KR20130066948A - Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot - Google Patents

Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot Download PDF

Info

Publication number
KR20130066948A
KR20130066948A KR1020110133736A KR20110133736A KR20130066948A KR 20130066948 A KR20130066948 A KR 20130066948A KR 1020110133736 A KR1020110133736 A KR 1020110133736A KR 20110133736 A KR20110133736 A KR 20110133736A KR 20130066948 A KR20130066948 A KR 20130066948A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
robot
center
waist
feet
foot
Prior art date
Application number
KR1020110133736A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101317761B1 (en
Inventor
김종환
박창수
홍영대
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020110133736A priority Critical patent/KR101317761B1/en
Publication of KR20130066948A publication Critical patent/KR20130066948A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101317761B1 publication Critical patent/KR101317761B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • 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
    • B62D57/032—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 with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • 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
    • B25J9/1638—Programme controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
    • 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
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/01—Mobile robot

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

PURPOSE: A method for generating the movement of the center of waist and feet in a vertical, lateral, and front side of a robot to bipedal walk is provided to solve the short time in a bipedal support section by setting the movement around the waist and the feet in a horizontal direction with respect to the bipedal support section and to smoothly move even if the bipedal support section is increased. CONSTITUTION: A method for generating the movement of the center of waist and feet in a vertical, lateral, and front side of a robot to bipedal walk comprises a step of controlling the time in a bipedal support section by drawing the time of the bipedal support section of the bipedal robot and the trace of the waist and the feet using a central pattern generator(S10). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S10) Draw the trace of the waist center and feet of a bipedal robot using a central pattern generator and control the time of a bipedal support section of the bipedal robot

Description

안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법{STABLE BIPEDAL WALKING ROBOT METHOD FOR GENERATING VERTICAL DIRECTION AND THE CENTER OF THE WAIST AND FEET, THE MOVEMENT DIRECTION OF THE FRONT OF THE ROBOT}STABLE BIPEDAL WALKING ROBOT METHOD FOR GENERATING VERTICAL DIRECTION AND THE CENTER OF THE WAIST AND FEET, THE MOVEMENT DIRECTION OF THE FRONT OF THE ROBOT}

본 발명은 이족 보행 로봇(bipedal robot)의 보행에 관한 것으로 특히, 사람과 같은 안정적인 이족 보행을 위한 진화 최적화된(evolutionary optimized) 중앙 패턴 생성기(central pattern generator, CPG)를 이용한 수직 방향의 무게 중심(center of mass)의 움직임 생성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the walking of bipedal robots, and in particular, to a vertical center of gravity using an evolutionary optimized central pattern generator (CPG) for stable bipedal walking such as humans. center of mass).

이족 보행 로봇의 발걸음을 생성하는 방법에는 크게 운동학적 접근방법(Kinematical model-based approach)과 생체학적 접근방법(Biologically inspired approach)이 존재한다.Kinematical model-based approach and Biologically inspired approach exist in generating biped walking robot's footsteps.

생체학적 접근방법은 실제 동물의 보행, 유영, 비행 등과 같은 반복적인 움직임의 발생 원리에서 착안하여 제안되었으며, 주로 중앙 패턴 발생기를 이용하여 주기적인 신호를 발생시킴으로써 이족 보행 로봇의 걸음걸이를 생성시킨다.The biological approach has been proposed based on the principle of the occurrence of repetitive movements such as walking, swimming, and flying of an animal, and generates gait of a biped walking robot mainly by generating a periodic signal using a central pattern generator.

이처럼 이족 보행 로봇의 제어를 위해 학계에서 다양한 연구개발이 이루어지고 있으며, 대한민국 공개특허 제2010-0097881호(이족 로봇의 안정된 보행을 위한 칼만 필터의 지엠피 상태예측을 통한 균형제어 기법)외에 다수가 공개되어 있다.As described above, various researches and developments are being made in academia for the control of biped walking robots. It is.

