관계를 나타내는 행렬을 계산한다.
상기 (a) 에서 사용하는 접촉을 고려하기 전의 가속도는 관절의 운동에 의한 관성력에 의해 변화된다. 여기서 사용하는 행렬 Φi은 이것을 접촉을 고려하기 전의 가속도와 관절가속도의 관계로서 다음과 같이 표현한다.
여기서, φi은 관절가속도가 제로일 때의 링크 i 의 가속도를 나타낸다.
(C) 접촉점에 스프링과 댐퍼가 있는 것으로 하여 바닥 등으로부터의 접촉력을 계산한다.
접촉점 m 에서의 잠입깊이가 dm, 그 속도가 um일 때, 접촉력 fm은 다음과 같이 계산된다.
여기서, kS, kD는 각각 스프링, 댐퍼의 계수이다. 모든 접촉점에 대해 fm의 합을 택하면 전체 접촉력 fc가 얻어진다.
(d) 상기 (a) (b) 에서 계산된 2개의 행렬 및 상기 (c) 에서 계산된 접촉력을 이용하여 관절가속도와, 궤도가 부여되는 링크 및 절대위치가 구속되어 있는 링크의 가속도와의 관계를 나타내는 식을 도출한다.
즉, (a) (b) 의 식으로부터 접촉을 고려하기 전의 가속도를 소거하여 정리하면 다음 식이 얻어진다.
이 식은 링크의 가속도 (접촉을 고려한 후의 가속도) 와 관절가속도의 관계를 부여한다.
위치가 구속되어 있는 링크 및 궤도가 부여되어 있는 링크에 대해서는 각각의 링크를 목표위치로 움직이게 하기 위한 목표 가속도
가 계산되어 있으므로, 접촉을 고려한 후의 가속도를 각각의 링크를 목표위치로 움직이게 하기 위한 목표 가속도와 치환한 식이 동역학을 고려한 구속조건이 된다.
(e) 상기 (d) 에서 계산된 식 및 목표 관절값 등 그 밖의 운동학적인 구속식을 연립방정식으로서 풀어 관절가속도를 얻는다.
관절가동영역과 목표 관절값에 대해서는 목표 가속도가 관절가속도의 목표값
으로서 부여된다. 이 조건과 (d) 의 구속조건을 동시에 풀어서 동역학과 운동학의 양방의 구속조건을 만족하는 관절가속도가 얻어진다.
(f) 상기 (e) 에서 얻어진 관절가속도를 적분하여 관절각도 및 관절속도를 얻는다.
따라서, 이러한 본원 발명의 방법 및 운동생성 시스템에 따르면 전술한 관련발명「나무 구조 링크계의 포즈 및 동작을 생성하는 방법」과 마찬가지로, 직감적으로 이해하기 쉬운 운동학적인 구속만 부여하여 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하므로, 단순한 인터페이스로 인터랙티브하게 인간형 링크계의 전신운동을 얻을 수 있고, 또한 동역학계산을 고속으로 행하는 알고리즘을 사용하므로, 실시간에 가까운 속도로 인간형 링크계의 동작을 생성할 수 있다.

Claims (2)

  1. 인간형 링크계의 관절의, 운동학적인 구속조건만으로 계산된 목표 관절가속도가 역동역학계산에 기초하여 계산된 외력의 타당성 판정에 의해 실현불가능하다고 판정되었을 때에, 동역학을 고려한 새로운 구속조건을 추가하여 관절가속도를 재계산함으로써, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 것을 특징으로 하는 인간형 링크계의 운동생성방법.
  2. 링크에 작용하는 힘과 이것에 의한 가속도의 관계를 나타내는 조작공간 역관성 행렬을 이용하여 정식화된 동역학적인 구속조건과 운동학적인 구속조건을 연립시켜 풀어서, 인간형 링크계의 관절의, 역학적으로 실현가능한 운동을 생성하는 것을 특징으로 하는 인간형 링크계의 운동생성방법.
