KR20150117556A - Apparatus for walk imitation control of biped robot - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a walk imitation control device for a biped robot capable of measuring the movement of worker′s joints using a wearable sensor, grasping the center of the pressure (COP) of the robot using a sole sensor, and thereafter imitation-controlling a walk of the biped robot based on the measurement and the COP. The present invention provides the walk imitation control device for the biped robot including a track data generator detecting data of each joint according to the movement of the joint of the worker, computing the COP data generated based on the detected sole pressure of the biped robot and the joint data, and thereafter generating track data for movement imitation; a robot controller controlling a walk of the biped robot based on the track data generated by the track data generator; and the biped robot imitating the movement of the worker according to the control of the robot controller.

Description

이족보행로봇의 보행 모방 제어장치{Apparatus for walk imitation control of biped robot}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a biped walking robot,

본 발명은 이족보행로봇(Biped robot)의 보행 모방 제어(walk imitation control)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨어러블 센서(wearable sensor)를 이용하여 작업자의 관절 움직임을 측정하고, 발바닥 센서를 통해 로봇의 압력 중심을 확보한 후, 이를 기반으로 이족보행로봇의 보행을 모방 제어할 수 있도록 한 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to walking imitation control of a biped robot, and more particularly, to a walk imitation control of a biped robot, which measures movement of an operator's joint using a wearable sensor, A bipedal walking robot having a bipedal walking robot and a bipedal walking robot, the bipedal walking robot having a pressure center secured thereto and imitating and controlling the walking of the bipedal walking robot.

로봇 응용 분야는 점차 증가하고 있다. 일반적으로, 로봇은 인간 대신에 간단하고 위험한 작업을 한다. 예컨대, 로봇은 제조 공장에서 간단한 조립 공정에 사용된다. 또한, 로봇은 인간이 도달하기 어려운 곳인 심해 탐험에도 사용되며, 폭발물 해체에도 인간을 대신할 수 있다.Robot applications are increasing. Generally, robots do simple and dangerous work on behalf of humans. For example, a robot is used in a simple assembly process in a manufacturing plant. In addition, robots can be used for deep sea exploration, where humans are hard to reach, and they can replace humans in explosive dismantling.

근래에는 이족보행 휴머노이드(인간의 신체와 유사한 모습을 갖춘 로봇) 개발에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 인간 모습과 얼굴 표정 및 걸음걸이에 가까운 로봇과 기술 개발이 진행되고 있다. 혼다 아시모(Honda ASIMO)는 이에 대한 가장 대표적인 예이다. 이족보행 휴머노이드 개발을 위한 연구가 세계적으로 많이 진행되고 있으나, 휴머노이드의 지능은 아직 스마트 작업을 하기에는 너무 낮은 수준이다. 휴머노이드 자체가 생각하고 결정할 정도로 스마트하기에는 아직 이르다.In recent years, research on the development of bipedal humanoid robots (robots with a similar appearance to the human body) has been conducted. Robot and technology development is progressing close to human figure, facial expression and gait. Honda ASIMO is the most representative example. Although research on the development of bipedal walking humanoids is underway worldwide, the intelligence of humanoids is still too low for smart work. The humanoid itself is still too early to be smart enough to think and decide.

인간에 의한 이족보행 휴머노이드를 제어하기 위한 필요성이 증가하고 있다. 이로 인해 인간 제어 이족보행 휴머노이드는 재해 현장과 같은 인간이 접근하기 어려운 장소에서 인간 대신에 일을 할 수 있다. 인간 제어 이족보행 로봇은 스마트한 작업을 할 정도로 지능이 발달하게 되는 데, 이는 인간의 지능으로 제어되기 때문이다. 이 같은 로봇이 매력적이지만, 이 같은 경지에 도달하려면 아직 많은 연구가 필요하다.There is a growing need to control bipedal humanoids by humans. As a result, human control bipedal humanoids can work on behalf of humans in places where human access is difficult, such as a disaster scene. Human control bipedal robots develop smart enough to do smart work because it is controlled by human intelligence. While these robots are attractive, reaching this level still requires much research.

이족보행 로봇을 운영해 보려는 시도가 여러 번 있었다. 비행체 용 원격 제어기(RC)가 이족보행 로봇에 사용되었으나 운동제어의 한계와 자유도(DOF)가 낮은 것으로 밝혀졌다. 게이오 대학은 터치 스크린 스마트폰에 사용되는 것과 유사한 제스처의 터치 입력을 인식해서 이족보행 로봇을 제어할 수 있다는 사실을 발표했다(하기의 <비 특허문헌 1> 참조). A 시니어(Senior)와 S 도수노글루(Sabri Tosunoglu)는 직렬 통신 연결을 구비한 컴퓨터에서 이족보행 로봇으로 명령을 전달하여 이족보행 로봇을 제어하는 방법을 발표했다(하기의 <비 특허문헌 2> 참조). 또한, 블루투스를 이족보행 로봇의 원격 제어에 사용하였다.There have been several attempts to operate bipedal robots. A remote controller (RC) was used for bipedal walking robot but it was found that the limit of motion control and the degree of freedom (DOF) were low. Keio University announced that it can control a bipedal walking robot by recognizing a touch input of a gesture similar to that used in a touch-screen smartphone (see Non-Patent Document 1 below). A Senior and Sabri Tosunoglu disclosed a method of controlling a bipedal walking robot by transmitting commands to a bipedal walking robot from a computer having a serial communication connection (see Non-Patent Document 2 below) Reference). In addition, Bluetooth was used for remote control of biped robot.

다른 연구 영역으로, 인간에 의한 모방 제어 방법이 연구되고 있다. 모방 제어는 인간 작업자의 관절 움직임 궤적을 추적하여 이를 로봇에 전달하여, 로봇이 인간 작업자처럼 움직이게 하는 것이다. 또한, 이족보행 로봇용 모방 제어는 새로운 연구 문제로 대두 되었다.As another research area, human imitation control methods are being studied. The imitation control tracks the motion trajectory of the human operator and transmits it to the robot, which makes the robot move like a human operator. In addition, imitation control for biped walking robots has emerged as a new research problem.