전술한 선행특허는 이전 시점에서 이족로봇의 보행 제어에 이용된 COM(Center Of Mass) 오차값(이전 COM 오차값) 및 이전 COM 오차값에 따라 보행이 제어된 이족로봇에 대해 측정된 ZMP(Zero Moment Point) 값에 대해 칼만 필터링을 수행하여, 현재 시점에서의 상기 이족로봇의 보행 제어를 위한 COM 오차값(현재 COM 오차값)의 생성에 사용되는 COM 값을 생성하는 단계와; 생성된 COM 값을 ZMP 값으로 변환하여 현재 COM 오차값의 생성에 이용되는 예측 ZMP 값을 생성하는 단계와; 예측 ZMP 값과 이족로봇의 목적 ZMP 값 사이의 오차값(ZMP 오차값)을 생성하는 단계와; ZMP 오차값을 변환하여 현재 COM 오차값을 생성하는 단계; 및 현재 COM 오차값을 이족로봇에 적용하여 이족로봇의 보행을 제어하는 단계로 구성된다.The foregoing patent discloses a ZMP (Zero) measured for a biped robot whose gait is controlled according to a COM (Center Of Mass) error value (formerly COM error value) used for gait control of a biped robot at a previous time point and a previous COM error value. Generating a COM value used to generate a COM error value (current COM error value) for gait control of the biped robot at a current point of time by performing Kalman filtering on a Moment Point) value; Converting the generated COM value into a ZMP value to generate a predicted ZMP value used to generate a current COM error value; Generating an error value (ZMP error value) between the predicted ZMP value and the target ZMP value of the biped robot; Converting a ZMP error value to generate a current COM error value; And controlling the gait of the biped robot by applying a current COM error value to the biped robot.

그러나, 선행특허의 경우 양발지지구간에 대한 고려가 부족하여 양발지지구간의 비율이 전체 걸음걸이의 5%이하로 매우 짧기 때문에, 양발지지 구간에서는 한발지지 구간에서 발생한 누적 에러를 상쇄시키고 무게중심을 다음 지지발로 이동시켜 이족로봇을 제어하게 된다.However, in the case of the prior patents, since the consideration of the support feet is insufficient, the ratio of the support feet is very short, less than 5% of the total gait. It moves to the next support foot to control the biped robot.

하지만, 이처럼 양발지지 구간이 짧을 경우, 이족 보행 로봇이 안정적으로 걸을 수 없는 단점이 있다.However, when the two feet support section is short, there is a disadvantage that the biped walking robot can not walk stably.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 중앙 패턴 발생기를 통해 로봇의 발의 수직 행동을 변형시켜 양발지지 구간의 조절이 가능하도록 제어하고, 양발지지 구간에 대한 수평방향의 발의 움직임과 허리 중심의 움직임을 설정함으로써, 양발지지 구간의 시간이 짧은 점을 해결하고, 양발지지 구간을 증가한 경우에도 부드러운 움직임이 가능하도록 함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above problems, by controlling the vertical behavior of the robot's foot through the center pattern generator to control the support of both feet, the movement of the foot in the horizontal direction and the waist for both feet support section By setting the movement of the center, the purpose of solving the short time point of the two-foot support section, and to enable a smooth movement even when the two-foot support section is increased.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법은, 중앙 패턴 생성기를 이용하여 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적을 도출하고, 이족 보행 로봇의 양발지지 구간의 시간을 도출하여 양발지지 구간의 사간을 조절하는 (a) 단계;를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the method of generating the movement of the waist and the foot in the vertical direction, the front of the robot, and the lateral direction for the stable biped walking of the present invention derives the locus of the waist and the foot of the biped walking robot using a center pattern generator. And, (a) step of adjusting the time interval of the biped support section by deriving the time of the biped support section of the biped walking robot.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 양발지지 구간이 증가하여, 한발지지 구간에서 발생하는 로봇의 흔들림을 상쇄시키고 로봇의 무게중심이 다음 지지발로 더 가까이 이동시킴으로써, 보행시 로봇의 흔들림이 감소하여 이족 보행 로봇이 안정적으로 걷도록 하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the two-foot support section is increased to offset the shaking of the robot occurring in the one-foot support section, and the center of gravity of the robot moves closer to the next support foot, so that the shaking of the robot during walking reduces bipedal walking It has the effect of making the robot walk stably.