KR1020030008752A 2002-02-12 2003-02-12 인간형 링크계의 운동생성방법 KR100545520B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2002-00034535 2002-02-12
JP2002034535A JP3790816B2 (ja) 2002-02-12 2002-02-12 人型リンク系の運動生成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030068443A true KR20030068443A (ko) 2003-08-21
KR100545520B1 KR100545520B1 (ko) 2006-01-24

Family

ID=27606570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030008752A KR100545520B1 (ko) 2002-02-12 2003-02-12 인간형 링크계의 운동생성방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7136722B2 (ko)
EP (2) EP1780679A1 (ko)
JP (1) JP3790816B2 (ko)
KR (1) KR100545520B1 (ko)
CN (1) CN1249623C (ko)
CA (1) CA2418727C (ko)
DE (1) DE60318340D1 (ko)

Families Citing this family (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040064195A1 (en) 2002-07-15 2004-04-01 Hugh Herr Variable-mechanical-impedance artificial legs
US8075633B2 (en) 2003-09-25 2011-12-13 Massachusetts Institute Of Technology Active ankle foot orthosis
KR100629431B1 (ko) 2004-12-14 2006-09-29 한국전자통신연구원 질점 위치 보정 방법 및 그를 이용한 인간형 관절체애니메이션 장치 및 그 방법
US20070123997A1 (en) 2005-03-31 2007-05-31 Massachusetts Institute Of Technology Exoskeletons for running and walking
US10080672B2 (en) 2005-03-31 2018-09-25 Bionx Medical Technologies, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
US8864846B2 (en) 2005-03-31 2014-10-21 Massachusetts Institute Of Technology Model-based neuromechanical controller for a robotic leg
US20060249315A1 (en) 2005-03-31 2006-11-09 Massachusetts Institute Of Technology Artificial human limbs and joints employing actuators, springs, and variable-damper elements
US8500823B2 (en) 2005-03-31 2013-08-06 Massachusetts Institute Of Technology Powered artificial knee with agonist-antagonist actuation
US20070043449A1 (en) 2005-03-31 2007-02-22 Massachusetts Institute Of Technology Artificial ankle-foot system with spring, variable-damping, and series-elastic actuator components
US20070162152A1 (en) 2005-03-31 2007-07-12 Massachusetts Institute Of Technology Artificial joints using agonist-antagonist actuators
US8512415B2 (en) 2005-03-31 2013-08-20 Massachusetts Institute Of Technology Powered ankle-foot prothesis
US7313463B2 (en) * 2005-03-31 2007-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Biomimetic motion and balance controllers for use in prosthetics, orthotics and robotics
US10307272B2 (en) 2005-03-31 2019-06-04 Massachusetts Institute Of Technology Method for using a model-based controller for a robotic leg
US11278433B2 (en) 2005-03-31 2022-03-22 Massachusetts Institute Of Technology Powered ankle-foot prosthesis
US7573477B2 (en) * 2005-06-17 2009-08-11 Honda Motor Co., Ltd. System and method for activation-driven muscle deformations for existing character motion
JP4682791B2 (ja) * 2005-10-12 2011-05-11 ソニー株式会社 操作空間物理量算出装置及び操作空間物理量算出方法、並びにコンピュータ・プログラム
KR100920056B1 (ko) 2006-12-04 2009-10-07 한국전자통신연구원 조립식 다관절체를 이용한 자세/모션 캡쳐 및 편집 장치와 그 방법
US20080221487A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Motek Bv Method for real time interactive visualization of muscle forces and joint torques in the human body
WO2008135863A2 (en) * 2007-05-03 2008-11-13 Motek Bv Method and system for real tlme interactive dynamic alignment of prosthetics
JP5109573B2 (ja) * 2007-10-19 2012-12-26 ソニー株式会社 制御システム及び制御方法、並びにロボット装置
US9554922B2 (en) 2008-09-04 2017-01-31 Bionx Medical Technologies, Inc. Hybrid terrain-adaptive lower-extremity systems
US20110082566A1 (en) 2008-09-04 2011-04-07 Herr Hugh M Implementing a stand-up sequence using a lower-extremity prosthesis or orthosis
