KR20100076348A - Biped robot and method for controlling of walking biped robot - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A biped robot and a walking control method for the same are provided to enable the robot to walk on an uneven surface without using information about the surface. CONSTITUTION: A biped robot comprises a hip joint(15), two left and right legs(LL,RL), and a controller. The two left and right legs are connected to the hip joint. The controller controls the ends of the left and right legs to follow an elliptical orbit in a coordinate system including the hip joint. The center of the elliptical orbit is determined based on the difference between the target speed and the measured speed of the hip joint.

Description

2족 로봇 및 2족 로봇의 보행 제어방법{Biped robot and method for controlling of walking biped robot}Biped robot and method for controlling of walking biped robot}

본 발명은 2족 로봇 및 2족 로봇의 보행(walking)을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a group 2 robot and a method for controlling walking of the group 2 robot.

로봇(robot)은 전기적 또는 자기적 작용을 이용하여 생명체의 움직임을 닮은 운동을 행할 수 있는 기계장치를 의미한다. 이러한 로봇은 산업계에서 생산 작업의 자동화·무인화에 널리 사용되고 있으며, 다양한 분야에서 연구 개발이 진행되고 있다. 그 중 한 분야가 로봇의 보행(walking)을 제어하는 분야이다. Robot refers to a mechanical device that can perform a movement similar to the movement of life by using electrical or magnetic action. Such robots are widely used in the industry for automation and unmanned production, and research and development are underway in various fields. One of them is to control the walking of robots.

로봇이 지면 위를 이동하는 방식에는 크게 바퀴를 이용하는 방식, 다리(leg)를 이용하여 2족 동물(예컨대, 인간이나 원숭이)이 보행하듯이 이동하는 방식, 몸 자체가 구동부가 되어 이동하는 방식(예컨대, 뱀이 이동하는 방식)등이 있다. 상기한 방식들 중에서 다리를 이용한 보행방식은 다양한 형태의 지면 위를 이동할 수 있는 적응성이 뛰어나기 때문에, 적용가능 분야가 매우 넓다.The robot moves on the ground using wheels largely, the leg (leg) moves like a bipedal animal (such as a human or a monkey), the body itself is a moving part ( For example, the way snakes move. Among the above methods, the walking method using the legs has a wide range of applicability because of its excellent adaptability to move on various types of ground.

그런데, 인간형 로봇(Humanoid)과 같이 2개의 다리를 가지고 있는 2족 로봇의 보행에서는 이동 시에 로봇이 넘어지지 않도록 안정적인 자세를 유지해야 하는 어려움이 있는데, 이를 극복하기 위한 방법이 몇 가지 알려져 있다. 예를 들면, 제로 모멘트 점(Zero Moment Point, 이하 ZMP)을 이용한 방법, 학습에 의한 방법 등이다.However, in walking of a biped robot having two legs, such as a humanoid robot (Humanoid), there is a difficulty in maintaining a stable posture so that the robot does not fall when moving, and some methods for overcoming this are known. For example, a method using a zero moment point (hereinafter referred to as ZMP), a method by learning, and the like.

상기 ZMP를 이용한 방법에서 ZMP는 2족 로봇 전체의 총 관성력(inertia force)이 0이 되는 점을 의미하는 것으로, 주로 동역학을 이용하여 2족 로봇의 안정성을 유지하는 방법이다. ZMP를 이용한 방법은 2족 로봇의 이동과 안정성을 만족시키는 매우 유용한 방법이기는 하나 2족 로봇의 정확한 동역학적 모델링이 중요하고, 불규칙한 지면 위에서의 보행 또는 빠른 보행이나 주행(running)을 구현하기에는 어려움이 많다. In the method using ZMP, ZMP means that the total inertia force of the entire group 2 robot becomes zero, and is a method of maintaining stability of the group 2 robot mainly using dynamics. The ZMP method is a very useful method to satisfy the movement and stability of the biped robots, but the accurate dynamic modeling of the biped robots is important, and it is difficult to implement walking on an irregular ground or fast walking or running. many.

상기 학습에 의한 방법의 경우, 충분히 학습된 2족 로봇은 평탄한 지면이나 불규칙 지면 위에서도 잘 걸을 수 있으며 빠른 보행도 일정부분 가능하다. 그러나 기본적으로 2족 로봇은 다자유도를 지니고 있으므로 2족 로봇을 학습시키기 위해서는 많은 시간이 소요되며 다양한 지면 위의 보행이나 빠른 보행 등을 위해서는 각각의 경우에 대하여 학습을 시켜야 하는 어려움이 존재한다. In the case of the learning method, a fully trained biped robot can walk well on a flat or irregular ground and can walk fast. However, basically, because the biped robots have multiple degrees of freedom, it takes a lot of time to learn the biped robots, and there is a difficulty in learning about each case for walking or fast walking on various grounds.

본 발명의 목적은 보행 능력이 개선된 2족 로봇을 제공함에 있다. 또한, 2족 로봇의 보행능력을 개선하기 위한 제어방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a biped robot with improved walking ability. In addition, the present invention provides a control method for improving the walking ability of a biped robot.

상기 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 2족 로봇은 고관절; 상기 고관절에 연결된 2개의 좌우 다리; 및 상기 2개의 좌우 다리 끝단이 상기 고관절을 기준으로 하는 좌표계 상에서 타원 궤도를 추종하도록 제어하되, 상기 타원 궤도의 중심점은 상기 고관절의 측정속도와 상기 고관절의 목적속도와의 차이를 이용하여 갱신되는 값인 제어부를 포함한다.The biped robot according to the present embodiment for solving the above problems is the hip joint; Two left and right legs connected to the hip joint; And controlling the two left and right leg ends to follow an elliptic trajectory on a coordinate system based on the hip joint, wherein a center point of the elliptic trajectory is a value that is updated by using a difference between a measurement speed of the hip joint and a target speed of the hip joint. It includes a control unit.

다른 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방법은 상기 2개의 좌우 다리 끝단의 좌표를 결정하는 단계; 및 상기 좌표에 따라 상기 2개의 좌우 다리 끝단을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 좌표는 상기 2족 로봇의 무게중심을 기준으로 하는 좌표계에서의 값이며, 상기 좌표계에서 상기 2개의 좌우 다리 끝단이 타원 궤도를 추종하도록 제어하되, 상기 타원 궤도의 중심점은 상기 무게중심의 측정속도와 상기 무게중심의 목적속도와의 차이를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 한다.According to another exemplary embodiment, a gait control method of a biped robot includes determining coordinates of two left and right leg ends; And controlling the two left and right leg ends according to the coordinates, wherein the coordinates are values in a coordinate system based on the center of gravity of the group 2 robot, and the two left and right leg ends are elliptical in the coordinate system. Control to follow the track, wherein the center point of the elliptic track is determined using the difference between the measuring speed of the center of gravity and the target speed of the center of gravity.

본 실시예에 따른 2족 로봇 및 2족 로봇의 보행 제어방법에 의하면, 2족 로봇이 지면의 상황을 측정한 지면 정보를 이용하지 않고도 불규칙한 지면을 보행할 수 있다. According to the walking control method of the group 2 robot and the group 2 robot according to the present embodiment, the group 2 robot can walk irregularly without using the ground information measuring the situation of the ground.

또한, 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방법은 2족 로봇의 다리에 다 양한 수의 관절이 존재하더라도 적용이 가능하다. In addition, the walking control method of the group 2 robot according to the present embodiment can be applied even if a large number of joints are present on the legs of the group 2 robot.

이하, 본 실시예에 따른 2족 로봇 및 2족 로봇의 보행 제어방법에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a walking control method for a group 2 robot and a group 2 robot according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 실시예에 따른 2족 로봇을 간략히 모델링하여 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 2족 로봇은 인간의 몸통과 발에 해당하는 부분은 제외하고 다리 부분만을 구비하는 형상으로 이루어져 있다. 상기 2족 로봇에서 무게 중심은 다리 부분을 연결하는 고관절 부분에 있다. 상기 무게 중심이 상기 2족 로봇의 다른 부분에 존재하더라도 무방하나, 본 실시예에서는 2족 로봇의 보행을 제어하는 방법에 대한 기능성을 보여주기 위하여 상술한 바와 같이 몸통과 발을 구비하지 않고 다리 부분만을 구비하며 무게 중심이 고관절 부분에 있는 로봇을 사용하고자 한다. 1 is a diagram briefly modeling a group 2 robot according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the biped robot has a shape having only a leg part except a part corresponding to a human torso and a foot. In the biped robot, the center of gravity is at the hip joint connecting the leg portions. The center of gravity may be present in the other part of the group 2 robot, but in the present embodiment, to show the functionality of the method for controlling the walking of the group 2 robot, as described above, the leg portion without the body and feet We want to use a robot with a bay and a center of gravity at the hip joint.

다시 도 1을 참조하면, 상기 2족 로봇은 4개의 링크(link, 11,12,13,14), 3개의 관절(15,16,17), 3개의 모터(미도시), 다수개의 엔코더(미도시), 센서(미도시) 및 제어부(미도시)로 이루어져 있다. Referring back to FIG. 1, the biped robot includes four links (11, 12, 13, 14), three joints (15, 16, 17), three motors (not shown), and a plurality of encoders ( It is composed of a not shown), a sensor (not shown) and a control unit (not shown).