도 1은 본 발명에 따른 이족 보행 로봇의 발바닥의 궤적과 상체의 허리의 무게 중심의 궤적 생성을 위한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 이족 보행 로봇의 발바닥의 궤적과 상체의 허리의 무게 중심의 궤적 생성을 위한 또 다른 예시도.
도 3은 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법의 제S10단계 이후 과정을 도시한 순서도.1 is an exemplary view for generating the locus of the sole of the biped walking robot according to the present invention and the locus of the center of gravity of the waist of the upper body.
Figure 2 is another exemplary view for generating the trajectory of the sole of the foot and the center of gravity of the waist of the upper body of the biped walking robot according to the present invention.
Figure 3 is a flow chart illustrating a method of generating the movement of the center of the waist and feet in the vertical direction and the front of the robot, side for stable biped walking.
4 is a flowchart illustrating a process after step S10 of the method of generating a movement of a waist center and a foot in a vertical direction and a robot front and side direction for stable biped walking according to the present invention.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims are to be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted in terms of meaning and concept. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 작용에 대해서 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

1. 중앙 패턴 발생기1. Central pattern generator

중앙 패턴 발생기의 신경발진기(Neural Oscillator) 모형은 주기적인 신호를 발생시키는 알고리즘으로 생체학적 분석을 통해서 제안되었다. 그리고 이 신경발진기는 각각의 신경세포(Neuron)로 구성이 되며 이의 개념도는 도 2와 같다. 또한 하기 [수학식 1]과 같이 표현이 된다.The neural oscillator model of the central pattern generator is proposed through biological analysis as an algorithm for generating periodic signals. And the neural oscillator is composed of each neuron (Neuron) and its conceptual diagram is shown in FIG. In addition, it is expressed as Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서

Figure pat00002
는 신경세포의 번호를,
Figure pat00003
는 신경세포의 내부 상태를,
Figure pat00004
는 신경세포의 적응정도(degree of adaptation) 혹은 자기 억제 상태(self-inhibition state)를,
Figure pat00005
는 신경세포의 출력을 나타낸다.
Figure pat00006
는
Figure pat00007
번째와
Figure pat00008
번째의 신경세포 간의 연결 가중치(connecting weight)로 각 신경세포 간의 위상차를 결정한다. 그리고
Figure pat00009
과
Figure pat00010
는 시정수로 신호의 주기를 결정한다.
Figure pat00011
는 자기 억제의 가중치(weight of the self-inhibition)로 출력 신호의 형태를 결정하고,
Figure pat00012
는 외부 입력 신호로 출력신호의 진폭을 결정한다.
Figure pat00013
는 로봇 센서를 통한 피드백 신호를 나타낸다.
here
Figure pat00002
The number of neurons,
Figure pat00003
The internal state of neurons,
Figure pat00004
Is the degree of adaptation or the self-inhibition state of a neuron,
Figure pat00005
Represents the output of neurons.
Figure pat00006
The
Figure pat00007
Th and
Figure pat00008
The phase difference between each neuron is determined by the connecting weight between the first neuron. And
Figure pat00009
and
Figure pat00010
Is a time constant that determines the period of the signal.
Figure pat00011
The weight of the self-inhibition determines the shape of the output signal,
Figure pat00012
Is the external input signal to determine the amplitude of the output signal.
Figure pat00013
Represents a feedback signal through the robot sensor.

단일개의 신경발진기는 일반적으로 특정 연결 가중치로 연결된 두 개의 신경 세포로 구성되어 주기적인 신호를 발생하게 되는데, 각각의 신경 발진기가 구동장치에 연결되고 서로 영향을 주고받으며 주기적인 신호를 발생시키는 집합구조를 CPG구조라고 부른다.A single neural oscillator is generally composed of two nerve cells connected by a specific connection weight to generate a periodic signal. A collective structure in which each neural oscillator is connected to a driving device, influences each other, and generates a periodic signal Is called a CPG structure.

이때, CPG구조는 비교적 적은 수의 매개변수를 통해 연속적으로 주기적인 신호가 발생하므로 기존의 모든 궤적을 계산하고 저장하여 로봇의 움직임을 제어한 것에 비해 효율적인 메모리 사용을 도모할 수 있다. 또한, CPG구조는 토크 센서와 같은 센서 피드백을 이용하게 되면 주변의 저항에도 강인한 신호가 발생하므로 주기적인 움직임 생성에 많이 사용되고 있다.In this case, since the CPG structure generates periodic signals through a relatively small number of parameters, it is possible to efficiently use memory compared to controlling the robot movement by calculating and storing all existing trajectories. In addition, the CPG structure uses a sensor feedback, such as a torque sensor, generates a robust signal to the resistance of the surroundings, so that the CPG structure is used for generating periodic movements.

2. CPG를 이용한 걸음걸이 생성2. Create gait using CPG

본 발명에서는 CPG를 이용하여 도 1 및 도 2와 같이 각 이족 보행 로봇의 발바닥의 궤적과 상체의 허리의 무게 중심의 궤적을 생성하고, 이를 inverse kinematics를 이용하여 각 관절의 궤적을 도출한다. 각 발바닥의 궤적과 상체의 허리의 무게 중심의 궤적은 다음의 [수학식 2]를 통해 도출된다.In the present invention, as shown in Figs. 1 and 2 using the CPG, the locus of the foot of each biped walking robot and the center of gravity of the waist of the upper body are generated, and the trajectory of each joint is derived using the inverse kinematics. The locus of each foot and the locus of the center of gravity of the waist of the torso are derived from Equation 2 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

조건으로,On condition

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서

Figure pat00016
과
Figure pat00017
는 각각 로봇의 수직 방향과 정면 방향에 대해서 왼쪽/오른쪽 발과 허리 중심사이의 거리이고,
Figure pat00018
는 로봇의 측면 방향에 대해서 무게 중심과 두 발의 중심 사이의 거리를 나타낸다. 또한,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
와
Figure pat00021
는 크기 조정 인수(amplitude scaling factor)이고,
Figure pat00022
는 수직 방향의 허리중심 높이의 오프셋이다.here
Figure pat00016
and
Figure pat00017
Are the distances between the left / right foot and the waist center in the vertical and front directions of the robot, respectively.
Figure pat00018
Represents the distance between the center of gravity and the center of the two feet with respect to the lateral direction of the robot. Also,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
Wow
Figure pat00021
Is an amplitude scaling factor,
Figure pat00022
Is the offset of the waist center height in the vertical direction.

또한,

Figure pat00023
는
Figure pat00024
의 진폭을 나타내고,
Figure pat00025
는 양발지지구간에 대한 파라미터로 양발지지 구간의 기간을 결정하며,
Figure pat00026
일 때 이족 보행 로봇은 양발지지 구간에 있고 나머지 경우에는 한발지지 구간에 있게 된다.Also,
Figure pat00023
The
Figure pat00024
Represents the amplitude of
Figure pat00025
Is a parameter for the bilateral support section, determines the duration of the bilateral support section,
Figure pat00026
When the bipedal walking robot is in the bipedal support section, in the other case is in the one-foot support section.

또한,

Figure pat00027
는 양발 지지구간이 시작할 때의
Figure pat00028
값이고,
Figure pat00029
는
Figure pat00030
일 때의
Figure pat00031
이며,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
에 의해
Figure pat00034
의 값과 관계없이
Figure pat00035
와
Figure pat00036
에 의해 보폭과 발을 드는 높이가 결정된다.Also,
Figure pat00027
Is the starting point
Figure pat00028
Value,
Figure pat00029
The
Figure pat00030
When
Figure pat00031
Is,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
By
Figure pat00034
Regardless of the value of
Figure pat00035
Wow
Figure pat00036
The stride length and the lifting height are determined.

한편, 로봇의 흔들림을 최소화함으로써 걷는 동안 이족 보행 로봇의 안정성을 향상시키기 위해 [수학식 3]과 같이 센서 피드백을 정의한다.Meanwhile, in order to improve the stability of the biped walking robot while walking by minimizing the shaking of the robot, sensor feedback is defined as shown in [Equation 3].

Figure pat00037
Figure pat00037

조건으로,On condition

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서,

Figure pat00039
는 크기 조정 인수(amplitude scaling factor)이고,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
와
Figure pat00042
는 수직, 로봇의 정면, 측면에 대한 이족 보행 로봇의 자세에 대한 센서 정보이며,
Figure pat00043
은 왼쪽/오른쪽 발에 걸리는 총 지면 반발력을 의미하고,
Figure pat00044
은 로봇의 무게,
Figure pat00045
는 중력가속도를 나타낸다.here,
Figure pat00039
Is an amplitude scaling factor,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
Wow
Figure pat00042
Is sensor information about the bipedal robot's posture with respect to the vertical, front and side of the robot,
Figure pat00043
Means total ground repulsion on the left and right feet,
Figure pat00044
Is the weight of the robot,
Figure pat00045
Is the acceleration of gravity.

또한,

Figure pat00046
와
Figure pat00047
는 양 발의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 걸리는 지면 반발력을,
Figure pat00048
와
Figure pat00049
는 양 발의 왼쪽과 오른쪽에 각각 걸리는 지면 반발력을 의미한다.Also,
Figure pat00046
Wow
Figure pat00047
Is the ground reaction force applied to the front and back of each foot,
Figure pat00048
Wow
Figure pat00049
Is the ground reaction force on the left and right sides of the feet, respectively.

본 발명에서는 진화 알고리즘(evolutionary algorithm)으로 CPG를 최적화한다. 최적화의 목적은 걷는 동안 로봇의 흔들림을 최소화하는 것이다. 이러한 목적을 만족하기 위한 센서 피드백의

Figure pat00050
값을 얻기 위해 [수학식 4]와 같이 목적 함수(objective function)를 설정한다.In the present invention, the CPG is optimized by an evolutionary algorithm. The purpose of the optimization is to minimize the shaking of the robot while walking. Sensor feedback to meet this goal.
Figure pat00050
Set an objective function as shown in Equation 4 to get the value.

Figure pat00051
Figure pat00051

조건으로,On condition

Figure pat00052
Figure pat00052

여기서,

Figure pat00053
와
Figure pat00054
는 크기 조정 인수이고,
Figure pat00055
와
Figure pat00056
는 이족 보행 로봇 몸체의 세로방향 흔들림과 가로방향 흔들림을 의미한다.
here,
Figure pat00053
Wow
Figure pat00054
Is a scaling factor,
Figure pat00055
Wow
Figure pat00056
Means the longitudinal shaking and the horizontal shaking of the biped robot body.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법에 대해 살피면 아래와 같다.Hereinafter, referring to FIG. 3, a method for generating a movement of a waist center and a foot in a vertical direction, a robot front side, and a lateral direction for stable biped walking according to the present invention is as follows.

중앙 패턴 생성기를 이용하여 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적을 도출하고, 상기 이족 보행 로봇의 양발지지 구간의 시간을 도출하여 양발지지 구간의 사간을 조절한다(S10).
By using the center pattern generator to derive the locus of the waist center and the foot of the biped walking robot, and derives the time of the bipedal support section of the biped walking robot to adjust the time interval of the biped support section (S10).

구체적으로, 제S10단계의 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적 도출은 중앙 패턴 생성기를 이용하여 [수학식 2]를 통해 도출한다.Specifically, the locus of the waist center and the foot of the biped walking robot of step S10 is derived through Equation 2 using a central pattern generator.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00057
Figure pat00057

Figure pat00058
Figure pat00058

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제S10단계 이후, 중앙 패턴 생성기의 센서 피드백을 통해 상기 이족 보행 로봇의 보행 시 생기는 왜란을 보상한다(S20).On the other hand, as shown in Figure 4, after the step S10, through the sensor feedback of the center pattern generator to compensate for the disturbance generated when the biped walking robot (S20).

이때, 제S20단계의 외란 보상은, [수학식 3]에 의한 중앙 패턴 생성기의 센서 피드백을 통해 보상된다.At this time, the disturbance compensation in step S20 is compensated through the sensor feedback of the central pattern generator according to [Equation 3].