인체 움직임의 궤적을 추적하기 위해서는, 자이로스코프와 가속 센서를 인체의 특정 부위에 부착한다. T. Liu등 연구진은 각속도와 가속도의 측정 데이터에 퍼지 추론 엔진을 적용하여 걸음걸이를 추정했음을 제시했다(하기의 < 비 특허문헌 3, 4> 참조). Ude는 자기 마크 시스템을 사용하여 관절 각을 측정했다(하기의 <비 특허문헌 5> 참조). 일부 관성 센서 시스템도 사용하여, 하부 신체 부분 방위를 측정한다(하기의 <비 특허문헌 6> 참조). R. Chalodhorn 등 연구진은, 비록 동적인 면에서 불안정하지만, 프로그램 제어보다 움직임 포착 데이터를 직접 사용하는 것이 더 유연성이 있으며, 직관적이라고 말한다(하기의 <비 특허문헌 7> 참조). 다른 예로서, 역각 센서(force sensor)와 손 추적 장치를 이용한 3차원 실시간 인간 움직임 포착 시스템을 전신 운동 재구성으로 제시한다(하기의 < 비 특허문헌 8> 참조).
To track the trajectory of human motion, the gyroscope and acceleration sensor are attached to specific parts of the body. T. Liu and colleagues showed that the gait estimation was estimated by applying a fuzzy inference engine to measurement data of angular velocity and acceleration (see Non-Patent Documents 3 and 4 below). Ude measured joint angles using a magnetic mark system (see Non-Patent Document 5 below). Some inertial sensor systems are also used to measure the lower body part orientation (see Non-Patent Document 6 below). R. Chalodhorn and colleagues say that it is more flexible and intuitive to use motion capture data directly than program control, although it is unstable in the dynamic sense (see Non-Patent Document 7 below). As another example, a three-dimensional real-time human motion capture system using a force sensor and a hand tracking device is proposed as a whole body motion reconstruction (refer to Non-Patent Document 8 below).

Keio University, Walky project, Graduate School of Media design, Nov. (2009).Keio University, Walky project, Graduate School of Media design, Nov. (2009). Andre Senior and Sabri Tosunoglu, "Design of a Biped Robot", Florida Conference on Recent Advances in Robotics, FCRAR (2006).Andre Senior and Sabri Tosunoglu, "Design of a Biped Robot", Florida Conference on Recent Advances in Robotics, FCRAR (2006). T. Liu, H. Utsuomiya, Y. Inoue, and K. Shibata, "Synchronous Imitation Control for Biped Robot Based on Wearable Human Motion Analysis System", 2008 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, France, Sep. 22-26,(2008).T. Liu, H. Utsuomiya, Y. Inoue, and K. Shibata, "Synchronous Imitation Control for Biped Robot Based on Human Motion Analysis System", 2008 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, France, Sep. 22-26, (2008). T. Liu, Y. Inoue, K. Shibata, and H. Morioka, "Development of Wearable Sensor Combinations for Human Lower Extremity Motion Analysis", 2006 IEEE International Conference on Robots and Automation, Florida, May. (2006).T. Liu, Y. Inoue, K. Shibata, and H. Morioka, "Development of Wearable Sensor Combinations for Human Lower Extremity Motion Analysis", 2006 IEEE International Conference on Robots and Automation, Florida, May. (2006). Ude, A. etal. "Automatic generation of kinematic models for the conversion of human motion capture data into humanoid robot motion", In Proc. First IEEE-RAS Int. Conf. Humanoid Robots, (2000).Ude, A. etal. "Automatic generation of kinematic models for the conversion of human motion capture data into humanoid robot motion", In Proc. First IEEE-RAS Int. Conf. Humanoid Robots, (2000). Tao Liu, Y. Inoue, and K. Shibata, "Imitation Control for Biped Robot Using Wearable Motion Sensor", Journal of Mechanisms and Robotics, May, Vol. 2, (2010).Tao Liu, Y. Inoue, and K. Shibata, "Imitation Control for Biped Robot Using Wearable Motion Sensor ", Journal of Mechanisms and Robotics, May, Vol. 2, (2010). R. Chalodhorn, etal, "Learning to Walk through Imitation", Twentieth International Joint Conference on Artificial Intelligence, India, Jan. 6-12, (2007).R. Chalodhorn, et al, "Learning to Walk Through Imitation", Twentieth International Joint Conference on Artificial Intelligence, India, Jan. 6-12, (2007). Sehoon Ha, Y Bai, and C. Karen Liu, "Human Motion Reconstruction from Force Sensors", ACM SIGGRAPH Symposium on Computer Animation, (2011).Sehoon Ha, Y Bai, and C. Karen Liu, "Human Motion Reconstruction from Force Sensors", ACM SIGGRAPH Symposium on Computer Animation, (2011). Hsin-Yu Liu, Wen-June Wang, Rong-Jyue Wang, Cheng-Wei Tung, Pei-JuiWang, and I-Ping Chang, "Image Recognition and Force Measurment Application in the Humanoid Robot Imitation", IEEE Trans. On Instrumentation and Measurement, Vol. 61, No. 1, Jan., (2012).Hsin-Yu Liu, Wen-June Wang, Rong-Jyue Wang, Cheng-Wei Tung, Pei-JuiWang, and I-Ping Chang, "Image Recognition and Force Measuring Application in Humanoid Robot Imitation", IEEE Trans. On Instrumentation and Measurement, Vol. 61, No. 1, Jan., (2012).

그러나 상기와 같은 종래기술은 모방 제어에 대한 연구를 시도하였으나, 이들 연구 대부분에서는 실제 로봇 보행에 대한 결과를 제시하지 못했다. 단지 가상 공간에서만, 로봇이 작업자 움직임을 매우 흡사하게 모방한다는 점만을 제시했을 뿐이다. 인간 작업자의 움직임이나 관절을 추적하기 위한 센서 시스템은 그 종류가 여럿 있지만, 이들 시스템은 광 추적(하기의 <비 특허문헌 9> 참조), 자기 마크, 가속도 센서 또는 실시간 방법과 같은 간접 측정에서 측정한 값을 일부 계산을 적용하였을 뿐, 로봇의 움직임을 직접적으로 이용하는 방식이 아니므로, 직접적인 보행 모방 제어라고 볼 수 없었다.However, the above-mentioned prior art attempts to study imitation control, but most of these studies do not provide a result of actual robot walking. It merely suggests that in a virtual space, robots mimic worker movements very much. Although there are many types of sensor systems for tracking the movements and joints of human operators, these systems can be used in a variety of applications such as optical tracking (see <Non-Patent Document 9>), magnetic marking, acceleration sensors, Since only one calculation is applied to one value, it is not a method to directly use the motion of the robot, so it can not be regarded as direct walking imitation control.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 웨어러블 센서(wearable)를 이용하여 작업자의 관절 움직임을 측정하고, 발바닥 센서를 통해 로봇의 압력 중심을 확보한 후, 이를 기반으로 이족보행로봇의 보행을 모방 제어할 수 있도록 한 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the prior art. The present invention provides a robot that measures a movement of an operator's joint using a wearable sensor and secure the pressure center of the robot through a sole sensor And to provide a bipedal walking controller of a bipedal walking robot capable of imitating and controlling walking of a bipedal walking robot on the basis thereof.

본 발명의 다른 목적은 작업자의 모든 관절의 각 움직임을 직접 추적하고, 이를 보행 모방 제어에 응용하여, 보행 모방 제어에 정확성을 도모하도록 한 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a bipedal walking controller of a bipedal walking robot in which each movement of all the joints of an operator is directly tracked and applied to the walking imitation control so as to improve the accuracy of the walking imitation control.

본 발명의 또 다른 목적은 이족보행 로봇의 압력 중심을 이용한 정적 보행에 근거하여 실제 로봇에 모방 제어를 응용함으로써, 로봇이 작업자의 의도대로 실시간 제어될 수 있도록 한 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a bipedal walking robot control apparatus for bipedal robot which implements imitation control on an actual robot based on static walking using a pressure center of a bipedal walking robot so that the robot can be controlled in real time according to an operator's intention .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치는 작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하고, 검출한 관절 각 데이터와 이족보행로봇의 발바닥 압력검출을 통해 생성한 압력 중심(COP) 데이터를 연산하여 움직임 모방을 위한 궤적데이터를 생성하는 궤적데이터 생성기; 상기 궤적데이터 생성기에서 생성한 궤적데이터를 기초로 상기 이족보행로봇의 보행을 제어하는 로봇 제어기; 상기 로봇 제어기의 제어에 따라 작업자의 움직임을 모방하는 상기 이족보행로봇을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the walking / mimic controller of a biped walking robot according to the present invention detects joint angle data in accordance with a movement of an operator's joint, detects joint angle data and foot pressure of the biped walking robot A locus data generator for generating locus data for motion imitation by computing pressure center (COP) data generated through the locus data; A robot controller for controlling the walking of the bipedal walking robot based on the locus data generated by the locus data generator; And the bipedal walking robot for mimicking the movement of the operator under the control of the robot controller.

상기 궤적데이터 생성기는 작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하는 웨어러블 센서; 이족보행로봇의 발바닥 압력을 검출하여 압력 중심 데이터를 생성하는 발바닥 압력센서; 상기 웨어러블 센서의 관절 각 데이터와 상기 발바닥 압력센서의 압력 중심 데이터를 연산하여 그 결과치를 보행 궤적데이터로 출력하는 데이터 연산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the locus data generator comprises: a wearable sensor for detecting joint angle data according to a movement of an operator's joint; A sole pressure sensor for detecting the sole pressure of the biped walking robot to generate pressure center data; And a data calculator for calculating the joint angle data of the wearable sensor and the pressure center data of the plantar pressure sensor and outputting the calculated results as walking trajectory data.

바람직하게 상기 웨어러블 센서는 작업자의 관절 부위에 부착하기 위한 스트랩(strap); 상기 스트랩에 연결되며, 작업자의 관절 움직임에 따라 이동하는 로드(rod); 상기 로드(rod)의 움직임을 관절 각 신호로 검출하는 저항식 회전 엔코더; 상기 저항식 회전 엔코더와 로드를 연결하기 위한 샤프트; 상기 저항식 회전 엔코더의 출력신호를 처리하여 관절 각 데이터를 발생하는 데이터 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the wearable sensor includes a strap for attaching to a joint part of an operator; A rod connected to the strap and moving according to movement of the operator's joint; A resistance type rotary encoder for detecting movement of the rod as a joint angle signal; A shaft for connecting the load to the resistive rotary encoder; And a data processing module for processing the output signal of the resistance type rotary encoder to generate joint angle data.

상기 데이터 처리모듈은 상기 저항식 회전 엔코더의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 신호를 인덱스로 내부 메모리에 미리 저장된 관절 각 데이터 테이블을 검색하여 검출 신호를 관절 각 데이터로 변환하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 출력되는 관절 각 데이터를 출력하기 위한 출력 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The data processing module includes an analog / digital converter for converting the output signal of the resistive rotary encoder into a digital signal; A microprocessor for searching a joint data table stored in advance in an internal memory with an index of the digital signal output from the analog / digital converter and converting the detected signal into joint angle data; And an output port for outputting joint angle data output from the microprocessor.

상기 발바닥 압력센서는 이족보행로봇의 발바닥에 부착되어 발바닥 압력을 측정하는 압력 측정부; 상기 압력 측정부에서 측정한 발바닥 압력 측정 신호를 기반으로 로봇의 자세 변화에 따른 압력 중심 데이터를 생성하는 데이터 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.The foot pressure sensor comprises: a pressure measuring unit attached to the sole of the biped walking robot for measuring the sole pressure; And a data processing module for generating pressure center data according to the posture change of the robot based on the plantar pressure measurement signal measured by the pressure measuring unit.

상기 압력 측정부는 프레임; 상기 프레임의 각 모서리에 장착되어 이족보행로봇의 발바닥 압력을 측정하는 복수의 촉각 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.The pressure measuring unit includes a frame; And a plurality of tactile pressure sensors mounted on respective corners of the frame for measuring the plantar pressure of the bipedal walking robot.

상기 데이터 처리모듈은 상기 압력 측정부의 복수의 촉각 압력 센서에서 출력되는 위치별 압력 신호를 디지털 압력 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 복수의 압력 데이터의 변화량을 기초로 압력 중심 데이터를 산출하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 산출한 압력 중심 데이터를 출력하기 위한 출력 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the data processing module includes: an analog-to-digital converter for converting a position-based pressure signal output from the plurality of tactile-pressure sensors of the pressure measuring unit into digital pressure data; A microprocessor for calculating pressure center data based on a variation amount of a plurality of pressure data output from the analog / digital converter; And an output port for outputting pressure center data calculated by the microprocessor.

상기 데이터 연산기는 상기 웨어러블 센서에서 출력되는 관절 각 데이터에서 상기 발바닥 압력센서에서 출력되는 압력 중심 데이터를 감산하고, 그 결과치를 보행 궤적 데이터로 출력하는 것을 특징으로 한다.
The data calculator subtracts the pressure center data output from the plantar pressure sensor from the joint angle data output from the wearable sensor, and outputs the result as the walking locus data.

본 발명에 따르면 웨어러블 센서(wearable)를 이용하여 작업자의 관절 움직임을 직접 추적하고, 발바닥 센서를 통해 로봇의 압력 중심을 확보한 후, 이를 기반으로 이족보행로봇의 보행을 모방 제어함으로써, 보행 모방 제어에 정확성을 도모할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, the movement of the operator's joints is directly tracked using a wearable sensor, the pressure center of the robot is secured through the sole sensor, and the walk of the biped walking robot is imitated and controlled based on this, The accuracy can be improved.

또한, 본 발명에 따르면 이족보행 로봇의 압력 중심을 이용한 정적 보행에 근거하여 실제 로봇에 모방 제어를 응용함으로써, 로봇을 작업자의 의도대로 실시간 제어할 수 있는 장점이 있다.
In addition, according to the present invention, an imitation control is applied to an actual robot on the basis of a static walking using a pressure center of a biped walking robot, thereby realizing control of the robot in real time as intended by an operator.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치의 개념도,
도 2는 도 1의 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치의 제어 구성도,
도 3은 도 2의 웨어러블 센서의 실시 예 구성도,
도 4는 도 2의 웨어러블 센서의 착용 예시와 작업자의 움직임에 따른 이족보행로봇의 보행 움직임 예시도,
도 5는 본 발명에 의한 작업자의 관절 각 위치에 따른 이족보행로봇의 움직임 데이터 비교도,
도 6은 도 2의 발바닥 압력센서의 실시 예 구성도.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a walking-mimic controller of a bipedal walking robot according to a preferred embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a block diagram of a control system of the walking-mimic controller of the biped walking robot shown in Fig.
Fig. 3 is a configuration diagram of an embodiment of the wearable sensor of Fig. 2,
Fig. 4 is an illustration of wearing of the wearable sensor of Fig. 2 and a walking motion of a biped walking robot according to a movement of an operator,
FIG. 5 is a diagram showing a motion data comparison between biped walking robots according to the angular position of a worker according to the present invention,
Fig. 6 is a block diagram of an embodiment of the sole pressure sensor of Fig. 2; Fig.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a walking / mimic controller of a biped walking robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치의 개념도로서, 궤적데이터 생성기(100), 로봇 제어기(200) 및 이족보행로봇(300)을 포함한다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a walking / mimic controller of a bipedal walking robot according to a preferred embodiment of the present invention, which includes a locus data generator 100, a robot controller 200, and a biped walking robot 300.

상기 궤적데이터 생성기(100)는 작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하고, 검출한 관절 각 데이터와 이족보행로봇의 발바닥 압력검출을 통해 생성한 압력 중심(COP) 데이터를 연산하여 움직임 모방을 위한 궤적데이터를 생성하는 역할을 한다.The locus data generator 100 detects the joint angle data according to the movement of the operator's joint and calculates the pressure center (COP) data generated through the detected joint angle data and the plantar pressure of the bipedal walking robot, And generates the locus data.

여기서 궤적데이터 생성기(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하는 웨어러블 센서(110); 이족보행로봇(300)의 발바닥 압력을 검출하여 압력 중심 데이터를 생성하는 발바닥 압력센서(120); 상기 웨어러블 센서(110)의 관절 각 데이터와 상기 발바닥 압력센서(120)의 압력 중심 데이터를 연산하여 그 결과치를 보행 궤적데이터로 출력하는 데이터 연산기(130)를 포함한다.Here, as shown in FIG. 2, the locus data generator 100 includes a wearable sensor 110 for detecting the joint angle data according to the movement of the operator's joints; A sole pressure sensor 120 for detecting the sole pressure of the biped walking robot 300 to generate pressure center data; And a data calculator 130 for calculating the joint angle data of the wearable sensor 110 and the pressure center data of the plantar pressure sensor 120 and outputting the results as walking trajectory data.

바람직하게 상기 웨어러블 센서(110)는 도 3에 도시한 바와 같이, 작업자의 관절 부위에 웨어러블 센서를 부착하기 위한 스트랩(strap)(111); 상기 스트랩(111)에 연결되며, 작업자의 관절 움직임에 따라 이동하는 로드(rod)(112); 상기 로드(rod)(112)의 움직임을 관절 각 신호로 검출하는 저항식 회전 엔코더(114); 상기 저항식 회전 엔코더(114)와 로드(112)를 연결하기 위한 샤프트(shaft)(113); 상기 저항식 회전 엔코더(114)의 출력신호를 처리하여 관절 각 데이터를 발생하는 데이터 처리모듈(115)을 포함한다.3, the wearable sensor 110 preferably includes a strap 111 for attaching a wearable sensor to a joint part of an operator; A rod 112 connected to the strap 111 and moving according to movement of the operator's joint; A resistive rotary encoder 114 for detecting the movement of the rod 112 as a joint angular signal; A shaft 113 for connecting the resistance rotary encoder 114 and the rod 112; And a data processing module 115 for processing the output signal of the resistance rotary encoder 114 to generate joint angle data.

더욱 바람직하게 상기 데이터 처리모듈(115)은 상기 저항식 회전 엔코더(114)의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(115a); 상기 아날로그/디지털 변환기(115b)에서 출력되는 디지털 신호를 인덱스로 내부 메모리에 미리 저장된 관절 각 데이터 테이블을 검색하여 검출 신호를 관절 각 데이터로 변환하는 마이크로프로세서(115b); 상기 마이크로프로세서(115b)에서 출력되는 관절 각 데이터를 출력하기 위한 출력 포트(115c)를 포함한다. 여기서 출력 포트(115c)는 통신 포트로서, 유선 통신 포트 또는 무선 통신 포트로 구현할 수 있다.More preferably, the data processing module 115 includes an analog-to-digital converter 115a for converting an output signal of the resistive rotary encoder 114 into a digital signal; A microprocessor 115b for searching a joint data table stored in advance in the internal memory by using the digital signal outputted from the A / D converter 115b as an index and converting the detected signal into joint angle data; And an output port 115c for outputting the joint angle data output from the microprocessor 115b. Here, the output port 115c may be a communication port, a wired communication port, or a wireless communication port.

또한, 상기 발바닥 압력센서(120)는 도 6에 도시한 바와 같이, 이족보행로봇(300)의 발바닥에 부착되어 발바닥 압력을 측정하는 압력 측정부(121); 상기 압력 측정부(121)에서 측정한 발바닥 압력 측정 신호를 기반으로 로봇의 자세 변화에 따른 압력 중심 데이터를 생성하는 데이터 처리모듈(122)을 포함한다.As shown in FIG. 6, the foot pressure sensor 120 includes a pressure measuring unit 121 attached to the sole of the biped walking robot 300 to measure the sole pressure. And a data processing module 122 for generating pressure center data according to a posture change of the robot based on the plantar pressure measurement signal measured by the pressure measuring unit 121. [

여기서 상기 압력 측정부(121)는 프레임(121a); 상기 프레임(121a)의 각 모서리에 장착되어 이족보행로봇(300)의 발바닥 압력을 측정하는 복수의 촉각 압력 센서(121b, 121c, 121d, 121e)를 포함한다.The pressure measuring unit 121 includes a frame 121a; And a plurality of tactile pressure sensors 121b, 121c, 121d, and 121e mounted on respective corners of the frame 121a to measure the sole pressure of the biped walking robot 300.

또한, 상기 데이터 처리모듈(122)은 상기 압력 측정부(121)의 복수의 촉각 압력 센서(121b ~ 121e)에서 출력되는 위치별 압력 신호를 디지털 압력 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(122a); 상기 아날로그/디지털 변환기(122a)에서 출력되는 복수의 압력 데이터의 변화량을 기초로 압력 중심 데이터를 산출하는 마이크로프로세서(122b); 상기 마이크로프로세서(122b)에서 산출한 압력 중심 데이터를 출력하기 위한 출력 포트(122c)를 포함한다. 여기서 출력 포트(122c)는 통신 포트로서, 유선 통신 포트 또는 무선 통신 포트로 구현할 수 있다.Also, the data processing module 122 includes an analog-to-digital converter 122a for converting a position-based pressure signal output from the plurality of tactile-force sensors 121b to 121e of the pressure measuring unit 121 into digital pressure data; A microprocessor 122b for calculating pressure center data based on a variation amount of a plurality of pressure data output from the analog / digital converter 122a; And an output port 122c for outputting pressure center data calculated by the microprocessor 122b. Here, the output port 122c may be a communication port, a wired communication port, or a wireless communication port.

상기 로봇 제어기(200)는 상기 궤적데이터 생성기(100)에서 생성한 궤적데이터를 기초로 상기 이족보행로봇(300)의 보행을 제어하는 역할을 한다.The robot controller 200 controls the walking of the biped walking robot 300 based on the locus data generated by the locus data generator 100.

상기 이족보행로봇(300)은 상기 로봇 제어기(200)의 제어에 따라 작업자의 움직임을 모방하는 역할을 한다.The biped walking robot 300 imitates the motion of the worker under the control of the robot controller 200.

이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the bipedal walking controller of the bipedal walking robot according to the preferred embodiment of the present invention will now be described in detail.

도 1에 도시한 바와 같이, 이족보행 로봇(300)은 작업자(조종자)가 실행하는 데로 같은 움직임을 모방할 수 있도록 제어된다. 이를 위해 궤적데이터 생성기(100)는 작업자의 움직임에 따라 궤적 데이터를 획득하여, 로봇 제어기(200)에 전달한다. 여기서 궤적 데이터는 작업자의 걸음걸이와 보행 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 궤적 데이터를 기초로 로봇 제어기(200)는 액추에이터를 이용하여 이족보행로봇(300)을 제어한다.As shown in Fig. 1, the biped walking robot 300 is controlled so that the same movement can be imitated by the operator (operator). To this end, the trajectory data generator 100 acquires the trajectory data according to the movement of the operator and transmits the trajectory data to the robot controller 200. Here, the locus data may include a walker's walking pattern and a walking pattern. Based on the locus data, the robot controller 200 controls the biped walking robot 300 using an actuator.

이족보행로봇(300)을 작업자의 움직임에 대응하게 정확하게 모방하여 실시간으로 제어하기 위해서는, 작업자의 관절 움직임을 정확하게 측정하고, 이를 통해 이동보행로봇을 제어해야 한다.In order to precisely mimic the biped walking robot 300 in accordance with the movement of the worker and to control it in real time, the movement of the worker's joints must be accurately measured and the mobile walking robot must be controlled through it.

이를 위해 궤적데이터 생성기(100)는 작업자의 관절 위치 각 θo1, ..., θom을 제공하며, 이는 각각 로봇의 위치 각 θr1, ..., θrm에 대응되는 작업자 팔과 다리 및 신체 모습을 나타낸다. 아울러 로봇 제어기(200)는 발바닥 압력센서(120)를 통해 압력 중심(COP)을 획득함으로써, 이족보행로봇(300)의 안정된 걸음걸이를 제어한다.To this end, the trajectory data generator 100 provides joint angles θo1, ..., θom of the operator, which represent the operator's arms, legs and body shapes corresponding to the position angles θr1, ..., θrm of the robot, respectively . In addition, the robot controller 200 controls the stable walking of the biped walking robot 300 by acquiring the pressure center COP through the soles pressure sensor 120.

이론적으로, 모방 제어는 하기 수식 (1)에서와 같이, 로봇의 해당 관절로 작업자의 관절 각을 복사시키면 쉽게 이루어질 수 있다. 이 경우, 작업자와 이족보행 로봇 간에는 데이터 전송 시간이 무시할 수 있는 정도인 것으로 가정한다.Theoretically, the imitation control can easily be achieved by copying the joint angle of the operator to the corresponding joint of the robot, as in Equation (1) below. In this case, it is assumed that the data transmission time between the operator and the biped robot is negligible.

Figure pat00001
Figure pat00001

이족보행 로봇에 대한 모방 제어를 하는데 가장 큰 문제는 보이지 않은 궤적 데이터를 따라 로봇이 어떻게 안정적으로 걷게 할 수 있느냐이다. 보이지 않는 궤적 데이터는 지속적으로 로봇 제어기(200)에 입력된다. 그렇게 하려면, 로봇 제어기(200)는 전체 보행 단계를 통해 안정적인 걸음걸이 알고리즘을 제공해야 한다.The biggest problem in imitating control of a bipedal walking robot is how the robot can walk stably according to the invisible trajectory data. Invisible locus data is continuously input to the robot controller 200. To do so, the robot controller 200 must provide a stable gait algorithm through the entire gait phase.

이를 위해 본 발명에서는 웨어러블 센서(110)를 이용하여, 작업자의 각 관절 각 위치를 검출한다. 도 3에 본 발명에 따른 웨어러블 센서(110)에 대한 구성이 도시되어 있다. 웨어러블 센서(110)는 저항식 회전 엔코더(114)와 스트랩(111) 및 데이터처리 모듈(115)을 포함한다. 스트랩(111)은 인간 관절에 웨어러블 센서(110)를 부착하기 위한 것이다 도 4에 스트랩(111)을 이용하여 웨어러블 센서(110)를 인간 관절에 부착한 예시가 도시된다. 작업자가 관절을 움직임에 따라, 부착된 웨어러블 센서(110)는 관절 각 위치신호를 발생한다. 예컨대, 작업자가 관을 움직이게 되면 그에 연동하여 로드(112)가 움직이게 되고, 로드(112)의 움직임에 따라 저항식 회전 엔코더(114)도 연동한다. 이때 작업자가 관절을 구부린 것과 피는 것, 그리고 관절을 구부린 량과 핀 량에 따라 저항치가 달라진다(증가하거나 감소하는 것을 의미). 이러한 방식으로 검출되는 작업자의 움직임에 따른 관절 각 위치신호는 데이터 처리모듈(115)에 전달된다.To this end, the present invention uses the wearable sensor 110 to detect the angular position of each joint of the operator. 3 shows a configuration of the wearable sensor 110 according to the present invention. The wearable sensor 110 includes a resistance rotary encoder 114, a strap 111, and a data processing module 115. The strap 111 is for attaching the wearable sensor 110 to the human joint. Fig. 4 shows an example of attaching the wearable sensor 110 to the human joint using the strap 111. Fig. As the operator moves the joint, the attached wearable sensor 110 generates a joint angular position signal. For example, when the worker moves the pipe, the rod 112 moves in conjunction with the movement of the pipe, and the resistance type rotary encoder 114 works in conjunction with the movement of the rod 112. [ At this time, the resistance varies (increases or decreases) depending on the bending and bending of the joint, and the amount of bending and pin amount of the joint. The joint angular position signal corresponding to the movement of the operator detected in this manner is transmitted to the data processing module 115.

데이터 처리모듈(115)의 아날로그/디지털 변환기(115a)는 입력되는 아날로그 관절 각 위치신호를 그에 대응하는 디지털 관절 각 데이터로 변환을 하게 되고, 마이크로프로세서(115b)는 그 변환된 디지털 신호를 인덱스로 내부 메모리에 미리 저장된 관절 각 데이터 테이블을 검색하여 검출 신호(관절 각 위치신호)를 관절 각 데이터로 변환한다. 이렇게 변환된 관절 각 데이터는 출력 포트(115c)를 통해 데이터 연산기(130)로 출력된다.The analog-to-digital converter 115a of the data processing module 115 converts the input analog joint angular position signal into corresponding digital joint angular data, and the microprocessor 115b converts the converted digital signal into an index And searches the joint data table stored in advance in the internal memory to convert the detection signal (joint angle position signal) into joint angle data. The transformed joint angle data is output to the data processor 130 via the output port 115c.

여기서 마이크로프로세서(115b)는 8-비트 Atmel AVR 마이크로 프로세서(ATmega8A)를 이용할 수 있다. ATmega8A칩은 기본적으로 8K 바이트의 플래시 프로그램 메모리와 1K 바이트 내부 SRAM을 포함한다. 그리고 저항식 회전 엔코더(114)는 적은 에너지 소비로 작동되며, 보행 측정에 적당한 저항식 회전 엔코더를 사용하는 것이 바람직하다.Here, the microprocessor 115b may use an 8-bit Atmel AVR microprocessor (ATmega8A). The ATmega8A chip basically includes 8K bytes of flash program memory and 1K byte internal SRAM. And the resistive rotary encoder 114 is operated with low energy consumption, and it is preferable to use a resistive rotary encoder suitable for gait measurement.

여기서 웨어러블 센서(110)는 작업자의 엉덩이와 허벅지 및 무릎 등에 각각 부착될 수 있다. 통신 포트(출력 포트)를 통해 관절 각 수치가 모든 센서에 사용될 수 있도록 얻어진다.Here, the wearable sensor 110 may be attached to the hip, the thigh, and the knee of the operator, respectively. Through the communication port (output port), the joint angle value is obtained so that it can be used for all sensors.

도 5는 로봇 관절과 작업자 관절 사이의 일부 각 운동에 대한 비교 결과를 나타낸 것이다. 실험 결과에서는 작업자가 임의로 관절 위치를 움직일 때 로봇이 어떻게 모방을 잘하는 지를 보여주고 있다. 실험 결과에서 로봇(점선)이 작업자를 잘 따라 하고 있으며, 이때, 작업자와 액추에이터 간에 약간의 시간적 지연이 있음을 보여 주고 있다.5 shows a comparison result of some angular movements between the robot joint and the worker's joint. Experimental results show how robots cope well when an operator moves a joint position arbitrarily. Experimental results show that the robot (dotted line) follows the operator well and there is some time delay between the operator and the actuator.

로봇 관절이 작업자의 관절에 따라 움직일 있지만, 작업자는 로봇이 실제로 어떤 상태에 있는지 모른다. 로봇의 상태를 확인하는 좋은 방법은 압력 중심(COP)의 개념을 이용하는 것이다. 이는 지면과 발바닥 간의 힘을 측정하는 발바닥 압력센서(120)가 부착된 발바닥이 대부분의 로봇에 장착되어 있는 이유이다.Although the robot joint moves according to the operator's joint, the operator does not know what the robot actually is. A good way to check the state of the robot is to use the concept of pressure center (COP). This is why the sole with the foot pressure sensor 120 for measuring the force between the ground and the sole is mounted on most robots.

도 6은 압력 중심(COP)을 측정하기 위한 발바닥 압력센서(120)의 구조를 보인 것이다. 발바닥 압력센서(120)는 저항식 압력 센서인 촉각 압력 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 로봇의 자세가 변함에 따라, 압력 센서 수치도 변하며, 이로 인해 측정된 압력 중심도 변한다. FIG. 6 shows the structure of the plant pressure sensor 120 for measuring the pressure center (COP). The foot pressure sensor 120 preferably uses a tactile pressure sensor which is a resistance type pressure sensor. As the attitude of the robot changes, the pressure sensor value also changes, and the measured pressure center also changes.

예컨대, 압력 측정부(121)는 이족보행로봇(300)의 발바닥에 부착되어 발바닥 압력을 측정한다. 여기서 압력 측정부(121)는 프레임(121a)과 상기 프레임(121a)의 각 모서리에 발바닥 압력을 측정하는 복수의 촉각 압력 센서(121b, 121c, 121d, 121e)를 구비한다. 따라서 로봇이 보행을 하여 발바닥의 위치가 변경되면, 상기 복수의 촉각 압력 센서(121b, 121c, 121d, 121e)의 압력도 달라지며, 이로 인해 압력 중심도 달라진다.For example, the pressure measuring unit 121 is attached to the sole of the biped walking robot 300 to measure the sole pressure. The pressure measuring unit 121 includes a frame 121a and a plurality of tactile pressure sensors 121b, 121c, 121d, and 121e for measuring the sole pressure at each corner of the frame 121a. Accordingly, when the robot moves and changes the position of the sole, the pressure of the plurality of tactile pressure sensors 121b, 121c, 121d, and 121e also changes, and the pressure center also changes.

상기 압력 측정부(121)에서 측정한 발바닥 압력 측정 신호는 데이터 처리모듈(122)에 전달되며, 데이터 처리모듈(122)은 이를 기반으로 로봇의 자세 변화에 따른 압력 중심 데이터를 생성한다.The plant pressure measurement signal measured by the pressure measurement unit 121 is transmitted to the data processing module 122. The data processing module 122 generates pressure center data according to the posture change of the robot based on the measurement signal.

예컨대, 데이터 처리모듈(122)은 아날로그/디지털 변환기(122a)에서 복수의 촉각 압력 센서(121b ~ 121e)에서 출력되는 위치별 압력 신호를 디지털 압력 데이터로 변환하고, 마이크로프로세서(122b)에서 출력되는 복수의 압력 데이터의 변화량을 기초로 압력 중심 데이터를 산출한다. 즉, 로봇이 보행을 하면 복수의 촉각 압력 센서(121b ~ 121e)의 위치별 압력이 달라지며, 이렇게 검출되는 4개의 위치별 압력 값을 상호 비교하여 보면 어느 부분에 가장 압력이 높고, 어느 부분에 압력이 가장 낮은지를 알 수 있으며, 이러한 압력 정보를 기초로 압력 중심을 산출할 수 있게 된다. 압력 중심 계산 방식은 이미 잘 알려진 공지의 압력 중심 계산 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 산출된 압력 중심 데이터는 출력 포트(122c)를 통해 데이터 연산기(130)에 전달된다.For example, the data processing module 122 converts the position-specific pressure signals output from the plurality of haptic pressure sensors 121b to 121e into digital pressure data in the analog-to-digital converter 122a, And calculates pressure center data based on the amount of change of the plurality of pressure data. That is, when the robot is walking, the pressure of each of the plurality of haptic pressure sensors 121b to 121e is varied. When the pressure values of the four positions are detected, It is possible to know whether the pressure is the lowest, and the pressure center can be calculated based on such pressure information. The pressure center calculation method is preferably a known well-known pressure center calculation method. The calculated pressure center data is transmitted to the data processor 130 via the output port 122c.

여기서 발바닥 압력 센서는 32-비트 Cortex 마이크로제어기와 증분 압력 센서를 통합하여 운영하는 것이 바람직하다. Tekscan Inc사가 제작한 얇은 촉각 압력 센서인 FlexiForce를 압력 측정에 사용할 수 있다. Cortex(myCortex-LM308)칩은 기본적으로 16 K 바이트 플래시 프로그램 메모리와 4K 바이트 내부 SRAM을 포함한다.Here, the foot pressure sensor is preferably operated by integrating a 32-bit Cortex microcontroller and an incremental pressure sensor. FlexiForce, a thin tactile pressure sensor manufactured by Tekscan Inc, can be used for pressure measurement. The Cortex (myCortex-LM308) chip basically includes 16 Kbytes of flash program memory and 4 Kbytes of internal SRAM.

다음으로, 데이터 연산기(130)는 상기 웨어러블 센서(110)에서 출력되는 관절 각 데이터에서 상기 발바닥 압력센서(120)에서 출력되는 압력 중심 데이터를 감산하고, 그 결과치를 보행 궤적 데이터로 로봇 제어기(200)에 전달한다.Next, the data calculator 130 subtracts the pressure center data output from the plantar pressure sensor 120 from the joint angle data output from the wearable sensor 110, and outputs the result as a walking locus data to the robot controller 200 ).

로봇 제어기(200)는 전달되는 보행 궤적 데이터를 기초로 액추에이터를 이용하여 이족보행로봇(300)의 보행을 제어하게 되며, 이로써 실시간으로 작업자의 움직임에 따른 보행 모방 제어가 이루어진다.The robot controller 200 controls the walking of the biped walking robot 300 using an actuator on the basis of the transmitted walking trajectory data, whereby the walking imitation control according to the movement of the worker is performed in real time.

이러한 본 발명에 따르면 작업자의 움직임을 매우 정밀하게 실시간으로 모방하며, 또한 높은 자유도를 얻을 수 있는 장점이 있다. 개발된 웨어러블 센서와 알고리즘을 이용하여 이족보행 로봇에 모방 제어를 적용하였으며, 압력 중심을 이용한 정적 보행에 근거하여 실제 로봇에 모방 제어를 응용하여, 로봇을 작업자의 의도대로 제어하는 거싱 가능하였다.According to the present invention, there is an advantage that a movement of a worker can be imitated very precisely in real time and a high degree of freedom can be obtained. The imitation control was applied to the biped walking robot using the developed wearable sensor and algorithm, and it was possible to control the robot according to the operator 's intention by applying the imitation control to the actual robot based on the static walking using the pressure center.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명은 이족보행로봇의 보행을 모방 제어하는 기술에 효과적으로 적용된다.
The present invention is effectively applied to a technique of imitating and controlling the walking of a bipedal walking robot.

100: 궤적데이터 생성기
110: 웨어러블 센서
111: 스트랩(strap)
112: 로드(rod)
114: 저항식 회전 엔코더
115: 데이터 처리모듈
120: 발바닥 압력센서
130: 데이터 연산기
100: Trajectory data generator
110: wearable sensor
111: strap
112: rod
114: Resistance type rotary encoder
115: Data processing module
120: sole pressure sensor
130: Data calculator

Claims (9)

작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하고, 검출한 관절 각 데이터와 이족보행로봇의 발바닥 압력검출을 통해 생성한 압력 중심(COP) 데이터를 연산하여 움직임 모방을 위한 궤적데이터를 생성하는 궤적데이터 생성기;
상기 궤적데이터 생성기에서 생성한 궤적데이터를 기초로 상기 이족보행로봇의 보행을 제어하는 로봇 제어기; 및
상기 로봇 제어기의 제어에 따라 작업자의 움직임을 모방하는 상기 이족보행로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
The joint angle data is detected in accordance with the movement of the operator's joint, the joint center angle data and the pressure center (COP) data generated through the foot pressure detection of the bipedal walking robot are computed to generate locus data for motion mimicry Generator;
A robot controller for controlling the walking of the bipedal walking robot based on the locus data generated by the locus data generator; And
And a biped walking robot that imitates a movement of a worker under the control of the robot controller.
청구항 1에 있어서, 상기 궤적데이터 생성기는 작업자의 관절 움직임에 따라 관절 각 데이터를 검출하는 웨어러블 센서; 이족보행로봇의 발바닥 압력을 검출하여 압력 중심 데이터를 생성하는 발바닥 압력센서; 상기 웨어러블 센서의 관절 각 데이터와 상기 발바닥 압력센서의 압력 중심 데이터를 연산하여 그 결과치를 보행 궤적데이터로 출력하는 데이터 연산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
[2] The apparatus according to claim 1, wherein the locus data generator comprises: a wearable sensor for detecting joint angle data according to joint movement of an operator; A sole pressure sensor for detecting the sole pressure of the biped walking robot to generate pressure center data; And a data calculator for calculating the joint angle data of the wearable sensor and the pressure center data of the plantar pressure sensor and outputting the calculated results as walking trajectory data.
청구항 2에 있어서, 상기 웨어러블 센서는 작업자의 관절 부위에 웨어러블 센서를 부착하기 위한 스트랩(strap); 상기 스트랩에 연결되며, 작업자의 관절 움직임에 따라 이동하는 로드(rod); 상기 로드(rod)의 움직임을 관절 각 신호로 검출하는 저항식 회전 엔코더; 상기 저항식 회전 엔코더와 로드를 연결하기 위한 샤프트; 상기 저항식 회전 엔코더의 출력신호를 처리하여 관절 각 데이터를 발생하는 데이터 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
[3] The wearable type sensor according to claim 2, wherein the wearable sensor comprises: a strap for attaching the wearable sensor to a joint part of an operator; A rod connected to the strap and moving according to movement of the operator's joint; A resistance type rotary encoder for detecting movement of the rod as a joint angle signal; A shaft for connecting the load to the resistive rotary encoder; And a data processing module for processing the output signal of the resistance type rotary encoder to generate joint angle data.
청구항 3에 있어서, 상기 데이터 처리모듈은 상기 저항식 회전 엔코더의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 신호를 인덱스로 내부 메모리에 미리 저장된 관절 각 데이터 테이블을 검색하여 검출 신호를 관절 각 데이터로 변환하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 출력되는 관절 각 데이터를 출력하기 위한 출력 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
The data processing module of claim 3, wherein the data processing module comprises: an analog-to-digital converter for converting an output signal of the resistive rotary encoder into a digital signal; A microprocessor for searching a joint data table stored in advance in an internal memory with an index of the digital signal output from the analog / digital converter and converting the detected signal into joint angle data; And an output port for outputting joint angle data output from the microprocessor.
청구항 2에 있어서, 상기 발바닥 압력센서는 이족보행로봇의 발바닥에 부착되어 발바닥 압력을 측정하는 압력 측정부; 상기 압력 측정부에서 측정한 발바닥 압력 측정 신호를 기반으로 로봇의 자세 변화에 따른 압력 중심 데이터를 생성하는 데이터 처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
The foot pressure sensor according to claim 2, wherein the foot pressure sensor comprises: a pressure measuring unit attached to the sole of the biped walking robot to measure the sole pressure; And a data processing module for generating pressure center data according to the posture change of the robot based on the plantar pressure measurement signal measured by the pressure measuring unit.
청구항 5에 있어서, 상기 압력 측정부는 프레임; 상기 프레임의 각 모서리에 장착되어 이족보행로봇의 발바닥 압력을 측정하는 복수의 촉각 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
[6] The apparatus of claim 5, wherein the pressure measuring unit comprises: a frame; And a plurality of tactile-force sensors mounted on respective corners of the frame for measuring the plantar pressure of the bipedal walking robot.
청구항 5에 있어서, 상기 데이터 처리모듈은 상기 압력 측정부의 복수의 촉각 압력 센서에서 출력되는 위치별 압력 신호를 디지털 압력 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 복수의 압력 데이터의 변화량을 기초로 압력 중심 데이터를 산출하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 산출한 압력 중심 데이터를 출력하기 위한 출력 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
[6] The data processing module of claim 5, wherein the data processing module comprises: an analog-to-digital converter for converting a position-specific pressure signal output from the plurality of tactile-pressure sensors of the pressure measuring unit into digital pressure data; A microprocessor for calculating pressure center data based on a variation amount of a plurality of pressure data output from the analog / digital converter; And an output port for outputting pressure center data calculated by the microprocessor.
청구항 2 또는 청구항 5에 있어서, 상기 발바닥 압력센서는 이족보행로봇의 좌측 및 우측 발의 발바닥에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.
The walking-mimetic controller of the biped walking robot according to claim 2 or claim 5, wherein the foot pressure sensors are installed on the left and right feet of the bipedal walking robot, respectively.
청구항 2에 있어서, 상기 데이터 연산기는 상기 웨어러블 센서에서 출력되는 관절 각 데이터에서 상기 발바닥 압력센서에서 출력되는 압력 중심 데이터를 감산하고, 그 결과치를 보행 궤적 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치.

The biped robot according to claim 2, wherein the data calculator subtracts the pressure center data output from the plantar pressure sensor from the joint angle data output from the wearable sensor, and outputs the result as the walking locus data Walking mimic controller.

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