상기 4개의 링크(11,12,13,14)는 좌측 허벅지 링크(Left Femur Link,11), 우측 허벅지 링크(Right Femur Link,13), 좌측 정강이 링크(Left Tibia Link,12), 우측 정강이 링크(Right Tibia Link,14)로 구성되고, 상기 3개의 관절(15,16,17)은 좌측 무릎관절(16), 우측 무릎관절(17) 및 고관절(coxa,15)로 구성되어 있다. The four links 11, 12, 13 and 14 are left thigh links 11, right thigh links 13, left tibia links 12 and right shin links. (Right Tibia Link, 14), the three joints (15, 16, 17) is composed of the left knee joint 16, the right knee joint 17 and the hip joint (coxa, 15).

상기 고관절(15)에는 좌측 허벅지 링크(11)의 일측 및 우측 허벅지 링크(13)의 일측이 고관절(15)의 중심축 상에서 소정 간격 이격된 상태로 연결된다. 상기 좌측 허벅지 링크(11)의 타 일측에는 좌측 무릎관절(16)이 연결되고, 상기 우측 허벅지 링크(13)의 타 일측에는 우측 무릎관절(17)이 연결된다. 그리고, 좌측 정강이 링크(12)의 일단은 상기 좌측 무릎관절(16)에 연결되고, 상기 좌측 정강이 링크(12)의 타 일단은 좌측 다리(Left Leg, LL)의 끝단을 제공한다. 상기 우측 정강이 링크(14)의 일단은 상기 우측 무릎관절(17)에 연결되고, 상기 우측 정강이 링크(14)의 타 일단은 우측 다리(Right Leg, RL)의 끝단을 제공한다. 상기 좌/우측 다리 끝단은 상기 2족 로봇이 보행하는 경우 지면과 접촉하는 부분을 의미한다.One side of the left thigh link 11 and one side of the right thigh link 13 are connected to the hip joint 15 in a state spaced apart from each other on a central axis of the hip 15. The left knee joint 16 is connected to the other side of the left thigh link 11, and the right knee joint 17 is connected to the other side of the right thigh link 13. One end of the left shin link 12 is connected to the left knee joint 16, and the other end of the left shin link 12 provides an end of the left leg LL. One end of the right shin link 14 is connected to the right knee joint 17, and the other end of the right shin link 14 provides an end of the right leg RL. The left / right leg end means a part in contact with the ground when the biped robot walks.

여기서, 좌측 다리(LL)는 좌측 허벅지 링크(11), 좌측 무릎관절(16), 좌측 정강이 링크(12)를 포함하는 부분을 의미하고, 우측 다리(RL)는 우측 허벅지 링크(13), 우측 무릎관절(17), 우측 정강이 링크(14)를 포함하는 부분을 의미한다. Here, the left leg LL means a portion including the left thigh link 11, the left knee joint 16, the left shin link 12, the right leg RL is the right thigh link 13, right It means the part including the knee joint 17, the right shin link (14).

좌측 무릎 관절(16)에는 좌측 무릎관절모터(LM)가 구비되고, 우측 무릎 관절(17)에는 우측 무릎관절모터(RM), 고관절(15)에는 고관절모터(CM)가 각각 구비된다. 상기 좌측 무릎관절모터(LM)는 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 좌측 정강이 링크(12)를 좌측 허벅지 링크(11)를 기준축으로 하여 소정 각도(θ2) 회전시킬 수 있다. 상기 우측 무릎관절모터(RM)는 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 우측 정강이 링크(14)를 우측 허벅지 링크(13)를 기준축으로 하여 소정 각도(θ3) 회전시킬 수 있다. 그리고, 고관절 모터(CM)는 제어부로부터 입력되는 제어 신호에 따라 상기 좌측 허벅지 링크(11) 및 우측 허벅지 링크(13)를 소 정 각도(θ1) 이격되도록 회전시킬 수 있다.The left knee joint 16 is provided with a left knee joint motor LM, the right knee joint 17 has a right knee joint motor RM, and the hip joint 15 is provided with a hip joint motor CM. The left knee joint motor LM may rotate the left shin link 12 at a predetermined angle θ2 with the left thigh link 11 as a reference axis according to a control signal input from the controller. The right knee joint motor RM may rotate the right shin link 14 at a predetermined angle θ3 with the right thigh link 13 as a reference axis according to a control signal input from the controller. In addition, the hip joint motor CM may rotate the left thigh link 11 and the right thigh link 13 to be spaced apart by a predetermined angle θ 1 according to a control signal input from the controller.

상기 모터들(CM, LM, RM)에는 각각 엔코더(encoder)가 부착되어, 각 관절(15, 16, 17)의 회전각(θ1,θ2,θ3) 및 회전 속도를 측정하여 상기 제어부로 제공할 수 있다.An encoder is attached to the motors CM, LM, and RM, respectively, to measure the rotation angles θ1, θ2, θ3 and rotational speeds of the joints 15, 16, and 17, and provide them to the controller. Can be.

센서는 상기 2족 로봇에 부착되어 상기 2족 로봇의 진행방향 속도를 측정하여 제어부로 제공하는 부분이다. 상기 센서는 예컨대, 상기 2족 로봇의 고관절(15)부위에 부착될 수 있고, 상기 고관절(15)의 지면에 수평한 방향으로의 진행속도(이하 고관절의 측정속도라 한다)를 측정하여, 제어부로 제공할 수 있다.The sensor is attached to the group 2 robot to measure the moving direction speed of the group 2 robot to provide to the controller. The sensor may be attached to, for example, the hip joint 15 of the biped robot, and measures a moving speed in a direction horizontal to the ground of the hip joint 15 (hereinafter referred to as a measurement speed of the hip joint), and controls the controller. Can be provided as

제어부는 각 엔코더로부터 각 관절(15, 16, 17)의 회전각(θ1,θ2,θ3) 및 회전 속도를 제공받아, 상기 좌/우측 다리 끝단의 속도(

Figure 112008089240308-PAT00001
) 및 위치(
Figure 112008089240308-PAT00002
)를 계산하고, 각 모터(CM, LM, RM)의 제어신호(
Figure 112008089240308-PAT00003
)를 생성하여 각각의 모터(CM, LM, RM)로 제공하는 부분이다. 또한, 상기 센서로부터 상기 고관절(즉, 무게 중심)의 측정속도를 제공받고, 후술할 고관절의 목적속도와 상기 고관절의 측정속도 차이를 이용하여 타원궤도의 중심점을 계산 및 갱신한다. 상기 타원궤도에 대해서는 후술한다. 이러한 제어부는 PD(Proportional-plus-Derivative)경로추정 제어기를 포함할 수 있다.The controller receives rotation angles (θ1, θ2, θ3) and rotational speeds of the joints 15, 16, and 17 from each encoder, and determines the speeds of the left and right leg ends (
Figure 112008089240308-PAT00001
) And location (
Figure 112008089240308-PAT00002
) And control signals (CM, LM, RM) of each motor
Figure 112008089240308-PAT00003
) Is generated and provided to each motor (CM, LM, RM). In addition, the sensor receives the measurement speed of the hip joint (ie, the center of gravity) from the sensor, and calculates and updates the center point of the elliptical track using the difference between the target speed of the hip joint and the measurement speed of the hip joint, which will be described later. The elliptical trajectory will be described later. Such a controller may include a proportional-plus-derivative path estimation controller.

이하에서는 상기 제어부에서 상기 2족 로봇의 보행을 제어하는 방법을 설명하기로 한다. 먼저, 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방법의 원리를 개략적으로 설명하면, 상기 제어부는 상기 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 무게중심을 기준 으로 하는 좌표계에서 타원궤도를 추종하도록 제어하는데, 이 때 상기 타원궤도의 중심점이 상기 무게중심의 측정속도에 따라 매순간 갱신되는 원리이다. 본 실시예에서 상기 무게중심은 고관절에 있으므로 고관절에 대한 속도를 측정한 것이 무게중심의 측정속도가 된다. Hereinafter, a method of controlling the walking of the biped robot by the controller will be described. First, when the principle of the walking control method of the biped robot according to the present embodiment will be described schematically, the controller controls the left and right leg ends of the biped robot to follow the elliptical trajectory in the coordinate system based on the center of gravity. At this time, the center point of the elliptical orbit is updated every moment according to the measurement speed of the center of gravity. In the present embodiment, since the center of gravity is located at the hip joint, the speed of the hip joint is measured.

먼저, 상기 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단이 고관절(15)을 기준으로 하는 좌표계에서 타원궤도를 따라 움직이도록 제어하면, 상기 2족 로봇이 보행할 수 있다는 것을 설명한다. 이를 위해, 이하에서 상기 2족 로봇의 보행 패턴을 분석한다. First, it will be described that the biped robot can walk if the left and right leg ends of the biped robot are controlled to move along the elliptical trajectory in the coordinate system based on the hip joint 15. To this end, the gait pattern of the biped robot is analyzed below.

도 2는 지면을 기준으로 한 전역기준좌표계(global coordinates, {0}로 표시한다)에서 본 상기 2족 로봇의 보행을 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 전역기준좌표계({0})는 원점이 지면 상의 소정의 장소에 존재하며, 지면에 평행한 축(x축)과 지면에 수직한 축(y축)으로 구성되는 좌표계를 의미한다. 도 2를 참조하면, 2족 로봇의 우측 다리(RL)의 끝단이 지면의 A지점에 접촉하여 정지해 있는 동안 상기 2족 로봇의 좌측 다리(LL)의 끝단이 B1에서 B2로 이동한다. 이 과정에서 고관절(15)은 C1에서 C2로 곡선을 그리면서 이동한다. FIG. 2 is a diagram showing the walking of the biped robot seen in the global coordinates (denoted by {0}) with respect to the ground. Here, the global reference coordinate system {0} refers to a coordinate system having an origin at a predetermined place on the ground, and comprising an axis parallel to the ground (x axis) and an axis perpendicular to the ground (y axis). Referring to FIG. 2, the end of the left leg LL of the group 2 robot moves from B 1 to B 2 while the end of the right leg RL of the group 2 robot is stopped in contact with the point A of the ground. . In this process, the hip joint 15 moves in a curve from C 1 to C 2 .