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00059
Figure pat00059

조건으로,On condition

Figure pat00060
Figure pat00060

또한, 제S10단계의 허리중심과 발의 움직임 생성을 위한 중앙 패턴 생성기의 진화 알고리즘에 의해 최적화를 통해 센서 피드백의

Figure pat00061
값을 도출한다.In addition, the sensor feedback through the optimization of the evolution of the center pattern generator for generating the waist center and the foot movement of step S10
Figure pat00061
Derive a value.

이때, 중앙 패턴 생성기의 진화 최적화를 위한 목적함수는 [수학식 4]를 통해 도출한다.At this time, the objective function for the optimization of the evolution of the central pattern generator is derived through Equation 4.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00062
Figure pat00062

조건으로,On condition

Figure pat00063
Figure pat00063

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.

Figure pat00064
,
Figure pat00065
: 각각 로봇의 수직 방향과 정면 방향에 대해서 왼쪽/오른쪽 발과 허리 중심사이의 거리
Figure pat00066
: 로봇의 측면 방향에 대해서 무게 중심과 두 발의 중심 사이의 거리
Figure pat00064
,
Figure pat00065
: Distance between left / right foot and waist center in the vertical and front direction of the robot, respectively
Figure pat00066
: Distance between the center of gravity and the center of the two feet with respect to the side of the robot

Claims (6)

안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법에 있어서,
(a) 중앙 패턴 생성기를 이용하여 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적을 도출하고, 상기 이족 보행 로봇의 양발지지 구간의 시간을 도출하여 양발지지 구간의 사간을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.In the method of generating the movement of the center of the waist and the foot in the vertical direction, the front of the robot and the lateral direction for stable biped walking,
(a) deriving a locus of the waist and the foot of the biped walking robot using a center pattern generator and deriving the time of the biped walking section of the biped walking robot to adjust the time interval between the biped walking sections; A method of generating the movement of the center of the waist and the feet in the vertical direction, the front of the robot and the lateral direction for stable biped walking. 제 1 항에 있어서,
상기 이족 보행 로봇의 허리 중심과 발의 궤적 도출은,
상기 중앙 패턴 생성기를 이용하여 [수학식 2]를 통해 도출되는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.
[수학식 2]
Figure pat00067

Figure pat00068

상기 [수학식 2]의
Figure pat00069
과
Figure pat00070
는 각각 로봇의 수직 방향과 정면 방향에 대해서 왼쪽/오른쪽 발과 허리 중심사이의 거리이고,
Figure pat00071
는 로봇의 측면 방향에 대해서 무게 중심과 두 발의 중심 사이의 거리이며,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
와
Figure pat00074
는 크기 조정 인수(amplitude scaling factor)이고,
Figure pat00075
는 수직 방향의 허리중심 높이의 오프셋이고,
Figure pat00076
는
Figure pat00077
의 진폭을 나타내고,
Figure pat00078
는 양발지지구간에 대한 파라미터로 양발지지 구간의 기간을 결정하며,
Figure pat00079
일 때 이족 보행 로봇은 양발지지 구간에 있고 나머지 경우에는 한발지지 구간에 있게 되며,
Figure pat00080
는 양발 지지구간이 시작할 때의
Figure pat00081
값이고,
Figure pat00082
는
Figure pat00083
일 때의
Figure pat00084
이며,
Figure pat00085
,
Figure pat00086
에 의해
Figure pat00087
의 값과 관계없이
Figure pat00088
와
Figure pat00089
에 의해 보폭과 발을 드는 높이가 결정된다.The method of claim 1,
Deriving the locus of the waist and the foot of the biped walking robot,
Method of generating the movement of the center of the waist and the foot in the vertical direction and the front, side and robot direction for stable biped walking, characterized in that it is derived through [Equation 2] using the central pattern generator.
&Quot; (2) "
Figure pat00067

Figure pat00068

Of Equation 2 above
Figure pat00069
and
Figure pat00070
Are the distances between the left / right foot and the waist center in the vertical and front directions of the robot, respectively.
Figure pat00071
Is the distance between the center of gravity and the center of the two feet with respect to the side of the robot,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
Wow
Figure pat00074
Is an amplitude scaling factor,
Figure pat00075
Is the offset of the waist center height in the vertical direction,
Figure pat00076
The
Figure pat00077
Represents the amplitude of
Figure pat00078
Is a parameter for the bilateral support section, determines the duration of the bilateral support section,
Figure pat00079
When the bipedal walking robot is in the bipedal support section, in the other case it is in the one-footed support zone,
Figure pat00080
Is the starting point
Figure pat00081
Value,
Figure pat00082
The
Figure pat00083
When
Figure pat00084
Is,
Figure pat00085
,
Figure pat00086
By
Figure pat00087
Regardless of the value of
Figure pat00088
Wow
Figure pat00089
The stride length and the lifting height are determined. 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후,
(b) 중앙 패턴 생성기의 센서 피드백을 통해 상기 이족 보행 로봇의 보행 시 생기는 왜란을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.The method of claim 1,
After the step (a)
Compensating for the disturbance generated when walking the biped walking robot through the sensor feedback of the center pattern generator; and the center of the waist and feet in the vertical direction and the front and side of the robot for stable biped walking, comprising: How to generate motion. 제 3 항에 있어서,
상기 (b) 단계의 외란 보상은,
[수학식 3]에 의한 중앙 패턴 생성기의 센서 피드백을 통해 보상되는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.
[수학식 3]
Figure pat00090

Figure pat00091

상기 [수학식 3]의
Figure pat00092
는 크기 조정 인수(amplitude scaling factor)이고,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
와
Figure pat00095
는 수직, 로봇의 정면, 측면에 대한 이족 보행 로봇의 자세에 대한 센서 정보이며,
Figure pat00096
은 왼쪽/오른쪽 발에 걸리는 총 지면 반발력을 의미하고,
Figure pat00097
은 로봇의 무게,
Figure pat00098
는 중력가속도를 나타내며,
Figure pat00099
와
Figure pat00100
는 양 발의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 걸리는 지면 반발력을,
Figure pat00101
와
Figure pat00102
는 양 발의 왼쪽과 오른쪽에 각각 걸리는 지면 반발력을 의미한다.The method of claim 3, wherein
Disturbance compensation in the step (b),
Method of generating the movement of the center of the waist and feet in the vertical direction and the robot front, side direction for stable biped walking, characterized in that compensated through the sensor feedback of the center pattern generator according to [Equation 3].
&Quot; (3) "
Figure pat00090

Figure pat00091

Of Equation 3 above
Figure pat00092
Is an amplitude scaling factor,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
Wow
Figure pat00095
Is sensor information about the bipedal robot's posture with respect to the vertical, front and side of the robot,
Figure pat00096
Means total ground repulsion on the left and right feet,
Figure pat00097
Is the weight of the robot,
Figure pat00098
Represents the acceleration of gravity,
Figure pat00099
Wow
Figure pat00100
Is the ground reaction force applied to the front and back of each foot,
Figure pat00101
Wow
Figure pat00102
Is the ground reaction force on the left and right sides of the feet, respectively. 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
허리중심과 발의 움직임 생성을 위한 중앙 패턴 생성기의 진화 알고리즘에 의해 최적화를 통해 센서 피드백의
Figure pat00103
값을 도출하는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.The method of claim 1,
The step (a)
Optimization of sensor feedback through optimization by an evolutionary algorithm of the center pattern generator for generating waist center and foot movements
Figure pat00103
Method for generating the movement of the center of the waist and feet in the vertical direction and the front, side direction of the robot for stable biped walking, characterized in that the value is derived. 제 5 항에 있어서,
상기 중앙 패턴 생성기는,
진화 최적화를 위한 목적함수를 [수학식 4]에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는 안정적인 이족 보행을 위한 수직 방향과 로봇 정면, 측면 방향의 허리 중심과 발의 움직임 생성 방법.
[수학식 4]
Figure pat00104

Figure pat00105

상기 [수학식 4]의
Figure pat00106
와
Figure pat00107
는 크기 조정 인수이고,
Figure pat00108
와
Figure pat00109
는 이족 보행 로봇 몸체의 세로방향 흔들림과 가로방향 흔들림을 의미한다.The method of claim 5, wherein
The central pattern generator,
A method of generating the movement of the center of the waist and the foot in the vertical direction, the front of the robot, and the lateral direction for stable bipedal walking, which is derived by the equation [4].
&Quot; (4) "
Figure pat00104

Figure pat00105

Of Equation 4 above
Figure pat00106
Wow
Figure pat00107
Is a scaling factor,
Figure pat00108
Wow
Figure pat00109
Means the longitudinal shaking and the horizontal shaking of the biped robot body.
KR1020110133736A 2011-12-13 2011-12-13 Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot KR101317761B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110133736A KR101317761B1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110133736A KR101317761B1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130066948A true KR20130066948A (en) 2013-06-21
KR101317761B1 KR101317761B1 (en) 2013-10-11

Family

ID=48862961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110133736A KR101317761B1 (en) 2011-12-13 2011-12-13 Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101317761B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110909859A (en) * 2019-11-29 2020-03-24 中国科学院自动化研究所 Bionic robot fish motion control method and system based on antagonistic structured control
CN114019988A (en) * 2022-01-05 2022-02-08 季华实验室 AGV control method and device based on CPG, electronic equipment and storage medium

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4644833B2 (en) 2004-03-31 2011-03-09 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 Biped walking movement device
KR100835354B1 (en) 2006-07-05 2008-06-04 삼성전자주식회사 Walking robot and control method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110909859A (en) * 2019-11-29 2020-03-24 中国科学院自动化研究所 Bionic robot fish motion control method and system based on antagonistic structured control
CN114019988A (en) * 2022-01-05 2022-02-08 季华实验室 AGV control method and device based on CPG, electronic equipment and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
KR101317761B1 (en) 2013-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4587738B2 (en) Robot apparatus and robot posture control method
JP5962679B2 (en) Biped walking robot control method and biped walking robot control system
US7482775B2 (en) Robot controller
JP4836592B2 (en) Robot apparatus and control method thereof
US7937185B2 (en) Stable motion control system and method for a legged mobile robot
Kimura et al. Biologically inspired adaptive walking of a quadruped robot
JP5052013B2 (en) Robot apparatus and control method thereof
Kimura et al. Biologically inspired adaptive dynamic walking of the quadruped on irregular terrain
CN108931988B (en) Gait planning method of quadruped robot based on central pattern generator, central pattern generator and robot
US20080147237A1 (en) Gait Generator for Mobile Robot
Matos et al. Towards goal-directed biped locomotion: Combining CPGs and motion primitives
Cao et al. On the energetics of quadrupedal bounding with and without torso compliance
Buschmann et al. Event-based walking control—from neurobiology to biped robots
Van der Noot et al. Neuromuscular model achieving speed control and steering with a 3D bipedal walker
KR101317761B1 (en) Stable bipedal walking robot method for generating vertical direction and the center of the waist and feet, the movement direction of the front of the robot
Schmitz et al. No need for a body model: positive velocity feedback for the control of an 18-DOF robot walker
Iida et al. Minimalistic control of a compass gait robot in rough terrain
Kimura et al. Adaptive dynamic walking of the quadruped on irregular terrain-autonomous adaptation using neural system model
Vanderborght et al. Objective locomotion parameters based inverted pendulum trajectory generator
Han et al. Hybrid control for SLIP-based robots running on unknown rough terrain
Komatsu et al. Dynamic walking and running of a bipedal robot using hybrid central pattern generator method
Song et al. CPG-based control design for bipedal walking on unknown slope surfaces
Iida et al. Motor control optimization of compliant one-legged locomotion in rough terrain
Fukuoka et al. Integration of multi sensors for adaptive walking of a quadruped robot
KR101339453B1 (en) Vertical center of mass motion generation method using evolutionary optimized central pattern generator for human-like stable bipedal walking

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: 20161004

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee