KR20180087521A - 4족보행로봇 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법은, 4개의 다리와 상기 4개의 다리로 지지되는 몸체를 구비한 4족보행로봇의 트롯 보행이 유지되도록 상기 4족보행로봇을 제어하는 4족보행로봇 제어방법에 있어서, 상기 4족보행로봇의 무게중심을 산출하는 제1 단계, 상기 4족보행로봇의 보행이 유지되도록 하는 상기 무게중심의 회전 허용각의 범위인 설정영역을 설정하는 제2 단계, 상기 제2 단계에서 설정된 상기 설정영역 내에 상기 무게중심이 위치하는지 여부인 제1 정보를 획득하는 제3 단계 및
상기 제1 정보를 기초로, 상기 무게중심이 상기 설정영역에 포함되도록 상기 보행로봇을 제어하는 제4 단계를 포함하며, 상기 설정영역은, 상기 4족보행로봇의 보행 유지를 위한 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위로 규정될 수 있다.

Description

4족보행로봇 제어방법{Method for controlling of walking robot having four legs}

본 발명은 4족보행로봇 제어방법에 관한 것으로, 다양한 환경에서 보행하는 4족보행로봇의 트롯 보행이 유지되도록 4족보행로봇을 제어하는 제어방법에 관한 것이다.

보행로봇은 무기 및 물자 수송을 하기 위한 방위 산업, 사람이 들어갈 수 없는 험지의 산불 및 인명 구조 등의 재난 구조, 행성 탐사와 같은 우주 산업 등에 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 상기와 같은 보행로봇의 보행 안정성을 판별하기 위해서는 정적 안정도 여유(Static stability margin) 혹은 동적 안정도 여유(Dynamic stability margin)를 사용하여, 보행로봇의 보행이 유지되는지 또는 불가한지를 판단한다.

정적 안정도 여유란, 접지하고 있는 세 다리 또는 네 다리가 그리는 영역에 로봇 몸체의 무게 중심을 투영하여 투영점이 영역 안에 있을 경우 안정한 보행을 하고 있다고 판단하는 방법이다. 정적 안정도 여유를 이용하여 보행로봇의 보행 제어 방법을 구현하는 선행문헌(한국등록특허 제10-085987호 등)은 다수 개시되어 있다.

또한, 동적 안정도 여유란, 접지 영역 내에 ZMP(Zero moment point)가 있을 경우를 안정한 보행으로 보는 안정도 판별 방법이다. 동적 안정도 여유를 이용하여 보행로봇의 보행 제어 방법을 구현하는 선행문헌(한국공개특허 제2013-0078886호 등)은 다수 개시되어 있다.

이러한 종래의 안정도 판별 방법은 속도가 빠르지 않은, 한 발씩 나아가는 워크(walk)의 경우 정적 안정도 여유를 사용하여 비교적 용이하게 안정도를 판별할 수 있으나, 대각선 위치의 두 발씩 나아가는 트롯과 같은 보행로봇의 접지 영역이 선(4족 보행 로봇의 경우 발바닥이 점으로 나타나거나 매우 좁으므로)으로 나타나기 때문에 안정도 여유가 매우 좁아 실제로 안정하게 걷고 있음에도 불구하고 접지 영역을 쉽게 벗어나는 현상이 발생하게 된다.

뿐만 아니라, 보행 속도가 빠른 플라잉 트롯(flying trot), 갤롭(gallop)에는 정적 안정도 여유보다는 동적 안전도 여유를 사용하게 되는데, 이 또한 4족 보행 로봇의 경우 접지 영역이 매우 좁거나 공중 동작이 존재하여 동적 안정도 여유를 이용한 안정도 판단이 어렵거나 불가능하게 된다.

본 발명의 목적은, 보행 방법에 따라 한계가 존재하는 정적 안정도 여유나 동적 안정도 여유로 보행 안정도를 판단하는 것이 아니라 좀 더 직관적이고 포괄적인 형태의 보행 안정도 판단을 위해 보행 시 발생하는 보행로봇 몸체의 흔들림 즉, 보행로봇 몸체의 오일러 각도를 이용하는 4족 보행로봇 제어방법을 제공하는 것이다.

이를 위해, 오일러 각도로 이루어진 3차원의 안정 영역(Stability zone)을 설정(roll, pitch, yaw의 값으로 구성)하고 이 안정 영역 안으로 측정된 오일러 각도가 머무를 수 있도록 로봇의 움직임을 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법은, 4개의 다리와 상기 4개의 다리로 지지되는 몸체를 구비한 4족보행로봇의 트롯 보행이 유지되도록 상기 4족보행로봇을 제어하는 4족보행로봇 제어방법에 있어서, 상기 4족보행로봇의 무게중심을 산출하는 제1 단계, 상기 4족보행로봇의 보행이 유지되도록 하는 상기 무게중심의 회전 허용각의 범위인 설정영역을 설정하는 제2 단계, 상기 제2 단계에서 설정된 상기 설정영역 내에 상기 무게중심이 위치하는지 여부인 제1 정보를 획득하는 제3 단계 및

상기 제1 정보를 기초로, 상기 무게중심이 상기 설정영역에 포함되도록 상기 보행로봇을 제어하는 제4 단계를 포함하며, 상기 설정영역은, 상기 4족보행로봇의 보행 유지를 위한 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위로 규정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 설정영역은, 상기 롤, 피치 및 요 회전각을 3차원의 각축으로 설정하여, 상기 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위를 3차원으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2 단계는, 제1 방향으로 보행 중인 상기 4족보행로봇의 상기 제1 방향으로의 상기 지면의 제1 경사각을 산출하는 제2-1 단계 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로의 상기 지면의 제2 경사각을 산출하는 제2-2 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-1 단계는, 상기 제1 경사각이 0°인 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도와 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-1 단계는, 상기 제1 경사각이 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 피치 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제1-1 회전각보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제1-1 회전각은 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-1 단계는, 상기 제1 경사각이 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 작고 상기 4족보행로봇이 피치 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제1-2 회전각보다 크거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제1-2 회전각은 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도보다 작을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-2 단계는, 상기 제2 경사각이 0°인 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇의 롤 회전의 공칭각도와 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-2 단계는, 상기 제2 경사각이 상기 무게중심을 기준으로 일방향으로 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖고, 타방향으로 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 일방향으로 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 롤 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제2-1 회전각보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-1 회전각은 상기 4족보행로봇의 상기 일방향으로의 롤 회전의 공칭각도보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-2 단계는, 상기 제2 경사각이 상기 무게중심을 기준으로 일방향으로 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖고, 타방향으로 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 타방향으로 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 롤 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제2-2 회전각보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-2 회전각은 상기 4족보행로봇의 상기 타방향으로의 롤 회전의 공칭각도보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2 단계는, 상기 제1 경사각을 기초로 획득된 피치 회전의 허용각의 범위와 상기 제2 경사각을 기초로 획득된 롤 회전의 허용각의 범위로부터 요 회전의 허용각의 범위를 산출하는 제2-3 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 상기 제2-3 단계는, 상기 요 회전의 허용각의 범위는, 상기 4족보행로봇의 요 회전의 공칭각도와 동일할 수 있다.

본 발명에 따른 4족보행로봇 제어방법에 의하면, 비평탄 지형이나 경사면과 같은 다양한 지면 환경에서 보행하는 4족보행봇의 보행 안정성을 판단할 수 있다.

또한, 보행로봇의 무게중심의 회전 허용각을 오일러 각도로 이루어진 3차원(roll, pitch, yaw의 값으로 구성)의 설정영역으로 설정하여 보다 직관적이고 포괄적인 형태의 보행로봇의 보행 안정성을 판단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법이 적용되는 4족보행로봇을 도시한 개략 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 설정영역을 도시한 개략도.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-1 단계를 설명하기 위한 개략도.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-2 단계를 설명하기 위한 개략도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-3 단계를 설명하기 위한 개략도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법이 적용되는 4족보행로봇을 도시한 개략 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법은, 4개의 다리(L)와 상기 4개의 다리(L)로 지지되는 몸체(B)를 구비한 4족보행로봇(I)에 적용될 수 있다.

우선, 일반적인 보행로봇 중, 한 발씩 나아가는 워크(walk) 로봇의 경우 정적 안정도 여유를 사용하여 비교적 용이하게 안정도를 판별할 수 있으나, 대각선 위치의 두 발씩 나아가는 트롯은 지면과 보행로봇의 접지영역이 선(D)으로 나타나기 때문에 안정도 여유가 매우 좁아 실제로 안정하게 걷고 있음에도 불구하고, 접지영역을 쉽게 벗어나는 현상이 발생하게 된다.

본 발명의 4족보행로봇 제어방법은, 4족보행로봇(I)의 보행 중 트롯(trot) 보행에 있어서, 지면과 4족보행로봇(I)의 두 다리의 접지영역을 이은 연장선(D)이 선으로 나타나고, 또한 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 연장선 내에 위치하도록 4족보행로봇(I)을 제어함에 따른 제어의 어려움을 극복하기 위해 도출된 발명임을 밝혀 둔다.

이하, 도 2 내지 도 10을 참조로 본 발명의 4족보행로봇 제어방법을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 설정영역을 도시한 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법(이하, 제어방법)은 4족보행로봇(I)의 무게중심을 산출하는 제1 단계(S1), 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 유지되도록 하는 상기 무게중심의 회전 허용각의 범위인 설정영역(W)을 설정하는 제2 단계(S2), 상기 제2 단계(S2)에서 설정된 상기 설정영역(W) 내에 상기 무게중심이 위치하는지 여부인 제1 정보를 획득하는 제3 단계(S3) 및 상기 제1 정보를 기초로, 상기 무게중심이 상기 설정영역(W)에 포함되도록 상기 4족보행로봇(I)을 제어하는 제4 단계(S4)를 포함할 수 있다.

상기 제1 단계(S1)는, 상기 4족보행로봇의 무게중심을 산출하는 단계로, 상기 무게중심이란, 상기 4족보행로봇(R)의 4개의 다리(L) 및 상기 4개의 다리(L)로 지지되는 몸체(B)의 무게중심을 의미하며, 상기 4개의 다리(L) 및 몸체(B)의 형상에 따라 무게중심의 위치는 상이해 질 수 있다.

상기 제2 단계(S2)는, 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 유지되도록 하는 상기 무게중심의 회전 허용각의 범위를 설정하는 단계로, 상기 4족보행로봇(R)의 보행이 유지된다는 의미는, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)가 지면에 접촉되지 않고, 4개의 다리(L)로 트롯 보행을 지속할 수 있는 상태를 의미할 수 있다.

상기 무게중심의 회전 허용각의 범위인 설정영역은, 상기 4족보행로봇(I)의 보행 유지를 위한 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw) 회전의 허용각의 범위로 규정될 수 있다.

또한, 상기 설정영역은, 상기 롤, 피치 및 요 회전각(θr, θp, θy)을 3차원의 각축으로 설정하여, 상기 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위를 3차원으로 구현(오일러 각으로 표현)될 수 있다.

구체적으로, 상기 설정영역(W)은, 3차원 공간을 규정하는 통상의 x축, y축 및 z축 상의 지표를 상기 롤 회전각(θr), 피치 회전각(θp) 및 요 회전각(θy)으로 규정하여, 상기 롤 회전각(θr)의 허용각, 상기 피치 회전각(θp)의 허용각 및 상기 요 회전각(θy)의 허용각을 3차원 공간 중 제한된 공간으로 표시함으로써 설정될 수 있다.

상기 제2 단계(S2)는, 제1 방향(V1, 도 4 참조)으로 보행 중인 상기 4족보행로봇(I)의 상기 제1 방향(V1)으로의 상기 지면의 제1 경사각(θ1)을 산출하는 제2-1 단계 및 상기 제1 방향(V1)과 수직한 방향인 제2 방향(V2, 도 9 참조)으로의 상기 지면의 제2 경사각(θ2)을 산출하는 제2-2 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 방향(V1)이란 상기 4족보행로봇(I)의 진행 방향을 의미하며, 상기 지면의 상기 제1 경사각(θ1)이란, 상기 4족보행로봇(I)의 진행 방향으로의 상기 지면의 경사각을 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 경사각(θ1)이 0°인 경우에는 상기 4족보행로봇(I)은 상기 제1 방향(V1)으로 경사가 없는 지면을 보행중인 것을 의미하며, 상기 제1 경사각(θ1)이 양의 값이면 상기 4족보행로봇(I)은 오르막 지형을 보행 중이고, 상기 제1 경사각(θ1)이 음의 값이면 상기 4족보행로봇(I)의 내리막 지형을 보행 중인 것을 의미한다.

또한, 상기 제1 방향(V1)은 상기 롤 회전의 회전축 방향과 평행한 방향일 수 있다.

상기 제1 방향(V1)과 수직한 방향인 제2 방향(V2)이란, 상기 4족보행로봇(I0의 상기 제1 방향(V1)으로의 보행 중의 좌측 또는 우측 방향을 의미한다.

또한, 상기 제2 경사각(θ2)이란, 상기 무게중심 즉, 4족보행로봇(I)의 중심을 기준으로 일방향(V21, 도 9 참조)으로의 지면의 경사각 또는, 타방향(V22, 도 9 참조)으로의 지면의 경사각을 의미할 수 있다.

여기서, 상기 무게중심을 기준으로, 상기 일방향(V21)으로의 지면의 경사각이 양의 값이면, 타방향(V22)으로의 지면의 경사각은 음의 값일 수 있다. 상기 제2 경사각(θ2)이란, 상기 지면의 경사진 정도를 의미하나, 상기 4족보행로봇(I)의 중심을 기준으로 일방향(V21)은 양의 값, 타방향(V22)은 음의 값이 경사각을 가질 수 있다.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-1 단계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-1 단계는, 상기 제1 경사각(θ1)이 0°인 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇(I)의 피치 회전의 공칭각도(θpn)와 동일할 수 있다.

상기 피치 회전의 공칭각도(θpn)란, 상기 4족보행로봇(I)의 설계단계에서 상기 4족보행로봇(I)의 공칭값 즉, 상기 4족보행로봇(I)을 설계함에 있어서, 적용되는 4개의 다리(L) 및 몸체(B)의 디자인 및 각종 제어 값에 따라 보행이 유지되도록 하는 피치 회전의 공칭각도를 의미한다. 상기 피치 회전의 공칭각도(θpn)는 실제 4족보행로봇(I)의 동작과정에서 보행이 유지되도록 하는 실제 피치 회전각의 값과 상이할 수 있다.

여기서, 상기 제1 경사각(θ1)이 0°인 경우는 상기 제1 방향(V1)으로의 지면의 경사가 없는 것을 의미하므로, 상기 피치 회전의 공칭각도(θpn)와 4족보행로봇(I)의 보행 유지를 위한 피치 회전의 허용각의 범위가 동일할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 경사각(θ1)이 지평면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 크고, 제1-1 회전각(A2)보다 작거나 같을 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 경사각(θ1)이 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0° 내지 제1-1 회전각(A2)의 범위일 수 있다.

도 5의 (a)를 참조하면, 피치의 회전각(θp)이 r1 방향으로 회전되면 양의 값으로, r2 방향으로 회전되면 음의 값으로 정의하기로 한다.

또한, 상기 피치 회전각이 0°라는 것은, 지평면과 상기 무게중심이 형성하는 각이 0° 라는 것을 의미하며 구체적으로, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)와 지평면이 평행하게 배치된 상태로 이 때, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)와 상기 제1 경사각(θ1)의 지면은 일정 각도를 형성(상기 4족보행로봇의 몸체가 편평하다고 가정)할 수 있다(도 5의 (a) 참조).

또한, 상기 제1-1 회전각(A2)은, 상기 4족보행로봇(I)이 피치 회전되어 상기 몸체(B)가 상기 지면과 접촉되는 경우의 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 피치 회전되는 각을 의미한다. 상기 제1-1 회전각(A2)은 상기 4족보행로봇(I)의 피치 회전의 공칭각도(θpn)보다 클 수 있다.

상기 4족보행로봇(I)은 상기 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 범위 내에서 피치 회전을 하는 경우, 상기 제1 경사각(θ1)의 지면을 보행하면서 쓰러지지 않고 보행이 유지될 수 있다.

여기서, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 하한 값인 0°보다 작아 지는 경우(θp가 A1인 경우), 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 선단은 제1 경사각(θ1)의 지면과 이격 거리가 증가하고 이에 따라 상기 몸체(B)가 상기 제1 방향(V1)과 반대 방향으로 뒤집어 질 수 있다(도 5의 (b) 참조).

또한, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 상한 값인 제1-1 회전각(A2)보다 커지는 경우(도 5의 (c) 참조), 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 선단이 상기 제1 경사각(θ1)의 지면과 접촉되어 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 어려울 수 있다.

도 6은 도 5에 따른 상기 제1 경사각(θ1)이 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위를 2차원의 공간으로 표시한 것이다. 이는 3차원의 설정영역(W)을 설정하기 위한 것이다.

도 7을 참조하면, 상기 제2-1 단계는, 상기 제1 경사각(θ1)이 지평면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 작고 제1-2 회전각(A4)보다 크거나 같을 수 있다.

여기서, 상기 제1-2 회전각(A4)은, 상기 4족보행로봇(I)이 피치 회전되어 상기 몸체(B)가 상기 지면과 접촉되는 경우의 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 피치 회전되는 각을 의미한다. 상기 제1-2 회전각(A4)은 상기 4족보행로봇(I)의 피치 회전의 공칭각도(θpn)보다 작을 수 있다.

또한, 상기 4족보행로봇(I)은 상기 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 범위 내에서 피치 회전을 하는 경우, 상기 제1 경사각(θ1)의 지면을 보행하면서 쓰러지지 않고 보행이 유지될 수 있다.

여기서, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 상한 값인 0°보다 커지는 경우(θpn이 A3인 경우), 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 선단은 제1 경사각(θ1)의 지면과 이격 거리가 감소하고 이에 따라 상기 몸체(B)가 상기 제1 방향(V1)으로 뒤집어 질 수 있다.

또한, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 피치 회전의 허용각의 하한 값인 제1-2 회전각(A4)보다 작아 지는 경우, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 후단이 상기 제1 경사각(θ1)의 지면과 접촉되어 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 어려울 수 있다.

도 8은 도 7에 따른 상기 제1 경사각(θ1)이 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위를 2차원의 공간으로 표시한 것이다. 이는 3차원의 설정영역(W)을 설정하기 위한 것이다.

상기에서 4족보행로봇이 보행중인 지면이 경사진 경우, 4족보행로봇 무게중심의 피치 회전의 허용각을 설정하기 위해 도 5(a) 및 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 4족보행로봇의 몸체가 지평면과 수평하게 배치된 경우를 피치 회전의 기준각도로 설정하였으나, 이와는 다르게 4족보행로봇의 무게중심을 지면으로 투영하여, 투영된 점이 지면에 접촉 중인 4족보행로봇의 다리를 연결한 가상의 선 또는 면 내에 존재하는 경우의 4족보행로봇의 몸체 각도를 4족보행로봇 무게중심의 피치 회전의 허용각을 설정하기 위한 기준각도로 설정할 수도 있다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-2 단계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-2 단계는, 상기 제2 경사각(θ2)이 0°인 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇(I)의 롤 회전의 공칭각도(θrn)와 동일할 수 있다.

상기 롤 회전의 공칭각도(θrn)란, 상기 4족보행로봇(I)의 설계단계에서 상기 4족보행로봇(I)의 공칭값 즉, 상기 4족보행로봇(I)을 설계함에 있어서, 적용되는 4개의 다리(L) 및 몸체(B)의 디자인 및 각종 제어 값에 따라 보행이 유지되도록 하는 롤 회전의 공칭각도를 의미한다. 상기 롤 회전의 공칭각도(θrn)는 실제 4족보행로봇(I)의 동작과정에서 보행이 유지되도록 하는 실제 롤 회전각의 값과 상이할 수 있다.

여기서, 상기 제2 경사각(θ2)이 상기 제1 방향(V1)과 수직한 제2 방향(V2) 중 일방향(V21)을 향해 상기 지면(G)을 기준으로 양의 값을 갖고, 일방향(V21)과 반대방향인 타방향(V22)을 향해 상기 지면(G)을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 일방향(V21)으로 0°보다 크고 제2-1 회전각(A6)보다 작거나 같을 수 있다.

상기 제2-1 회전각(A6)이란, 상기 4족보행로봇(I)이 롤 회전되어 상기 몸체(B), 구체적으로 상기 몸체(B)의 측면이 상기 지면(G)과 접촉되도록 하는 각일 수 있으며, 상기 제2-1 회전각(A6)은 상기 4족보행로봇(I)의 상기 일방향(V21)으로의 롤 회전의 공칭각도(θrn)보다 클 수 있다.

여기서, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 롤 회전의 허용각의 하한 값인 0°보다 작아 지는 경우(θr이 A5인 경우), 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 좌측단은 제2 경사각(θ2)의 지면(G)과 이격거리가 감소하고 이에 따라 상기 몸체(B)가 상기 타방향(V22)으로 쓰러질 수 있다.

또한, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 롤 회전의 허용각의 상한 값인 제2-1 회전각(A6)보다 커지는 경우, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 우측단은 제2 경사각(θ2)의 지면(G)과 접촉되어 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 어려울 수 있다.

상기 제2-2 단계는, 상기 제2 경사각(θ2)이 일방향(V21)을 향해 상기 지면(G)을 기준으로 음의 값을 갖고, 타방향(V22)을 향해 상기 지면(G)을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 타방향(V22)으로 0°보다 크고 상기 4족보행로봇(I)이 롤 회전되어 상기 몸체(B)가 상기 지면(G)과 접촉되도록 하는 제2-2 회전각(A8)보다 작거나 같을 수 있다.

상기 제2-2 회전각(A8)이란, 상기 4족보행로봇(I)이 롤 회전되어 상기 몸체(B), 구체적으로 상기 몸체(B)의 측면이 상기 지면(G)과 접촉되도록 하는 각일 수 있으며, 상기 제2-2 회전각(A8)은 상기 4족보행로봇(I)의 상기 타방향(V22)으로의 롤 회전의 공칭각도(θrn)보다 클 수 있다.

여기서, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 롤 회전의 허용각의 하한 값인 0°보다 작아 지는 경우(θrn이 A7인 경우), 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 우측단은 제2 경사각(θ2)의 지면(G)과 이격거리가 감소하고 이에 따라 상기 몸체(B)가 상기 일방향(V21)으로 쓰러질 수 있다.

또한, 상기 4족보행로봇(I)의 무게중심이 상기 롤 회전의 허용각의 상한 값인 제2-2 회전각(A8)보다 커지는 경우, 상기 4족보행로봇(I)의 몸체(B)의 좌측단은 제2 경사각(θ2)의 지면(G)과 접촉되어 상기 4족보행로봇(I)의 보행이 어려울 수 있다.

이 때, 상기 제2-2 회전각(A8)은 상기 4족보행로봇(I)의 상기 타방향(V22)으로의 롤 회전의 공칭각도보다 클 수 있다.

도 11은 도 9 및 10에 따른 상기 제2 경사각(θ2)에 따른 상기 롤 회전의 허용각의 범위를 2차원의 공간으로 표시한 것이다. 이는 3차원의 설정영역(W)을 설정하기 위한 것이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2-3 단계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇 제어방법의 제2 단계는, 상기 제1 경사각(θ1)을 기초로 획득된 피치 회전의 허용각의 범위와 상기 제2 경사각(θ2)을 기초로 획득된 롤 회전의 허용각의 범위로부터 요 회전의 허용각의 범위를 산출하는 제2-3 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제2-3 단계는, 요 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇(I)의 요 회전의 공칭각도(θyn)와 동일할 수 있다.

또한, 상기 요 회전의 허용각의 범위는, 상기 4족보행로봇(I)이 진행 중인 방향에 따라 그 값이 상이해 지는 바, 상기 피치 회전 허용각 및 상기 롤 회전 허용각의 범위와 상기 4족보행로봇(I)의 방향성을 고려하여 도출될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 4족보행로봇은, 도 1 내지 도 11을 참조로 설명한 4족보행로봇 제어방법에 의해 제어되는 보행로봇일 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

I: 4족보행로봇
S1: 제1 단계
S2: 제2 단계
S3: 제3 단계
S4: 제 4단계

Claims (15)

1. 4개의 다리와 상기 4개의 다리로 지지되는 몸체를 구비한 4족보행로봇의 트롯 보행이 유지되도록 상기 4족보행로봇을 제어하는 4족보행로봇 제어방법에 있어서,
   상기 4족보행로봇의 무게중심을 산출하는 제1 단계;
   상기 4족보행로봇의 보행이 유지되도록 하는 상기 무게중심의 회전 허용각의 범위인 설정영역을 설정하는 제2 단계;
   상기 제2 단계에서 설정된 상기 설정영역 내에 상기 무게중심이 위치하는지 여부인 제1 정보를 획득하는 제3 단계; 및
   상기 제1 정보를 기초로, 상기 무게중심이 상기 설정영역에 포함되도록 상기 4족보행로봇을 제어하는 제4 단계;를 포함하며,
   상기 설정영역은,
   상기 4족보행로봇의 보행 유지를 위한 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위로 규정되는 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 설정영역은,
   상기 롤, 피치 및 요 회전각을 3차원의 각축으로 설정하여, 상기 롤, 피치 및 요 회전의 허용각의 범위를 3차원으로 구현된 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 단계는,
   제1 방향으로 보행 중인 상기 4족보행로봇의 상기 제1 방향으로의 상기 지면의 제1 경사각을 산출하는 제2-1 단계 및 상기 제1 방향과 수직한 방향인 제2 방향으로의 상기 지면의 제2 경사각을 산출하는 제2-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2-1 단계는,
   상기 제1 경사각이 0°인 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도와 동일한 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2-1 단계는,
   상기 제1 경사각이 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 피치 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제1-1 회전각보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1-1 회전각은 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도보다 큰 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 제2-1 단계는,
   상기 제1 경사각이 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 피치 회전의 허용각의 범위는 0°보다 작고 상기 4족보행로봇이 피치 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제1-2 회전각보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1-2 회전각은 상기 4족보행로봇의 피치 회전의 공칭각도보다 작은 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
9. 제3항에 있어서,
   상기 제2-2 단계는,
   상기 제2 경사각이 0°인 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 4족보행로봇의 롤 회전의 공칭각도와 동일한 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
   
10. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는,
    상기 제2 경사각이 일방향을 향해 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖고, 타방향을 향해 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 일방향으로 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 롤 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제2-1 회전각보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2-1 회전각은 상기 4족보행로봇의 상기 일방향으로의 롤 회전의 공칭각도보다 큰 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
    
12. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는,
    상기 제2 경사각이 일방향을 향해 상기 지면을 기준으로 음의 값을 갖고, 타방향을 향해 상기 지면을 기준으로 양의 값을 갖는 경우, 상기 롤 회전의 허용각의 범위는 상기 타방향으로 0°보다 크고 상기 4족보행로봇이 롤 회전되어 상기 몸체가 상기 지면과 접촉되도록 하는 제2-2 회전각보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2-2 회전각은 상기 4족보행로봇의 상기 타방향으로의 롤 회전의 공칭각도보다 큰 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
    
14. 제3항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 제1 경사각을 기초로 획득된 피치 회전의 허용각의 범위와 상기 제2 경사각을 기초로 획득된 롤 회전의 허용각의 범위로부터 요 회전의 허용각의 범위를 산출하는 제2-3 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 제2-3 단계는,
    상기 요 회전의 허용각의 범위는, 상기 4족보행로봇의 요 회전의 공칭각도와 동일한 것을 특징으로 하는 4족보행로봇 제어방법.

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