이처럼 상기 전역기준좌표계 {0}에서 상기 2족 로봇의 보행 패턴을 살펴보면 어느 하나의 다리 끝단이 지면에 접촉,고정되어 있는 동안 다른 쪽 다리의 끝단 및 고관절이 모두 곡선 운동을 하면서 보행하게 된다.As described above, when the walking pattern of the biped robot is examined in the global reference coordinate system {0}, both the ends and the hips of the other leg are walking while performing the curved motion while the ends of one leg are in contact with and fixed to the ground.

그런데, 상술한 2족 로봇의 보행을 상기 전역기준좌표계 {0}가 아닌 무게중심 즉, 고관절을 기준으로 한 지역좌표계({B}로 표시한다)상에서 살펴보면, 상기 고관절(15)은 고정된 위치에 있고, 좌우측 다리의 끝단은 경우에 따라 타원궤도를 그리며 움직일 수 있다. 여기서, 상기 지역좌표계 {B}는 상기 2족 로봇의 고관절(15)을 원점으로 하고, 지면에 평행한 축과 지면에 수직한 축으로 이루어진 좌표계를 의미한다. By the way, the gait of the biped robot described above is not the global reference coordinate system {0} but the center of gravity, that is, the local coordinate system (denoted by {B}) based on the hip joint, and the hip joint 15 is in a fixed position. The left and right ends of the leg may move in an elliptical orbit in some cases. Here, the local coordinate system {B} refers to a coordinate system composed of an axis parallel to the ground and an axis perpendicular to the ground, with the hip joint 15 of the biped robot as the origin.

이해를 돕기 위해, 상기 2족 로봇이 트레드밀(treadmill, 회전식 벨트 위를 달리는 운동기구)위에서 보행하는 경우를 고려해보자. 도 3은 2족 로봇이 트레드밀(31) 위에서 보행하는 경우에 상기 2족 로봇의 움직임을 전역기준좌표계 {0}를 기준으로 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 좌측 다리(LL) 끝단이 B지점에서 A지점으로 곡선운동을 하는 동안, 우측 다리(RL) 끝단은 A지점에서 B지점으로 직선 운동을 하고 있고, 이 경우 고관절(15)은 상하로만 운동하고 있다. 즉, 이러한 경우는 좌측 다리(LL) 끝단의 운동경로와 우측 다리(RL) 끝단의 운동경로가 연속적으로 연결되고, 고관절(15)에 대한 좌/우측 다리 끝단의 수직방향의 변위량이 대칭적으로 발생하는 경우이다. 상기 경우에 상기 2족 로봇을 고관절(15)을 기준으로 한 지역좌표계 {B}에서 살펴보면, 좌우측 다리 끝단이 타원궤도를 그리며 운동하고 있는 것이다.For the sake of understanding, consider the case where the biped robot walks on a treadmill. FIG. 3 is a diagram showing the movement of the group 2 robot based on the global reference coordinate system {0} when the group 2 robot walks on the treadmill 31. Referring to FIG. 3, while the left leg LL end is curved from point B to point A, the right leg RL end is linearly moving from point A to point B, in this case the hip joint 15. Is exercising only up and down. That is, in this case, the movement path of the end of the left leg LL and the movement path of the end of the right leg RL are continuously connected, and the displacement amount in the vertical direction of the left / right leg end with respect to the hip joint 15 is symmetrically. It happens. In this case, looking at the biped robot in the local coordinate system {B} based on the hip joint 15, the left and right leg ends are moving in an elliptical orbit.

도 4는 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행을 고관절을 기준으로 한 좌표계 상에서 나타낸 도면인데, 도 4에 도시된 바와 같이 좌우측 다리의 끝단은

Figure 112008089240308-PAT00004
점을 중심점으로 타원궤도를 그리게 된다.4 is a diagram showing the gait of the biped robot according to the present embodiment on a coordinate system based on the hip joint. As shown in FIG.
Figure 112008089240308-PAT00004
An elliptical orbit is drawn from the point as the center point.

상술한 바와 같이, 제어부가 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단을 고관절(15)을 기준으로 한 지역좌표계 {B}상에서 타원궤도를 추종하도록 제어하면, 상기 2족 로봇의 보행이 가능하다는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 좌우측 다리 끝단이 고관절(15)에 대한 상대경로가 타원궤도를 그리면서 운동을 하는 동안, 상기 좌우측 다리 끝단 중 어느 하나가 지면에 접촉하고, 이 때 상기 지면과 상기 다리 끝단에서 발생하는 구속력(마찰력)에 의하여 상기 다리 끝단이 지면에 고정되면, 상기 상대경로를 추종하고자 하는 구동력에 의해 상기 2족 로봇이 앞으로 진행하게 되어 보행이 가능한 것이다.As described above, when the control unit controls the left and right leg ends of the biped robot to follow the elliptical trajectory on the local coordinate system {B} based on the hip joint 15, it can be seen that the biped robot can walk. . That is, while the left and right leg ends exercise the relative path with respect to the hip joint 15 while drawing an elliptical trajectory, one of the left and right leg ends contacts the ground, and at this time, the ground and the leg ends When the leg end is fixed to the ground by a restraint force (friction force), the biped robot proceeds forward by the driving force to follow the relative path, so that the walking is possible.

상기 2족 로봇이 상술한 바와 같이 지역좌표계 {B} 상에서 좌우측 다리 끝단이 타원궤도를 추종하고 그 결과 보행을 하는 경우, {0} 좌표계 상에서의 상기 2족 로봇의 속도를 살펴본다. 도 5 (a)는 {B} 좌표계에서 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 장축의 길이 2a인 타원 궤도를 움직이는 경우를 나타낸 도면이고, 도 5 (b)는 동일한 보행과정을 {0}좌표계에서 나타낸 도면이다. As described above, the biped robot tracks the velocity of the biped robot on the {0} coordinate system when the left and right leg ends follow an elliptical trajectory in the local coordinate system {B} and walk as a result. 5 (a) is a view showing a case in which the left and right leg ends of the biped robot moves an ellipse orbit having a length of 2a in the {B} coordinate system, and FIG. 5 (b) shows the same walking process in the {0} coordinate system. Drawing.

도 5 (a)에 나타난 바와 같이, 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 {B}좌표계 상에서 장축의 길이가 2a인 타원 궤도를 주기 T(T는 상수)로 하여 움직이는 경우, 도 5 (b)에 도시된 바와 같이 상기 2족 로봇은 4a/T의 속도로 x축 방향으로 움직인다. 따라서, 도 5 (a)와 같은 상대경로를 움직이는 2족 로봇의 지면에 대한 진행 속도는 4a/T로 볼 수 있다. 만약 상기 T가 시간에 대한 함수 T(t)로 주어진다면, 상기 2족 로봇이 속도는 시간에 따른 함수로 주어질 것이다. As shown in FIG. 5 (a), when the left and right leg ends of the biped robot move on the {B} coordinate system with an elliptical orbit having a long axis length of 2a as the period T (T is a constant), FIG. 5 (b) As shown, the group 2 robot moves in the x-axis direction at a speed of 4a / T. Therefore, the traveling speed with respect to the ground of the group 2 robot moving the relative path as shown in Figure 5 (a) can be seen as 4a / T. If T is given as a function of time T (t), the velocity of the biped robot will be given as a function of time.

그런데, 상기 2족 로봇이 실제로 보행을 하는 경우, 지면이 평탄하지 않다거나, 상기 2족 로봇에 어떤 외력이 작용하는 등의 이유로 인해 상기 2족 로봇에 추 가적인 제어를 하지 않으면 상기 2족 로봇이 상기 4a/T의 진행 속도를 유지하지 못하는 것이 일반적이다. However, when the biped robot actually walks, the biped robot is not further controlled by the biped robot due to uneven ground or any external force acting on the biped robot. It is generally not possible to maintain this 4a / T traveling speed.

상기 2족 로봇이 상기 4a/T의 속도를 유지하지 못한다는 것은 결국 상기 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단이 무게중심을 기준으로 한 지역좌표계 상에서 타원궤도를 유지하지 못하고 있다는 것을 의미한다. 다시 말해 상기 2족 로봇이 자세를 유지하지 못하고 넘어지려고 하는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 2족 로봇이 추종해야할 속도를 유지하는 방법이, 상기 2족 로봇이 넘어지지 않고 보행을 유지하게 하는 방법이 된다.The failure of the biped robot to maintain the speed of 4a / T means that the left and right leg ends of the biped robot cannot maintain the elliptical trajectory on the local coordinate system based on the center of gravity. In other words, it can be seen that the biped robot tries to fall without maintaining its posture. Therefore, the method of maintaining the speed which the said group 2 robot should follow becomes the method of making the said group 2 robot keep walking without falling.

이하에서 상기 2족 로봇이 보행하는 경우, 어떻게 모델링 될 수 있는지 설명한다. 그리고, 먼저 상기 모델링에 따라 상기 2족 로봇의 속도를 유지시켜 넘어지지 않고 안정적으로 보행을 할 수 있는 제어방법에 대해 개념적으로 설명하고, 구체적인 보행 제어방법에 대해서는 후술한다.The following describes how the biped robot can be modeled when walking. First, a control method for stably walking without maintaining the speed of the biped robot according to the modeling will be described conceptually, and a detailed walk control method will be described later.

도 6은 본 실시예에 따른 2족 로봇이 보행하는 경우를 모델링한 도면이다. 도 6을 참조하면, 보행하고 있는 2족 로봇은 회전 관절을 가진 역진자로 모델링할 수 있다. 상기 2족 로봇은 카트(cart, 61) 위에 회전관절(63)로 연결된 역진자(62)로 모델링되는데, 여기서 카트(61)는 상기 2족 로봇이 지면과의 접촉에 의해 발생시키는 구동력을 내기 위한 구동부를 나타내며, 역진자(62)는 상기 2족 로봇 전체를 나타낸다. FIG. 6 is a model for the case where the biped robot walks according to the present embodiment. FIG. Referring to FIG. 6, the walking biped robot may be modeled as an inverted pendulum having a rotating joint. The biped robot is modeled as an inverted pendulum 62 connected to a rotary joint 63 on a cart 61, where the cart 61 generates a driving force generated by the biped robot by contact with the ground. The inverted pendulum 62 represents the entire group 2 robot.

도 6에서 Vx는 상기 2족 로봇의 무게중심에 부착된 센서에 의해 측정되는 x축 방향의 진행 속도로, 상기 고관절의 측정속도일 수 있으며, 상기 2족 로봇의 실 제 진행 속도의 측정값을 의미한다. 이하에서 Vx를 무게중심의 측정속도라 칭하기로 한다. In FIG. 6, Vx is a traveling speed in the x-axis direction measured by a sensor attached to the center of gravity of the group 2 robot, which may be a measurement speed of the hip joint, and measures a measured value of the actual speed of the group 2 robot. it means. Hereinafter, Vx will be referred to as the measurement speed of the center of gravity.

Vxd는 상기 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단이 도 5를 참조하여 상술한 타원궤도를 움직이는 경우에 계산되는 상기 2족 로봇의 진행속도를 의미한다. 상기 진행속도 역시 무게중심인 고관절(15)에 대해 계산할 수 있고, 이하에서 Vxd는 무게중심의 목적속도라 칭하기로 한다. Vxd means the traveling speed of the group 2 robot calculated when the left and right leg ends of the group 2 robot move the elliptical orbit described above with reference to FIG. 5. The traveling speed can also be calculated for the hip joint 15, which is the center of gravity, hereinafter, Vxd will be referred to as the target speed of the center of gravity.

그러면, 상기한 Vx와 Vxd를 비교하여 상기 2족 로봇의 자세를 추정할 수 있다. 도 7 및 도 8은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 Vx 및 Vxd에 따른 자세 및 제어방법을 개념적으로 나타낸 도면이다. Then, the attitude of the biped robot can be estimated by comparing Vx and Vxd. 7 and 8 conceptually show the attitude and control method according to Vx and Vxd of the group 2 robot according to the present embodiment.

도 7 (a)는 2족 로봇의 실제 속도를 의미하는 고관절의 측정속도 Vx가 계산에 의해 구해지는 고관절의 목적속도 Vxd보다 큰 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우, 도 7 (a)에 도시된 바와 같이 2족 로봇이 앞으로 기울어진 상태 즉, 2족 로봇이 앞으로 넘어지고 있는 경우로 볼 수 있다. Fig. 7 (a) shows the case where the measured speed Vx of the hip, which represents the actual speed of the group 2 robot, is greater than the target speed Vxd of the hip joint obtained by calculation. In this case, as shown in FIG. 7 (a), it can be seen that the group 2 robot is inclined forward, that is, the group 2 robot is falling forward.

이러한 경우, 2족 로봇이 넘어지지 않고 보행을 계속하기 위해서는 지면을 딛게 될 다리 끝단을 기존의 경로보다 진행 방향 쪽으로 더 진행하여 지면을 딛게 제어하여야 한다. 이것은, 2족 로봇의 제어부가 x축 방향으로 갱신된 중심점에 대해 좌우측 다리 끝단이 타원궤도를 그리도록 제어하여야 함을 의미한다. In this case, in order to continue walking without the biped robot falling down, it is necessary to control the end of the bridge to go on the ground more than the existing path in order to continue walking. This means that the control unit of the biped robot should control the left and right leg ends to draw an elliptical trajectory with respect to the center point updated in the x-axis direction.

제어부가 상술한 것처럼 제어하면, 도 7 (b)에서 보여지듯이 2족 로봇을 뒤로 누이는 방향으로 회전 모멘텀(Angular Momentum)이 발생하며, 상기 모델링 상에서는 역진자(62)를 뒤로 눕히는 효과가 발생한다. 상기 회전 모멘텀은 상기 Vx를 감소시키고 상기 Vxd는 증가시키게 된다. 따라서 상기 2족 로봇이 넘어지지 않고 안정적인 자세를 유지할 수 있다. 예를 들어, 2족 로봇이 경사면을 내려가는 경우, 도 7 (a)와 같이, 상기 2족 로봇의 Vx가 Vxd보다 크게 될 것이다. 따라서, 이 경우 제어 방법은 도 7 (b)와 같이 상기 2족 로봇을 뒤로 누이는 방식으로 행해져야 한다.When the control unit is controlled as described above, as shown in FIG. 7 (b), rotational momentum occurs in the direction of pushing the biped robot backward, and the inverted pendulum 62 is laid down on the modeling. . The rotation momentum decreases the Vx and the Vxd increases. Therefore, the biped robot can maintain a stable posture without falling. For example, when the group 2 robot descends the inclined plane, as shown in FIG. 7 (a), the group 2 robot will be larger than Vxd. Therefore, in this case, the control method should be performed in such a manner as to push the biped robot back as shown in FIG.

반대로 2족 로봇에서 고관절의 측정속도 Vx가 고관절의 목적속도 Vxd보다 작은 경우, 도 8 (a)와 같이 상기 2족 로봇이 뒤로 넘어지고 있는 경우로 볼 수 있다. 이러한 경우에는 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상기 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단 중 지면을 딛게 되는 다리 끝단을 뒤로 움직여 상기 Vxd는 감소시키고, 상기 Vx를 증가시키는 회전 모멘텀을 생성하게 제어하여야 한다. 이것은, 2족 로봇의 제어부가 x축 반대 방향으로 갱신된 중심점에 대해 좌우 다리 끝단이 타원궤도를 그리도록 제어하여야 함을 의미한다. 그러면, 뒤로 넘어지고 있는 2족 로봇을 앞으로 곧추 세워 안정적인 자세를 유지하게 할 수 있다. 예를 들어, 2족 로봇이 경사면을 올라가는 경우, 도 8 (a)와 같이, 상기 2족 로봇의 Vx가 Vxd보다 작게 될 것이다. 따라서, 이 경우 제어 방법은 도 8 (b)와 같이 상기 2족 로봇을 앞으로 누이는 방식으로 행해져야 한다. On the contrary, when the measurement speed Vx of the hip joint in the group 2 robot is smaller than the target speed Vxd of the hip joint, it can be seen that the group 2 robot falls down as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 8 (b), the end of the left and right leg ends of the biped robot should be moved backward so that the Vxd is reduced and the rotational momentum is increased to increase the Vx. do. This means that the control unit of the biped robot should control the left and right leg ends to draw an elliptical trajectory with respect to the center point updated in the direction opposite to the x-axis. This will keep the biped robots falling backwards forward to maintain a stable posture. For example, when the group 2 robot climbs the inclined surface, as shown in FIG. 8 (a), the group 2 robot will be smaller than Vxd. Therefore, in this case, the control method should be performed by pushing the biped robot forward as shown in FIG.

도 6 내지 도 8을 참조하여 상술한 설명을 정리하자면, 2족 로봇의 제어부는 고관절(15)에 연결된 2개의 좌우 다리 끝단을 {B}좌표계 상에서 타원궤도를 추종하도록 제어하되, 상기 타원궤도의 중심점은 상기 고관절의 측정속도 Vx와 상기 고관절의 목적속도 Vxd의 차이에 따라 매순간 갱신되고, 그 갱신된 중심점에 따라 다시 새로운 타원궤도를 추종하도록 제어하는 것이다. 6 to 8, the controller of the biped robot controls two left and right leg ends connected to the hip joint 15 to follow the elliptical trajectory on the {B} coordinate system. The center point is updated every second according to the difference between the measurement speed Vx of the hip joint and the target speed Vxd of the hip joint, and controls to follow the new elliptical trajectory again according to the updated center point.

상기 타원궤도의 중심점을 수식으로 나타내면, 수학식 1과 같다.When the center point of the elliptical orbit is represented by a formula, it is expressed by Equation 1.