US8199151B2 (en) * 2009-02-13 2012-06-12 Naturalmotion Ltd. Animation events
US8781624B2 (en) * 2009-03-24 2014-07-15 Disney Enterprises, Inc. Systems and methods for tracking and balancing robots for imitating motion capture data
US20110295384A1 (en) 2010-04-05 2011-12-01 Herr Hugh M Controlling power in a prosthesis or orthosis based on predicted walking speed or surrogate for same
US20110267357A1 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Rennuit Antoine Felix Robert Animating a virtual object within a virtual world
US8676382B2 (en) 2010-05-26 2014-03-18 GM Global Technology Operations LLC Applying workspace limitations in a velocity-controlled robotic mechanism
WO2012096956A1 (en) 2011-01-10 2012-07-19 Iwalk, Inc. Powered joint orthosis
EP2663904A2 (en) 2011-01-12 2013-11-20 Iwalk, Inc. Controlling powered human augmentation devices
WO2012100250A1 (en) 2011-01-21 2012-07-26 Iwalk, Inc. Terrain adaptive powered joint orthosis
US9060883B2 (en) 2011-03-11 2015-06-23 Iwalk, Inc. Biomimetic joint actuators
US9566710B2 (en) 2011-06-02 2017-02-14 Brain Corporation Apparatus and methods for operating robotic devices using selective state space training
JP5907678B2 (ja) * 2011-07-20 2016-04-26 オリンパス株式会社 医療用動作機構およびマニピュレータ
WO2013067407A1 (en) 2011-11-02 2013-05-10 Iwalk, Inc. Biomimetic transfemoral prosthesis
JP5399593B2 (ja) * 2011-11-10 2014-01-29 パナソニック株式会社 ロボット、ロボットの制御装置、制御方法、及び制御プログラム
US9032635B2 (en) 2011-12-15 2015-05-19 Massachusetts Institute Of Technology Physiological measurement device or wearable device interface simulator and method of use
CA2867484C (en) 2012-03-29 2018-10-09 Aliasgar MORBI Control system and device for patient assist
US9221177B2 (en) 2012-04-18 2015-12-29 Massachusetts Institute Of Technology Neuromuscular model-based sensing and control paradigm for a robotic leg
EP2858602A2 (en) 2012-06-12 2015-04-15 Iwalk, Inc. Prosthetic, orthotic or exoskeleton device
CN103019096B (zh) * 2012-11-23 2015-09-16 北京理工大学 一种基于加速度优化的仿人机器人逆动力学控制器
CN103853043B (zh) * 2012-11-30 2017-02-22 北京配天技术有限公司 机器人中实现同步ptp运动的方法及装置
US9764468B2 (en) 2013-03-15 2017-09-19 Brain Corporation Adaptive predictor apparatus and methods
US9242372B2 (en) 2013-05-31 2016-01-26 Brain Corporation Adaptive robotic interface apparatus and methods
US9384443B2 (en) 2013-06-14 2016-07-05 Brain Corporation Robotic training apparatus and methods
US9792546B2 (en) 2013-06-14 2017-10-17 Brain Corporation Hierarchical robotic controller apparatus and methods
US9314924B1 (en) 2013-06-14 2016-04-19 Brain Corporation Predictive robotic controller apparatus and methods
US9579789B2 (en) 2013-09-27 2017-02-28 Brain Corporation Apparatus and methods for training of robotic control arbitration
US9463571B2 (en) 2013-11-01 2016-10-11 Brian Corporation Apparatus and methods for online training of robots
US9597797B2 (en) 2013-11-01 2017-03-21 Brain Corporation Apparatus and methods for haptic training of robots
US9358685B2 (en) * 2014-02-03 2016-06-07 Brain Corporation Apparatus and methods for control of robot actions based on corrective user inputs
EP2933067B1 (en) * 2014-04-17 2019-09-18 Softbank Robotics Europe Method of performing multi-modal dialogue between a humanoid robot and user, computer program product and humanoid robot for implementing said method
US9346167B2 (en) 2014-04-29 2016-05-24 Brain Corporation Trainable convolutional network apparatus and methods for operating a robotic vehicle
US9630318B2 (en) 2014-10-02 2017-04-25 Brain Corporation Feature detection apparatus and methods for training of robotic navigation