Figure 112008089240308-PAT00005
Figure 112008089240308-PAT00005

수학식 1에서

Figure 112008089240308-PAT00006
는 타원 궤도 중심점의 갱신전 값을 의미하고,
Figure 112008089240308-PAT00007
는 상기 타원 궤도 중심점의 갱신후 값을 의미한다.
Figure 112008089240308-PAT00008
는 상기 갱신전 시점에 대해 측정되는 고관절의 측정속도이고,
Figure 112008089240308-PAT00009
는 상기 갱신전 시점에 대한 고관절의 목적속도이다. 그리고, k 및 m은 미리 정해진 소정의 값이다. 예컨대, 상기 k는 0.2, m은 -0.475(meter)로 주어질 수 있다.In Equation 1
Figure 112008089240308-PAT00006
Denotes the value before the update of the elliptical orbit center,
Figure 112008089240308-PAT00007
Denotes a value after updating of the elliptic orbit center point.
Figure 112008089240308-PAT00008
Is the measuring speed of the hip joint measured with respect to the time before the update,
Figure 112008089240308-PAT00009
Is the target speed of the hip joint with respect to the time before the update. And k and m are predetermined values. For example, k may be given as 0.2 and m may be given as −0.475 (meter).

이하에서는, 상술한 2족 로봇의 보행 제어방법을 보다 구체적으로 설명한다. 이를 위해 먼저, 무게중심인 고관절(15)을 기준으로 한 {B}좌표계 상에서의 동역학 모델을 도출한다. 상기 동역학 모델을 통해 제어부가 각 모터(CM, LM, RM)에 제공하여야 할 토크값(

Figure 112008089240308-PAT00010
)을 구할 수 있다. 이러한 과정을 먼저 개략적으로 설명하면 관절변수를 이용하여 구동관절에서의 토크값(
Figure 112008089240308-PAT00011
)를 구하고, 상기 구동관절에서의 토크값(
Figure 112008089240308-PAT00012
)을 θ에 대한 토그값(
Figure 112008089240308-PAT00013
)으로 변환하는 과정을 거친다. Hereinafter, the above-described walking control method of the group 2 robot will be described in more detail. To do this, we first derive a dynamics model on the {B} coordinate system based on the hip joint (15). The torque value to be provided to each motor (CM, LM, RM) by the controller through the dynamic model (
Figure 112008089240308-PAT00010
) Can be obtained. First of all, this process will be described in brief.
Figure 112008089240308-PAT00011
) And the torque value (
Figure 112008089240308-PAT00012
) Is the toggle value for θ (
Figure 112008089240308-PAT00013
Is converted to).

도 9는 본 실시예에 따른 보행 제어방법을 적용하는 2족 로봇의 동역학 모델링을 위한 좌표계와 변수들을 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 지면을 기준으로 하는 전역기준좌표계(global coordinates)를 {0}로 나타내고 있고, 상기 2족 로봇의 무게중심인 고관절(15)을 기준으로 한 지역좌표계를 {B}로 나타내고 있다. 상기 지역좌표계{B}는 전역기준좌표계{0}에 대하여 2 x 1 위치벡터 q b로 나타낼 수 있다.FIG. 9 is a diagram illustrating a coordinate system and variables for dynamic modeling of a group 2 robot applying the walking control method according to the present embodiment. Referring to FIG. 9, global coordinates based on the ground are represented by {0}, and local coordinate systems based on the hip joint 15, which is the center of gravity of the biped robot, are represented by {B}. have. The local coordinate system {B} may be represented by a 2 x 1 position vector q b with respect to the global reference coordinate system {0}.

상기 2족 로봇에 대한 동역학 식은 관절변수 qi(1≤i≤4, i는 자연수)들을 이용하여 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 관절변수 q1는 {B}좌표계의 x축을 기준으로 반시계방향으로 좌측 허벅지 링크(11)가 이루는 각도이고, q2는 상기 좌측 허벅지 링크(11)의 길이방향을 기준축으로 반시계 방향으로 좌측 정강이 링크(12)가 이루는 각도이다. 관절변수 q3는 {B}좌표계의 x축을 기준으로 반시계 방향으로 우측 허벅지 링크(13)가 이루는 각도이고, q4는 우측 허벅지 링크(13)의 길이방향을 기준축으로 우측 정강이 링크(14)가 반시계 방향으로 이루는 각도이다. The kinematic equation for the biped robot can be expressed by Equation 2 using joint variables qi (1 ≦ i ≦ 4, i is a natural number). Here, the joint variable q1 is an angle formed by the left thigh link 11 in the counterclockwise direction with respect to the x axis of the {B} coordinate system, and q2 is the counterclockwise direction in the longitudinal axis of the left thigh link 11. The left shin link 12 is at an angle. The joint variable q3 is an angle formed by the right thigh link 13 in the counterclockwise direction with respect to the x axis of the {B} coordinate system, and q4 is the right shank link 14 with the reference axis in the longitudinal direction of the right thigh link 13. The angle is counterclockwise.

Figure 112008089240308-PAT00014
Figure 112008089240308-PAT00014

수학식 2에서, 관절변수에 대한 토크값 τ는 관절변수 qi를 변수로 하여 나타낸 것이고, Mt는 관성 행렬, q=[q1, q2, q3, q4]T, bt는 코리올리력(Corilis force)과 원심력(Centrifugal force) 및 중력에 의한 영향들을 고려한 항이다. In Equation 2, the torque value τ for the joint variable is represented by the joint variable qi as a variable, Mt is the inertia matrix, q = [q1, q2, q3, q4] T , and bt is the Coriolis force and This term takes into account the effects of centrifugal force and gravity.

상기 관성 행렬 Mt와 상기 bt는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The inertia matrix Mt and the bt can be expressed as Equation 3.

Figure 112008089240308-PAT00015
Figure 112008089240308-PAT00015

수학식 3에서 Mbb, Mbq, Mqb, Mqq의 아래 첨자는 관성행렬의 엘리먼트와 계산되는 벡터에 따라 표시한 것이다. 이러한 표기는 모바일 로봇, 수중 로봇, 우주 로봇과 같이 기저부(base)가 지면에 고정되지 아니한 로봇에 대해 흔히 사용되는 표기방법이다. In Equation 3, the subscripts of M bb , M bq , M qb , and M qq are expressed according to the elements of the inertia matrix and the calculated vector. This notation is a commonly used notation for robots whose base is not fixed to the ground, such as mobile robots, underwater robots, and space robots.

그러면, 상기 τ는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Then, τ can be expressed as Equation 4.

Figure 112008089240308-PAT00016
Figure 112008089240308-PAT00016

상기 수학식 4에서 M = Mqq - Mqb Mbb -1 Mbq, b = bq - MqbMbb -1bb이다.In Equation 4, M = M qq -M qb M bb -1 M bq , b = b q -M qb M bb -1 b b .

그런데, 상기 2족 로봇은 실제로는 3개의 관절을 가지고 있으므로, 4개의 관절변수 q에 대한 모델을 3개의 θ에 대한 모델로 변환하는 과정이 필요하다.However, since the biped robot actually has three joints, a process of converting a model for four joint variables q into a model for three θ is required.

수학식 5는 θq 사이의 변환관계를 나타내는 식이다.Equation 5 is an expression representing a conversion relationship between θ and q .

Figure 112008089240308-PAT00017
Figure 112008089240308-PAT00017

수학식 5와 같은 관계가 θq 사이에 성립하므로, Khatib가 제안한 'Dynamically consistent generalized inverse'(O.Khatib, "A unified Approach for Motion and Force Control of Robot Manipulators: The Operational Space Formulation," IEEE J.Robot. Autom.,vol. RA-3, no.1, pp.43-53, 1987)에 대한 개념을 적용하면 θ에 대한 동역학 모델은 수학식 6에 의해 구해진다.Since a relationship such as Equation 5 is established between θ and q , Khatib proposed 'Dynamically consistent generalized inverse' (O.Khatib, "A unified Approach for Motion and Force Control of Robot Manipulators: The Operational Space Formulation," IEEE J.). (Robot.Autom., Vol. RA-3, no. 1, pp. 43-53, 1987), the dynamics model for θ is obtained by equation (6).

Figure 112008089240308-PAT00018
Figure 112008089240308-PAT00018

상기 수학식 6에서

Figure 112008089240308-PAT00019
는 2족 로봇의 제어부가 각 관절(15, 16, 17)에 부착된 모터(LM, RM, CM)에 제공하는 토크값을 θ를 변수로 하여 나타낸 것을 의미한다. In Equation 6
Figure 112008089240308-PAT00019
Denotes a torque value provided by the controller of the group 2 robot to the motors LM, RM, and CM attached to the joints 15, 16, and 17 as a variable θ .

본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방법은, 상기 2족 로봇의 무게중심 즉, 고관절(15)을 기준으로 한 지역좌표계 {B}에 대한 좌우측 다리 끝단의 위치가 중요하므로 상기 수학식 6의 결과를 이용하여 상기 좌우측 다리 끝단에서의 동역학 모델을 이용한 제어방법을 적용한다. In the walking control method of the group 2 robot according to the present embodiment, since the position of the left and right leg ends with respect to the local coordinate system {B} based on the center of gravity of the group 2 robot is important, Equation 6 The control method using the dynamic model at the left and right leg ends is applied using the result of.

상기 {B}좌표계에 대한 좌우측 다리 끝단의 위치벡터는 u = [ul T, ur T]로 나타낸다. 여기서, u1과 ur은 도 9에 나타낸 바와 같이 각각 {B}좌표계에 대하여 표시된 2족 로봇의 좌우측 다리 끝단의 위치벡터이다. 위치벡터 u는 관절변수 qi의 함수이기 때문에,

Figure 112008089240308-PAT00020
를 만족하는 자코비안(Jacobian) J에 의하여
Figure 112008089240308-PAT00021
인 동역학 관계식이 존재한다. 따라서, 상기 J의 역행렬이 존재한다면, 상기 f는 수학식 7과 같이 구해진다. The position vector of the left and right leg ends with respect to the {B} coordinate system is represented by u = [u l T , u r T ]. Here, u 1 and u r are position vectors of the left and right leg ends of the group 2 robot displayed with respect to the {B} coordinate system, respectively, as shown in FIG. 9. Since the position vector u is a function of the joint variable qi,
Figure 112008089240308-PAT00020
By Jacobian J
Figure 112008089240308-PAT00021
There is an kinetic equation. Therefore, if the inverse of J exists, f is obtained as shown in Equation 7.

Figure 112008089240308-PAT00022
Figure 112008089240308-PAT00022

여기서,

Figure 112008089240308-PAT00023
이다.here,
Figure 112008089240308-PAT00023
to be.

상기 수학식 6 및 수학식 7에 의하여 제어부에서 상기 2족 로봇의 각 모터(CM, LM, RM)에 입력하는 토크값은 수학식 8과 같이 결정된다. The torque values input to the motors CM, LM, and RM of the group 2 robot by the controller by Equations 6 and 7 are determined as shown in Equation 8.

Figure 112008089240308-PAT00024
Figure 112008089240308-PAT00024

상기 수학식 8과 같이 도출된 동역학 모델을 이하에서 작업공간상의 동역학 모델이라고 칭한다. 그럼 이하에서 상기 작업공간상의 동역학모델을 이용하여 2족 로봇의 보행을 제어하는 실시예를 설명한다. The dynamics model derived as in Equation 8 is referred to as a dynamics model in the working space below. The following describes an embodiment of controlling the walking of the biped robot using the dynamic model on the workspace.

먼저, 상기 2족 로봇의 좌우 다리 끝단의 좌표를 결정한다. 도 10은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 추종하는 타원궤도를 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 상기 좌표는 {B}좌표계에 대하여 수학식 9와 같이 주어질 수 있다.First, the coordinates of the left and right leg ends of the biped robot are determined. 10 is an illustration of an elliptical trajectory followed by left and right leg ends of a group 2 robot according to the present embodiment. Referring to FIG. 10, the coordinate may be given by Equation 9 with respect to the {B} coordinate system.

Figure 112008089240308-PAT00025
Figure 112008089240308-PAT00025

수학식 9에서 상기 2족 로봇이 정지 상태에서 보행을 시작하고 원하는 최종 보행 속도가 되도록(예컨대, 0.7m/s)

Figure 112008089240308-PAT00026
는 4차 다항식으로 주어질 수 있다. 상기
Figure 112008089240308-PAT00027
는 반시계 방향으로 회전하며,
Figure 112008089240308-PAT00028
를 조절하여 상기 고관절의 목적속도 Vxd를 조절할 수 있다. In Equation 9, the biped robot starts walking in a stationary state and reaches a desired final walking speed (for example, 0.7 m / s).
Figure 112008089240308-PAT00026
Can be given as a fourth order polynomial. remind
Figure 112008089240308-PAT00027
Rotates counterclockwise,
Figure 112008089240308-PAT00028
By adjusting the target speed Vxd of the hip joint can be adjusted.

상기 ul, ur이 T라는 시간 동안 상기 타원궤도를 1회전 한다면, 상기

Figure 112008089240308-PAT00029
는 t가 0에서 T로 변하는 동안 0에서 -2π만큼 변해야 한다. 따라서,
Figure 112008089240308-PAT00030
의 평 균변화율
Figure 112008089240308-PAT00031
Figure 112008089240308-PAT00032
이다. 이 경우, 2족 로봇의 평균진행속도
Figure 112008089240308-PAT00033
Figure 112008089240308-PAT00034
이므로(도 5 (a), (b) 참조),
Figure 112008089240308-PAT00035
로 나타낼 수 있다. 따라서, 2족 로봇의 고관절에 대한 목적속도 Vxd를 정하면, 상기
Figure 112008089240308-PAT00036
를 적분하여
Figure 112008089240308-PAT00037
도 구할 수 있다. If the u l , u r rotates the ellipse orbit one time during the time T,
Figure 112008089240308-PAT00029
Must vary from 0 to -2π while t changes from 0 to T. therefore,
Figure 112008089240308-PAT00030
Average change rate of
Figure 112008089240308-PAT00031
Is
Figure 112008089240308-PAT00032
to be. In this case, the average running speed of the biped robot
Figure 112008089240308-PAT00033
Is
Figure 112008089240308-PAT00034
(See Figures 5 (a) and (b)),
Figure 112008089240308-PAT00035
It can be represented as. Therefore, if the target speed Vxd for the hip joint of the biped robot is determined,
Figure 112008089240308-PAT00036
By integrating
Figure 112008089240308-PAT00037
Also available.

다시 말해, 상기

Figure 112008089240308-PAT00038
에 따라 상기 T를 변화시킬 수 있고, 그 결과 2족 로봇의 고관절에 대한 목적속도 Vxd도 조절할 수 있다. In other words, the above
Figure 112008089240308-PAT00038
According to the present invention, the T may be changed, and as a result, the target speed Vxd of the hip joint of the biped robot may also be adjusted.

그리고, 상기 2족 로봇이 보행 중에 넘어지지 않고 안정된 자세를 유지하도록 상기 수학식 9의 xc는 수학식 1에 의해 매순간 갱신된다. 즉, xc 값은 갱신전의 값으로 수학식 1의

Figure 112008089240308-PAT00039
를 가지고, 수학식 1에 의해 갱신된 후의 값
Figure 112008089240308-PAT00040
로 계속하여 갱신되는 것이다.In addition, x c in Equation (9) is updated every moment by Equation (1) so that the biped robot does not fall while walking and maintains a stable posture. That is, the x c value is a value before the update,
Figure 112008089240308-PAT00039
With the value after being updated by Equation 1
Figure 112008089240308-PAT00040
Will continue to be updated.

그리고, 갱신된 중심점을

Figure 112008089240308-PAT00041
로 하여 주어지는 타원궤도를 추종하기 위해 제어부는 상술한 작업공간에서의 동역학 모델을 이용한다. And then update the center point
Figure 112008089240308-PAT00041
In order to follow the elliptic orbit given by the controller, the controller uses the dynamic model in the above-described workspace.

이 경우, PD(Proportional - plus - Derivative) 경로추정제어기를 사용하여 수학식 10에 의해 상기 수학식 8의 f를 구할 수 있다.In this case, f of Equation 8 can be obtained by Equation 10 using a PD (Proportional-plus-Derivative) path estimation controller.

Figure 112008089240308-PAT00042
Figure 112008089240308-PAT00042

여기서,

Figure 112008089240308-PAT00043
이다. here,
Figure 112008089240308-PAT00043
to be.

상기 수학식 10에서 kp=4000, kv=

Figure 112008089240308-PAT00044
,
Figure 112008089240308-PAT00045
,
Figure 112008089240308-PAT00046
,
Figure 112008089240308-PAT00047
는 각각 도 10에 나타난 좌우측 다리 끝단의 가속도, 속도, 위치를 의미하고,
Figure 112008089240308-PAT00048
과 u는 실제 측정된 관절각(θ1,θ2,θ3)으로부터 구한 좌우측 다리 끝단의 속도와 위치이다. In Equation 10, kp = 4000, kv =
Figure 112008089240308-PAT00044
,
Figure 112008089240308-PAT00045
,
Figure 112008089240308-PAT00046
,
Figure 112008089240308-PAT00047
Denotes acceleration, velocity, and position of the left and right leg ends shown in FIG. 10, respectively.
Figure 112008089240308-PAT00048
And u are the speed and position of the left and right leg ends obtained from the actual measured joint angles (θ1, θ2, θ3).

도 11은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방식을 구현하기 위한 제어블록도이다. 도 11에서 Kin은 측정된 관절각(θ1,θ2,θ3)으로부터 상기 좌우 다리 끝단의 속도와 위치를 구하기 위한 정기구학을 의미한다. 11 is a control block diagram for implementing a walking control method of the group 2 robot according to the present embodiment. In FIG. 11, Kin denotes forward kinematics for obtaining the velocity and position of the left and right leg ends from the measured joint angles θ1, θ2, and θ3.

이하에서는 상기 2족 로봇을 본 실시예에 따른 제어방법을 적용하여 한 실험결과를 설명한다. Hereinafter, the experimental results of applying the control method according to the present embodiment of the biped robot will be described.

도 12는 본 실시예에 따른 2족 로봇이 보행 제어방법에 따라 평지를 보행하는 과정을 0.2초 간격으로 찍은 사진들이다. 도 12 에서 상기 2족 로봇이 무게중심을 원점으로 하는 좌표계 상에서 상기 무게중심에 대한 좌우측 다리의 끝단이 타원궤도를 그리는 것만으로도 보행이 가능하다는 것을 보여준다. 12 are photographs taken at intervals of 0.2 seconds by a biped robot according to the present embodiment for walking on flat ground according to a walking control method. FIG. 12 shows that the biped robot can walk only by drawing an elliptical orbit at the ends of the left and right legs with respect to the center of gravity on a coordinate system having the center of gravity as the origin.

도 13은 본 실시예에 따른 2족 로봇이 상기 제어방법에 따라 불규칙 지형을 보행하는 과정을 0.2초 간격으로 찍은 사진들이다. 도 13은 상기 2족 로봇의 보행시에 상기 좌우측 다리 끝단이 무게중심의 실제 속도와 목적 속도와의 차이에 따라 갱신되는 중심점에 대해 타원궤도를 추종하도록 제어함으로써 불규칙 지형에 대해서도 안정적으로 보행이 가능함을 보여주고 있다. 도 13에서 불규칙 지형을 형성하기 위하여 높이 0.03m, 길이 0.3m, 너비 0.2m의 나무판자 2개를 지면에 고정시킨 상태이다. 도 13에서 알 수 있는바와 같이, 상기 2족 로봇은 상기 나무판자의 위치나 크기에 대한 정보를 전혀 입력받지 않고, 측정하지도 않은 상태로 보행을 하고 있다. 2족 로봇은 좌우 다리 끝단이 {B}좌표계에서 설정된 타원궤도를 추종하도록 제어될 뿐이며, 부착된 센서에 의해 측정된 고관절의 측정속도에 따라 수학식 1을 이용하여 상기 타원궤도의 중심점만을 수정하는 작업을 수행한다. 13 are photographs taken at intervals of 0.2 seconds by a biped robot according to the present embodiment for walking irregular terrain according to the control method. 13 is a stable gait even on irregular terrain by controlling the left and right leg ends to follow the elliptical trajectory with respect to the center point is updated according to the difference between the actual speed of the center of gravity and the target speed when the biped robot walking. Is showing. In FIG. 13, two wooden boards having a height of 0.03m, a length of 0.3m, and a width of 0.2m are fixed to the ground to form irregular terrain. As can be seen in FIG. 13, the biped robot is walking without receiving any information on the position and size of the wooden board and measuring it. The biped robot is only controlled so that the left and right leg ends follow the elliptical trajectory set in the {B} coordinate system, and corrects only the center point of the elliptical trajectory using Equation 1 according to the measurement speed of the hip joint measured by the attached sensor. Do the work.

즉, 상기 2족 로봇은 지면에 대한 정보를 이용하지 않으면서도, 높이 차이가 0.03m 되는 불규칙 지형을 성공적으로 보행하고 있다. 그리고, 도 13의 9번, 10번 사진에서 나타나는 바와 같이, 보행과정에서 2족 로봇의 다리 끝단이 나무판자 위에서 상기 나무판자 아래로 내려와 있다. 이것은 지면과 접촉된 2족 로봇의 다리 끝단이 반드시 접촉된 지면에 고정되어 있지 않더라도 상기 2족 로봇의 보행이 가능함을 나타낸다. 이것은 종래의 기술들, 즉, 지면과 접촉하는 로봇의 한쪽 다리 끝단이 다른쪽 다리 끝단이 지면과 이격되어 이동하는 동안 고정되어 있어야 하는 것과 대조되는 부분으로 본 발명의 우수성을 나타낸다. That is, the biped robot successfully walks on irregular terrain having a height difference of 0.03 m without using information about the ground. As shown in photographs 9 and 10 of FIG. 13, the leg ends of the biped robots are lowered above the wooden boards during the walking process. This indicates that the biped robot can walk even if the leg end of the biped robot in contact with the ground is not necessarily fixed to the ground in contact with the ground. This represents the superiority of the present invention in contrast to conventional techniques, ie that one leg tip of the robot in contact with the ground must be fixed while the other leg tip moves away from the ground.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 특허청구범 위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that the modification can be carried out as follows.

도 1은 본 실시예에 따른 2족 로봇을 간략히 모델링하여 나타낸 도면이다. 1 is a diagram briefly modeling a group 2 robot according to the present embodiment.

도 2는 지면을 기준으로 한 전역기준좌표계(global coordinates, {0}로 표시한다)에서 본 상기 2족 로봇의 보행을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the walking of the biped robot seen in the global coordinates (denoted by {0}) with respect to the ground.

도 3은 2족 로봇이 트레드밀(31) 위에서 보행하는 경우에 상기 2족 로봇의 움직임을 전역기준좌표계 {0}를 기준으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the movement of the group 2 robot based on the global reference coordinate system {0} when the group 2 robot walks on the treadmill 31.

도 4는 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행을 고관절을 기준으로 한 좌표계 상에서 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the walking of the biped robot according to the present embodiment on a coordinate system based on the hip joint.

도 5 (a)는 {B} 좌표계에서 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 장축의 길이 2a인 타원 궤도를 움직이는 경우를 나타낸 도면이고, 도 5 (b)는 동일한 보행과정을 {0}좌표계에서 나타낸 도면이다. 5 (a) is a view showing a case in which the left and right leg ends of the biped robot moves an ellipse orbit having a length of 2a in the {B} coordinate system, and FIG. 5 (b) shows the same walking process in the {0} coordinate system. Drawing.

도 6은 본 실시예에 따른 2족 로봇이 보행하는 경우를 모델링한 도면이다. FIG. 6 is a model for the case where the biped robot walks according to the present embodiment. FIG.

도 7은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 Vx 및 Vxd에 따른 자세 및 제어방법을 개념적으로 나타낸 도면이다. 7 is a view conceptually illustrating a posture and a control method according to Vx and Vxd of the group 2 robot according to the present embodiment.

도 8은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 Vx 및 Vxd에 따른 자세 및 제어방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.8 is a view conceptually illustrating a posture and a control method according to Vx and Vxd of the group 2 robot according to the present embodiment.

도 9는 본 실시예에 따른 보행 제어방법을 적용하는 2족 로봇의 동역학 모델링을 위한 좌표계와 변수들을 나타내는 도면이다. FIG. 9 is a diagram illustrating a coordinate system and variables for dynamic modeling of a group 2 robot applying the walking control method according to the present embodiment.

도 10은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 좌우 다리 끝단이 추종하는 타원궤도를 나타낸 도면이다.10 is an illustration of an elliptical trajectory followed by left and right leg ends of a group 2 robot according to the present embodiment.

도 11은 본 실시예에 따른 2족 로봇의 보행 제어방식을 구현하기 위한 제어블록도이다.11 is a control block diagram for implementing a walking control method of the group 2 robot according to the present embodiment.

도 12는 본 실시예에 따른 2족 로봇이 상기 제어방법에 따라 평지를 보행하는 과정을 0.2초 단위로 찍은 사진들이다.12 are photographs taken in a step of 0.2 seconds in which the biped robot walks on a flat surface according to the control method.

도 13은 본 실시예에 따른 2족 로봇이 상기 제어방법에 따라 불규칙 지형을 보행하는 과정을 0.2초 단위로 찍은 사진들이다.FIG. 13 is a photograph of a biped robot walking in irregular terrain according to the control method in units of 0.2 seconds.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

11 : 좌측 허벅지 링크 12 : 좌측 정강이 링크11: left thigh link 12: left shin link

13 : 우측 허벅지 링크 14 : 우측 정강이 링크13: right thigh link 14: right shin link

15 : 고관절 16 : 좌측 무릎관절15: hip joint 16: left knee joint

17 : 우측 무릎관절 17: right knee joint

Claims (13)

고관절;Hip joint; 상기 고관절에 연결된 2개의 좌우 다리; 및Two left and right legs connected to the hip joint; And 상기 2개의 좌우 다리 끝단이 상기 고관절을 기준으로 하는 좌표계 상에서 타원 궤도를 추종하도록 제어하되, 상기 타원 궤도의 중심점은 상기 고관절의 측정속도와 상기 고관절의 목적속도와의 차이를 이용하여 결정되는 값인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.The two left and right leg ends are controlled to follow an elliptic orbit on a coordinate system based on the hip joint, wherein a center point of the elliptic orbit is a value determined by using a difference between a measurement speed of the hip joint and a target speed of the hip joint. Two-group robot, comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 2개의 좌우 다리는 각각 상기 고관절에 연결되는 허벅지 링크; 상기 허벅지 링크에 연결되는 무릎관절; 상기 무릎관절에 일측이 연결되고 타 일측은 상기 다리 끝단을 제공하는 정강이 링크; 및 상기 제어부가 제공하는 제어신호에 따라 상기 정강이 링크를 소정 각도로 회전시킬 수 있는 무릎관절모터를 포함하여 구성되고, The two left and right legs each have a thigh link connected to the hip joint; A knee joint connected to the thigh link; One side is connected to the knee joint and the other side of the shin link providing the leg end; And a knee joint motor capable of rotating the shin link at a predetermined angle according to a control signal provided by the controller. 상기 고관절에는 상기 제어부가 제공하는 제어신호에 따라 상기 2개의 허벅지 링크 각각을 소정 각도로 회전시킬 수 있는 고관절모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.And the hip joint includes a hip motor capable of rotating each of the two thigh links at a predetermined angle according to a control signal provided by the controller. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 2족 로봇은 상기 고관절의 측정속도를 측정하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.The biped robot further comprises a sensor unit for measuring the measurement speed of the hip joint. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 좌표계 상에서 지면에 수평한 방향을 x축으로 하고, 상기 x축에 수직한 상부 방향을 y축으로 하는 경우, 상기 타원 궤도의 중심점
Figure 112008089240308-PAT00049
은 식 (1)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.
The center point of the elliptic orbit when the direction horizontal to the ground on the coordinate system is the x axis, and the upper direction perpendicular to the x axis is the y axis.
Figure 112008089240308-PAT00049
A biped robot characterized by the fact that it is determined as in Equation (1).
식 (1)Formula (1)
Figure 112008089240308-PAT00050
Figure 112008089240308-PAT00050
여기서,
Figure 112008089240308-PAT00051
는 상기 타원 궤도 중심점의 갱신전 값을 의미하고,
Figure 112008089240308-PAT00052
는 상기 타원 궤도 중심점의 갱신후 값을 의미한다.
Figure 112008089240308-PAT00053
는 상기 센서부에서 측정된 상기 갱신전 시점의 고관절의 측정속도이고,
Figure 112008089240308-PAT00054
는 상기 갱신전 시점의 고관절의 목적속도이다. 그리고, k 및 m은 미리 정해진 소정의 값이다.
here,
Figure 112008089240308-PAT00051
Denotes a value before updating of the elliptic orbit center point,
Figure 112008089240308-PAT00052
Denotes a value after updating of the elliptic orbit center point.
Figure 112008089240308-PAT00053
Is a measurement speed of the hip joint at the time before the update measured by the sensor unit,
Figure 112008089240308-PAT00054
Is the target velocity of the hip joint before the update. And k and m are predetermined values.
제 4 항에 있어서, 상기 타원 궤도는 식 (2)와 같이 주어지고, 상기 제어부는 상기 좌우 다리 끝단을 상기 타원 궤도를 추종하도록 제어하는 제어신호를 상기 고관절모터 및 2개의 무릎관절모터에 제공하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.The elliptic trajectory of claim 4, wherein the elliptic trajectory is given by Equation (2), and the control unit provides a control signal to the hip joint motor and the two knee joint motors to control the left and right leg ends to follow the elliptic trajectory. Two-group robot, characterized in that. 식 (2)Formula (2)
Figure 112008089240308-PAT00055
Figure 112008089240308-PAT00055
여기서,
Figure 112008089240308-PAT00056
은 좌측 다리 끝단의 위치,
Figure 112008089240308-PAT00057
은 우측 다리 끝단의 위치이다. a는 상기 타원 궤도의 장축길이의 1/2, b는 상기 타원 궤도의 단축길이의 1/2로 상기 a,b는 미리 정해진 소정의 값이다.
Figure 112008089240308-PAT00058
는 상기 좌우 다리 끝단을 연결한 직선과 상기 x축과의 각도를 나타내는 4차 다항식으로 미리 주어지는 값이다. 그리고,
Figure 112008089240308-PAT00059
는 상기 식 (1)에 의해 매순간 갱신되는 값이다.
here,
Figure 112008089240308-PAT00056
Is the position of the left leg end,
Figure 112008089240308-PAT00057
Is the position of the tip of the right leg. a is 1/2 of the long axis length of the elliptic track, b is 1/2 of the short axis length of the elliptic track, and a and b are predetermined values.
Figure 112008089240308-PAT00058
Is a value previously given by a fourth order polynomial representing the angle between the straight line connecting the left and right leg ends and the x-axis. And,
Figure 112008089240308-PAT00059
Is a value which is updated every second by the said Formula (1).
제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 목적 속도
Figure 112008089240308-PAT00060
는 상기
Figure 112008089240308-PAT00061
에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.
The target speed
Figure 112008089240308-PAT00060
Above
Figure 112008089240308-PAT00061
Group 2 robot, characterized in that determined by.
제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제어부가 제공하는 제어신호는 상기 식 (2)로부터 도출되는 좌우 다리 끝단의 속도, 위치와 The control signal provided by the control unit may include the speed and position of the left and right leg ends derived from Equation (2). 상기 고관절모터, 좌측 및 우측 무릎관절모터의 회전각으로부터 측정된 좌우 다리 끝단의 속도, 위치의 차이를 이용하여 결정된 토크값을 제어신호로 제공하여 상기 2개의 좌우 다리 끝단이 상기 타원 궤도를 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇. Provides a torque value determined using the difference in the speed and position of the left and right leg ends measured from the rotation angles of the hip motor and the left and right knee joint motors so that the two left and right leg ends follow the elliptic track. Two-group robot, characterized in that the control. 제 1 항 내지 제 7 항에 있어서, 무게중심이 상기 고관절에 있는 것을 특징으로 하는 2족 로봇.8. The bipedal robot according to claim 1, wherein the center of gravity is at the hip joint. 좌우(left,right) 2개의 다리(leg)를 포함하는 2족 로봇의 보행 제어 방법에 있어서,In the walking control method of a biped robot including two legs, left and right, 상기 2족 로봇의 무게중심을 원점으로 하는 좌표계에서 상기 2개의 좌우 다리 끝단의 좌표를 결정하는 단계; 및Determining coordinates of the ends of the two left and right legs in a coordinate system using the center of gravity of the group 2 robot as an origin; And 상기 2개의 좌우 다리 끝단의 좌표가 상기 좌표계에서 타원 궤도를 추종하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇의 보행 제어방법.And controlling the coordinates of the two left and right leg ends to follow an elliptical trajectory in the coordinate system. 좌우(left,right) 2개의 다리(leg)를 포함하는 2족 로봇의 보행 제어 방법에 있어서,In the walking control method of a biped robot including two legs, left and right, 상기 2개의 좌우 다리 끝단의 좌표를 결정하는 단계; 및Determining coordinates of the two left and right leg ends; And 상기 좌표에 따라 상기 2개의 좌우 다리 끝단을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 좌표는 상기 2족 로봇의 무게중심을 기준으로 하는 좌표계에서의 값이며, 상기 좌표계에서 상기 2개의 좌우 다리 끝단이 타원 궤도를 추종하도록 제어하되, 상기 타원 궤도의 중심점은 상기 무게중심의 측정속도와 상기 무게중심의 목적속도와의 차이를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 2족 로봇의 보행 제어방법.And controlling the two left and right leg ends according to the coordinates, wherein the coordinates are values in a coordinate system based on the center of gravity of the biped robot, wherein the two left and right leg ends are elliptical orbits in the coordinate system. While controlling to follow, the center point of the elliptic orbit is determined using the difference between the measuring speed of the center of gravity and the target speed of the center of gravity, the walk control method of a biped robot. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 무게중심을 기준으로 하는 좌표계 상에서 지면에 수평한 방향을 x축으로 하고, 상기 x축에 수직한 상부 방향을 y축으로 하는 경우, 상기 타원 궤도의 중심점
Figure 112008089240308-PAT00062
은 식(3)과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 2족 로봇의 보행 제어방법.
A center point of the elliptic orbit when the direction horizontal to the ground is the x axis and the upper direction perpendicular to the x axis is the y axis on the coordinate system based on the center of gravity.
Figure 112008089240308-PAT00062
The gait control method of a biped robot, characterized in that is determined as in equation (3).
식 (3)Formula (3)
Figure 112008089240308-PAT00063
Figure 112008089240308-PAT00063
여기서,
Figure 112008089240308-PAT00064
는 상기 타원 궤도 중심점의 갱신전 값을 의미하고,
Figure 112008089240308-PAT00065
는 상기 타원 궤도 중심점의 갱신후 값을 의미한다.
Figure 112008089240308-PAT00066
는 상기 갱신전 시점에 대해 측정되는 무게중심의 x축 방향의 측정속도이고,
Figure 112008089240308-PAT00067
는 상기 갱신전 시점에 대한 무게중심의 x축 방향의 목적속도이다. 그리고, k 및 m은 미리 정해진 소정의 값이다.
here,
Figure 112008089240308-PAT00064
Denotes a value before updating of the elliptic orbit center point,
Figure 112008089240308-PAT00065
Denotes a value after updating of the elliptic orbit center point.
Figure 112008089240308-PAT00066
Is the measurement speed in the x-axis direction of the center of gravity measured for the time point before the update,
Figure 112008089240308-PAT00067
Is the target velocity in the x-axis direction of the center of gravity with respect to the point before the update. And k and m are predetermined values.
제 11 항에 있어서, 상기 2족 로봇의 좌우 다리 끝단을 식 (4)와 같은 타원 궤도를 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2족 로봇의 보행 제어방법.12. The walking control method for a biped robot according to claim 11, wherein the left and right leg ends of the biped robot are controlled to follow an elliptic orbit as shown in Equation (4). 식 (4) Formula (4)
Figure 112008089240308-PAT00068
Figure 112008089240308-PAT00068
여기서,
Figure 112008089240308-PAT00069
은 좌측 다리 끝단의 위치,
Figure 112008089240308-PAT00070
은 우측 다리 끝단의 위치이다. a는 상기 타원 궤도의 장축길이의 1/2, b는 상기 타원 궤도의 단축길이의 1/2로 상 기 a,b는 미리 정해진 소정의 값이다.
Figure 112008089240308-PAT00071
는 상기 좌우 다리 끝단을 연결한 직선과 상기 x축과의 각도를 나타내는 4차 다항식으로 미리 주어지는 값이다. 그리고,
Figure 112008089240308-PAT00072
는 상기 식 (1)에 의해 매순간 갱신되는 값이다.
here,
Figure 112008089240308-PAT00069
Is the position of the left leg end,
Figure 112008089240308-PAT00070
Is the position of the tip of the right leg. a is 1/2 of the long axis length of the elliptic track, b is 1/2 of the short axis length of the elliptic track, and a and b are predetermined values.
Figure 112008089240308-PAT00071
Is a value previously given by a fourth order polynomial representing the angle between the straight line connecting the left and right leg ends and the x-axis. And,
Figure 112008089240308-PAT00072
Is a value which is updated every second by the said Formula (1).
제 12 항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 목적 속도
Figure 112008089240308-PAT00073
는 상기
Figure 112008089240308-PAT00074
에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 2족 로봇의 보행 제어방법.
The target speed
Figure 112008089240308-PAT00073
Above
Figure 112008089240308-PAT00074
Walking control method of a biped robot, characterized in that determined by.
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