US9717387B1 (en) 2015-02-26 2017-08-01 Brain Corporation Apparatus and methods for programming and training of robotic household appliances
US10471594B2 (en) * 2015-12-01 2019-11-12 Kindred Systems Inc. Systems, devices, and methods for the distribution and collection of multimodal data associated with robots
DE102017000063B4 (de) * 2016-01-14 2019-10-31 Fanuc Corporation Robotereinrichtung mit Lernfunktion
CN105717869B (zh) * 2016-03-15 2018-05-29 珞石（北京）科技有限公司 工业机器人操作空间路径复合限制求解方法
US10241514B2 (en) 2016-05-11 2019-03-26 Brain Corporation Systems and methods for initializing a robot to autonomously travel a trained route
US9987752B2 (en) 2016-06-10 2018-06-05 Brain Corporation Systems and methods for automatic detection of spills
CN106113034B (zh) * 2016-06-12 2018-06-12 哈尔滨工程大学 一种六自由度机械臂考虑力约束的轨迹规划方法
US10282849B2 (en) 2016-06-17 2019-05-07 Brain Corporation Systems and methods for predictive/reconstructive visual object tracker
US10016896B2 (en) 2016-06-30 2018-07-10 Brain Corporation Systems and methods for robotic behavior around moving bodies
US10274325B2 (en) 2016-11-01 2019-04-30 Brain Corporation Systems and methods for robotic mapping
US10001780B2 (en) 2016-11-02 2018-06-19 Brain Corporation Systems and methods for dynamic route planning in autonomous navigation
US10723018B2 (en) 2016-11-28 2020-07-28 Brain Corporation Systems and methods for remote operating and/or monitoring of a robot
US10377040B2 (en) 2017-02-02 2019-08-13 Brain Corporation Systems and methods for assisting a robotic apparatus
US10852730B2 (en) 2017-02-08 2020-12-01 Brain Corporation Systems and methods for robotic mobile platforms
US10293485B2 (en) 2017-03-30 2019-05-21 Brain Corporation Systems and methods for robotic path planning
CN107263466B (zh) * 2017-05-11 2020-07-17 西北工业大学 空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法
CN107520844B (zh) * 2017-09-21 2019-09-24 西北工业大学 空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法
KR102228866B1 (ko) * 2018-10-18 2021-03-17 엘지전자 주식회사 로봇 및 그의 제어 방법
CN109634100B (zh) * 2018-12-30 2021-11-02 深圳市优必选科技有限公司 仿人机器人行走加速度补偿方法、装置及仿人机器人
CN111872941B (zh) * 2020-08-06 2021-09-07 深圳市优必选科技股份有限公司 平衡控制方法、装置、仿人机器人及可读存储介质
CN112050805B (zh) * 2020-09-02 2021-07-27 上海高仙自动化科技发展有限公司 一种路径规划方法、装置、电子设备和存储介质
CN112847336B (zh) * 2020-12-24 2023-08-22 达闼机器人股份有限公司 动作学习方法、装置、存储介质及电子设备
DE102021112485B3 (de) 2021-05-12 2022-08-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Balancierung eines Roboters, Verfahren zur Ganzkörpersteuerung eines Roboters, Regler sowie Roboter

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584679A (ja) 1990-12-25 1993-04-06 Kongouzen Souhonzan Shiyourinji ロボツト・プログラミング方法
US5276390A (en) * 1991-10-04 1994-01-04 Hewlett-Packard Company System for hybrid position and force control
US5377310A (en) * 1992-04-03 1994-12-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Controlling under-actuated robot arms using a high speed dynamics
US5594856A (en) * 1994-08-25 1997-01-14 Girard; Michael Computer user interface for step-driven character animation
US6144385A (en) * 1994-08-25 2000-11-07 Michael J. Girard Step-driven character animation derived from animation data without footstep information
US5644204A (en) * 1994-11-03 1997-07-01 Nagle; John Anti-slip control for a legged robot and realisitc simulation of a legged creature
JP3369351B2 (ja) * 1995-03-28 2003-01-20 富士通株式会社 多関節マニピュレータの弾性設定方法および制御装置
US5808433A (en) * 1995-09-29 1998-09-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of generating gait of legged walking robot and system for controlling its locomotion
US5872893A (en) * 1996-07-25 1999-02-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Gait generation system of legged mobile robot
US6104412A (en) * 1996-08-21 2000-08-15 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Method for generating animations of a multi-articulated structure, recording medium having recorded thereon the same and animation generating apparatus using the same
JP3672426B2 (ja) 1996-12-19 2005-07-20 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの姿勢制御装置
EP0965416B1 (en) * 1996-12-19 2005-12-07 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Attitude controller of legged moving robot
US6057620A (en) * 1999-04-28 2000-05-02 Precision Instrument Development Center Geometrical structure configuration of maglev forces in a maglev rotational bearing apparatus
JP3555107B2 (ja) * 1999-11-24 2004-08-18 ソニー株式会社 脚式移動ロボット及び脚式移動ロボットの動作制御方法
JP2001242435A (ja) 2000-02-25 2001-09-07 Hitachi Ltd 液晶マルチディスプレイ表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1487469A (zh) 2004-04-07
EP1334901A3 (en) 2006-06-07
KR100545520B1 (ko) 2006-01-24
US20030220714A1 (en) 2003-11-27
CA2418727C (en) 2008-06-03
JP3790816B2 (ja) 2006-06-28
JP2003231077A (ja) 2003-08-19
CN1249623C (zh) 2006-04-05
EP1334901B1 (en) 2008-01-02
EP1780679A1 (en) 2007-05-02
DE60318340D1 (de) 2008-02-14
US7136722B2 (en) 2006-11-14
EP1334901A2 (en) 2003-08-13
CA2418727A1 (en) 2003-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100545520B1 (ko) 인간형 링크계의 운동생성방법
Bouyarmane et al. Using a multi-objective controller to synthesize simulated humanoid robot motion with changing contact configurations
Sentis et al. A whole-body control framework for humanoids operating in human environments
Harada et al. Pushing manipulation by humanoid considering two-kinds of zmps
Yamane et al. Dynamics filter-concept and implementation of online motion generator for human figures
Pollard et al. Adapting human motion for the control of a humanoid robot
Yamane et al. Simultaneous tracking and balancing of humanoid robots for imitating human motion capture data
Williams Ii et al. Translational planar cable-direct-driven robots
JP2007108955A (ja) 操作空間物理量算出装置及び操作空間物理量算出方法
Kenwright Controlled biped balanced locomotion and climbing
Khatib et al. Human-centered robotics and interactive haptic simulation
US10335946B2 (en) Compositional impedance programming for robots
Salvietti et al. Multicontact bilateral telemanipulation with kinematic asymmetries
Ruspini et al. Collision/contact models for dynamic simulation and haptic interaction
Otani et al. Adaptive whole-body manipulation in human-to-humanoid multi-contact motion retargeting
Kim et al. Direct control of simulated nonhuman characters
Kulpa et al. Fast inverse kinematics and kinetics solver for human-like figures
JP2004030502A (ja) シミュレーション方法、シミュレーション装置およびシミュレーションプログラム
Nikolić et al. Dynamic balance preservation and prevention of sliding for humanoid robots in the presence of multiple spatial contacts
Colin et al. Whole-body dynamic telelocomotion: A step-to-step dynamics approach to human walking reference generation
Luecke et al. A joint error‐feedback approach to internal force regulation in cooperating manipulator systems
Nagurka Newton-Euler dynamics of robots
Hu et al. Hybrid kinematic and dynamic simulation of running machines
Vasilopoulos et al. Control and energy considerations for a hopping monopod on rough compliant terrains
Fratu et al. Robots collision avoidance using learning through imitation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20111117

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121211

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee