KR20200001380A - 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템 - Google Patents

다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20200001380A
KR20200001380A KR1020180074271A KR20180074271A KR20200001380A KR 20200001380 A KR20200001380 A KR 20200001380A KR 1020180074271 A KR1020180074271 A KR 1020180074271A KR 20180074271 A KR20180074271 A KR 20180074271A KR 20200001380 A KR20200001380 A KR 20200001380A
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Abstract

본 발명은 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선한 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 다관절로봇은, 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling)된 복수의 관절; 상기 복수의 관절 각각에 구비되고, 상기 다관절로봇의 구동을 제어하는 복수의 하위 제어기; 및 상기 복수의 하위 제어기의 동작을 제어하는 상위 제어기;를 포함하되, 상기 복수의 하위 제어기 각각은, 배치된 관절과 관련된 상기 다관절로봇의 구동을 제어하기 위해, 제어입력을 미리 설정된 수학식에 따라 연산하고, 상기 복수의 하위 제어기 각각의 연산 동작에 의해, 상기 상위 제어기와의 통신 없이도 상기 다관절로봇의 전체 동역학을 고려한 제어 알고리즘을 실현함으로써, 상기 제어 입력을 갱신하는 주기가 상기 복수의 하위 제어기와 상기 상위 제어기 간의 통신 주기보다 빨라질 수 있다.

Description

다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템{The method for implementing fast control cycle of articulated robot control algorithm considering robot dynamics and system}
본 발명은 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선한 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것이다.
다관절로봇 구동 시 높은 수준의 제어성능을 얻고자 할 때 로봇동역학을 고려한 제어 알고리즘이 사용되는 경우가 많다.
그런데 다관절로봇의 각 관절은 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling) 되어 있다. 따라서 상위 제어기에서 모든 관절에 대한 제어입력을 계산하고 그 결과값을 통신을 통해 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 전달하는 구현 방식이 자주 적용된다.
하지만 이 방식은 제어입력을 갱신하는 주기가 상위 제어기와 하위 제어기 사이의 통신주기 보다 빨라질 수 없다는 제약을 수반한다는 문제점이 있다.
제어주기가 빨라지면 이득(gain)을 더 높일 수 있고 이로 인해 더 빠르고 정확한 제어성능을 얻을 수 있기 때문에 제어주기가 이처럼 제한되는 것은 명확한 단점으로 작용한다.
따라서 다관절로봇의 동역학을 고려한 제어 알고리즘을 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신주기보다 고속으로 동작시키는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록번호 제10-1249853호
본 발명에서는 다관절로봇을 제어함에 있어 로봇동역학을 고려하는 기존의 제어 방법을 사용할 경우 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신 속도 제한 때문에 제어 입력 연산주기가 느려지는 단점을 해결하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것으로, 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선한 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템을 사용자에게 제공하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 다관절로봇은, 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling)된 복수의 관절 상기 복수의 관절 각각에 구비되고, 상기 다관절로봇의 구동을 제어하는 복수의 하위 제어기 및 상기 복수의 하위 제어기의 동작을 제어하는 상위 제어기를 포함하되, 상기 복수의 하위 제어기 각각은, 배치된 관절과 관련된 상기 다관절로봇의 구동을 제어하기 위해, 제어입력을 하기의 수학식 1에 따라 연산하고, 상기 복수의 하위 제어기 각각의 연산 동작에 의해, 상기 상위 제어기와의 통신 없이도 상기 다관절로봇의 전체 동역학을 고려한 제어 알고리즘을 실현함으로써, 상기 제어 입력을 갱신하는 주기가 상기 복수의 하위 제어기와 상기 상위 제어기 간의 통신 주기보다 빨라질 수 있다.
수학식 1
Figure pat00001
수학식 2
Figure pat00002
상기 수학식 2에서,
Figure pat00003
는 제어이득이고,
Figure pat00004
는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
Figure pat00005
는
Figure pat00006
와
Figure pat00007
의 차이값
Figure pat00008
를 나타낸다.
또한, 상기 수학식 1의
Figure pat00009
는 다음의 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.
수학식 3
Figure pat00010
Figure pat00011
상기 수학식 3에서,
Figure pat00012
는 제어이득이고,
Figure pat00013
는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
Figure pat00014
는
Figure pat00015
와
Figure pat00016
의 차이값
Figure pat00017
를 나타낸다.
또한, 상기 수학식 1의
Figure pat00018
는 상기 수학식 2의 형태로 결정되는 한편, 상기 수학식 2의
Figure pat00019
가 상수가 아닌 변수로서 자동 튜닝 될 수 있다.
한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 양상인 다관절 로봇의 제어방법은, 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling)된 복수의 관절; 상기 복수의 관절 각각에 구비되고, 상기 다관절로봇의 구동을 제어하는 복수의 하위 제어기 및 상기 복수의 하위 제어기의 동작을 제어하는 상위 제어기를 포함하는 다관절로봇의 제어방법에 있어서, 상기 복수의 하위 제어기 각각은, 배치된 관절과 관련된 상기 다관절로봇의 구동을 제어하기 위해, 제어입력을 하기의 수학식 1에 따라 연산하고, 상기 복수의 하위 제어기 각각의 연산 동작에 의해, 상기 상위 제어기와의 통신 없이도 상기 다관절로봇의 전체 동역학을 고려한 제어 알고리즘을 실현함으로써, 상기 제어 입력을 갱신하는 주기가 상기 복수의 하위 제어기와 상기 상위 제어기 간의 통신 주기보다 빨라질 수 있다.
수학식 1
Figure pat00020
상기 수학식 1은, 복수의 관절이 연결된 관절의 위치벡터를
Figure pat00021
로 표현할 때,
Figure pat00022
가 추종하길 바라는 폐루프 오차동역학(closed-loop error dynamics)이
Figure pat00023
의 형태로 표현될 수 있는 경우에 한정한다.
상기 수학식 1에서,
Figure pat00024
는 i번째 관절의 구동을 제어하는 하위 제어기의 제어입력이고,
Figure pat00025
는 i번째 관절의 제어 게인 중 하나에 해당하며,
Figure pat00026
는
Figure pat00027
의 i번째 성분을 나타내고,
Figure pat00028
는
Figure pat00029
의 i번째 성분을 나타내며,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
은 각각
Figure pat00032
,
Figure pat00033
의 한 제어 주기 이전의 값을 의미한다.
또한, 상기 수학식 1의
Figure pat00034
는 다음의 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.
수학식 2
Figure pat00035
상기 수학식 2에서,
Figure pat00036
는 제어이득이고,
Figure pat00037
는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
Figure pat00038
는
Figure pat00039
와
Figure pat00040
의 차이값
Figure pat00041
를 나타낸다.
또한, 상기 수학식 1의
Figure pat00042
는 다음의 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.
수학식 3
Figure pat00043
Figure pat00044
상기 수학식 3에서,
Figure pat00045
는 제어이득이고,
Figure pat00046
는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
Figure pat00047
는
Figure pat00048
와
Figure pat00049
의 차이값
Figure pat00050
를 나타낸다.
또한, 상기 수학식 1의
Figure pat00051
는 상기 수학식 2의 형태로 결정되는 한편, 상기 수학식 2의
Figure pat00052
가 상수가 아닌 변수로서 자동 튜닝 될 수 있다.
본 발명에서는 다관절로봇을 제어함에 있어 로봇 동역학을 고려하는 기존의 제어 방법을 사용할 경우 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신 속도 제한 때문에 제어 입력 연산주기가 느려지는 단점을 해결할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것으로, 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선한 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1는 본 발명과 관련하여, 로봇동역학을 고려하는 종래의 제어 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 고속 제어가 가능한 본 발명이 제안하는 제어 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 1는 본 발명과 관련하여, 로봇 동역학을 고려하는 종래의 제어 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 다관절로봇(1)은 복수의관절(30a, …… 30i, …… 30n)과 복수의 관절(30a, …… 30i, …… 30n) 각각과 연관된 하위 제어부(40a, …… 40i, …… 40n)를 포함한다.
또한, 복수의 하위 제어부(40a, …… 40i, …… 40n)는 버스(20)를 통해 상위 레벨 제어부(10)와 통신하면서 느린 제어입력 갱신 주기로 제어를 구현한다.
일반적으로 로봇 매니퓰레이터의 동역학은 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다
수학식 4
Figure pat00053
수학식 4에서
Figure pat00054
는 관절들의 위치벡터를 의미하고
Figure pat00055
는 관성행렬,
Figure pat00056
는 코리올리 및 원심력(Coriolis and Centrifugal forces),
Figure pat00057
는 중력에 해당한다.
그리고
Figure pat00058
는 마찰력 및 외란을 포함한 모델링 되지 않은 동역학을 의미하며,
Figure pat00059
는 제어입력을 의미한다.
상기 수학식 4 에서 관성행렬
Figure pat00060
의 비대각 요소(off-diagonal element)들은 일반적으로 0이 아니며,
Figure pat00061
및
Figure pat00062
의 각 성분들은 각 관절별 위치 및 속도에 대한 함수가 아닌 전체 관절의 위치 및 속도 벡터에 대한 함수이다.
이 같이 로봇동역학의 각 관절은 서로 비선형적으로 커플링 되어 있다
많은 연구들에서 더 높은 제어성능을 얻기 위해 제어입력 연산에 로봇동역학을 고려하고 있다.
가장 대표적인 예로 하기의 수학식 5와 같이 표현될 수 있는 계산 토크법(computed torque method)을 들 수 있다
수학식 5
Figure pat00063
여기에서
Figure pat00064
는 관절들의 원하는 추종 위치를 의미하는 벡터이고
Figure pat00065
는
Figure pat00066
와
Figure pat00067
의 차이인
Figure pat00068
을 의미한다.
전술한 수학식 5에서 알 수 있듯이 로봇동역학을 고려하는 일반적인 제어방법에서는 도 1과 같이 상위 제어기(10)가 하위 제어부(40a, …… 40i, …… 40n)로부터 상태 값(ex. 각 관절(30a, …… 30i, …… 30n)의 위치)을 받아 취합하여 전체 관절에 대한 제어입력을 연산한 후 그 결과를 다시 하위 제어부(40a, …… 40i, …… 40n)에 전달하는 방식을 취하게 된다.
따라서 제어입력을 생성하는 주기는 상위 제어기(10)와 하위 제어부(40a, …… 40i, …… 40n) 사이의 통신주기보다 빨라질 수 없다는 제약이 발생한다.
일반적으로 제어주기를 빠르게 할수록 더 높은 이득(gain)을 적용할 수 있고 이로 인해 더 빠르고 정밀한 제어성능을 얻을 수 있기 때문에 기술된 바와 같이 통신주기에 제어주기가 제한된다는 사실은 제어성능에 있어서 단점으로 작용한다
본 발명에서는 다관절로봇을 제어함에 있어 로봇동역학을 고려하는 기존의 제어 방법을 사용할 경우 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신 속도 제한 때문에 제어 입력 연산주기가 느려지는 단점을 해결하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 다관절로봇을 위한 동역학 적용 알고리즘의 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템에 관한 것으로, 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용함으로써, 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선한 고속 제어주기 구현 방법 및 시스템을 사용자에게 제공하고자 한다.
하기의 도 2는 본 발명과 관련하여, 로봇의 전체 동역학을 고려한 알고리즘을 분산시켜 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 직접 적용하여 고속 제어가 가능한 본 발명이 제안하는 제어 방법의 일례를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 설명한 각각의 구성요소가 그대로 적용되나 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)가 다른 기능을 제공하게 된다.
즉, 본 발명이 제안하는 방법에 따르면 로봇동역학을 고려하면서도 각 축(30a, …… 30i, …… 30n)에 대한 제어입력 연산 알고리즘을 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)에 직접 적용함으로써 통신주기의 제약 없이 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)의 연산속도만큼 빠른 속도의 제어입력 갱신이 가능하다.
본 발명에 따른 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)에서는, 시간지연추정 개념을 이용해 로봇동역학을 추정하여 제어에 적용하고, 이를 각 관절을 담당하는 하위 제어기에 분산시켜 직접 적용하여, 고속 제어를 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 방법은 제어 입력 연산주기를 획기적으로 개선할 수 있다.
구체적으로 전술한 수학식 4의 로봇동역학을 다음과 같이 수학식 6으로 표현할 수 있다.
수학식 6
Figure pat00069
여기에서
Figure pat00070
는 제어입력에서 이득(gain)에 해당하는 행렬이며 상수 대각 행렬을 적용하기도 한다.
수학식 6의 플랜트를 제어하기 위한 제어입력은 하기의 수학식 7과 같이 구성될 수 있다.
수학식 7
Figure pat00071
수학식 7에서
Figure pat00072
은 수학식 6의
Figure pat00073
를 추정하는 부분이고, 로봇의 각종 비선형동역학에 해당하는 부분을 내포하고 있다.
만약,
Figure pat00074
이 만족된다면 수학식 6에 수학식 7을 대입한 폐루프 오차동역학(closed-loop error dynamics)은
Figure pat00075
의 형태로 구현되며, 따라서 상황에 맞게
Figure pat00076
를 구성함에 따라 원하는 오차동역학을 달성할 수 있다.
시간지연 추정 기법에서는
Figure pat00077
을 한 제어주기 이전의 값인
Figure pat00078
을 통해 추정하는데 이는 수학식 6으로부터 하기의 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.
수학식 8
Figure pat00079
최종적으로 시간지연추정을 이용한 제어기법은 수학식 7에 수학식 8을 대입함으로써, 하기의 수학식 9와 같이 표현된다.
수학식 9
Figure pat00080
시간지연추정 기법을 사용하게 되면, 수학식 9를 하기의 수학식 10과 같이 손쉽게 디커플링(decoupling) 시킬 수 있다
수학식 10
Figure pat00081
여기에서
Figure pat00082
는 대각행렬 형태로 구성된
Figure pat00083
의 i번째 대각성분이며
Figure pat00084
는
Figure pat00085
의 i번째 성분이다.
그리고
Figure pat00086
는
Figure pat00087
의 i번째 성분을 의미한다.
본 발명에서 제안하는 방법은 수학식 10과 같이, 디커플링 된 제어입력 연산 알고리즘을 도 2에 도시된 것과 같이, 각 축을 담당하고 있는 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)에 분산시켜 직접 구현하는 형태를 취하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 것과 같이 제어 시스템을 구성한 후, 각 축의 하위 제어부(50a, …… 50i, …… 50n)에 있는
Figure pat00088
를 상기 수학식 10을 이용해 하기의 수학식 11 과 같이 연산함으로써 실시가 가능하다
수학식 11
Figure pat00089
더 구체적으로는 수학식 11의
Figure pat00090
는 상기 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00091
를 구현하기 위한 또 다른 방법으로,
Figure pat00092
를 상기 수학식 3과 같이 표현할 수도 있다.
본 발명을 실시하기 위한 또 다른 방법으로는
Figure pat00093
를 수학식 2와 같이 연산하되,
Figure pat00094
또는
Figure pat00095
또는
Figure pat00096
를 상수가 아닌 변수로 놓고 이를 자동 튜닝되도록 구현하는 방법을 적용할 수도 있다.
본 발명을 실시할 경우, 로봇의 동역학적인 특성을 고려하는 고급 제어알고리즘을 구현하면서도 제어주기는 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신주기보다 빠르게 할 수 있다.
따라서 보다 높은 이득(gain)을 적용할 수 있고 이로 인하여 더 빠르고 정밀한 제어성능을 기대할 수 있다.
현재 라인업되어 있는 로봇들의 상위 제어기와 하위 제어기간의 통신주기는 약 1kHz수준이며 하위 제어기 내부에서 구현 가능한 제어주기는 약 10kHz 임을 감안할 때 약 10배 수준의 제어주기 속도 증가 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (8)

  1. 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling)된 복수의 관절
    상기 복수의 관절 각각에 구비되고, 상기 다관절로봇의 구동을 제어하는 복수의 하위 제어기 및
    상기 복수의 하위 제어기의 동작을 제어하는 상위 제어기를 포함하되,
    상기 복수의 하위 제어기 각각은, 배치된 관절과 관련된 상기 다관절로봇의 구동을 제어하기 위해, 제어입력을 하기의 수학식 1에 따라 연산하고,
    상기 복수의 하위 제어기 각각의 연산 동작에 의해, 상기 제어 입력을 갱신하는 주기가 상기 복수의 하위 제어기와 상기 상위 제어기 간의 통신 주기보다 빨라지는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
    수학식 1
    Figure pat00097

    상기 수학식 1은, 다관절 로봇의 관절 위치벡터를
    Figure pat00098
    로 표현할 때,
    Figure pat00099
    가 추종하길 바라는 폐루프 오차동역학(closed-loop error dynamics)이
    Figure pat00100
    의 형태로 표현될 수 있는 경우에 한정한다.
    상기 수학식 1에서,
    Figure pat00101
    는 i번째 관절의 구동을 제어하는 하위 제어기의 제어입력이고,
    Figure pat00102
    는 i번째 관절의 제어 게인 중 하나에 해당하며,
    Figure pat00103
    는
    Figure pat00104
    의 i번째 성분을 나타내고,
    Figure pat00105
    는
    Figure pat00106
    의 i번째 성분을 나타내며,
    Figure pat00107
    ,
    Figure pat00108
    은 각각
    Figure pat00109
    ,
    Figure pat00110
    의 한 제어 주기 이전의 값을 의미한다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수학식 1의
    Figure pat00111
    는 다음의 수학식 2에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
    수학식 2
    Figure pat00112

    상기 수학식 2에서,
    Figure pat00113
    는 제어이득이고,
    Figure pat00114
    는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
    Figure pat00115
    는
    Figure pat00116
    와
    Figure pat00117
    의 차이값
    Figure pat00118
    를 나타낸다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수학식 1의
    Figure pat00119
    는 다음의 수학식 3에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇.
    수학식 3
    Figure pat00120

    Figure pat00121

    상기 수학식 3에서,
    Figure pat00122
    는 제어이득이고,
    Figure pat00123
    는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
    Figure pat00124
    는
    Figure pat00125
    와
    Figure pat00126
    의 차이값
    Figure pat00127
    를 나타낸다.
  4. 제 2항에 있어서,
    Figure pat00128
    또는
    Figure pat00129
    또는
    Figure pat00130
    를 상수가 아닌 변수로 놓고 이를 자동 튜닝되도록 구현하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇.
  5. 비선형적인 관계를 통해 동역학적으로 서로 커플링(coupling)된 복수의 관절 상기 복수의 관절각각에 구비되고, 상기 다관절로봇의 구동을 제어하는 복수의 하위 제어기 및 상기 복수의 하위 제어기의 동작을 제어하는 상위 제어기를 포함하는 다관절로봇의 제어방법에 있어서,
    상기 복수의 하위 제어기 각각은, 배치된 관절과 관련된 상기 다관절로봇을 구동을 제어하기 위해, 제어입력을 하기의 수학식 1에 따라 연산하고,
    상기 복수의 하위 제어기 각각의 연산 동작에 의해, 상기 제어 입력을 갱신하는 주기가 상기 복수의 하위 제어기와 상기 상위 제어기 간의 통신 주기보다 빨라지는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 제어방법.
    수학식 1
    Figure pat00131

    상기 수학식 1은, 다관절로봇의 관절 위치벡터를
    Figure pat00132
    로 표현할 때,
    Figure pat00133
    가 추종하길 바라는 폐루프 오차동역학(closed-loop error dynamics)이
    Figure pat00134
    의 형태로 표현될 수 있는 경우에 한정한다.
    상기 수학식 1에서,
    Figure pat00135
    는 i번째 관절의 구동을 제어하는 하위 제어기의 제어입력이고,
    Figure pat00136
    는 i번째 관절의 제어 게인 중 하나에 해당하며,
    Figure pat00137
    는
    Figure pat00138
    의 i번째 성분을 나타내고,
    Figure pat00139
    는
    Figure pat00140
    의 i번째 성분을 나타내며,
    Figure pat00141
    ,
    Figure pat00142
    은 각각
    Figure pat00143
    ,
    Figure pat00144
    의 한 제어 주기 이전의 값을 의미한다.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수학식 1의
    Figure pat00145
    는 다음의 수학식 2에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 제어방법.
    수학식 2
    Figure pat00146

    상기 수학식 2에서,
    Figure pat00147
    는 제어이득이고,
    Figure pat00148
    는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
    Figure pat00149
    는
    Figure pat00150
    와
    Figure pat00151
    의 차이값
    Figure pat00152
    를 나타낸다.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 수학식 1의
    Figure pat00153
    는 다음의 수학식 3에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 제어방법.
    수학식 3
    Figure pat00154

    Figure pat00155

    상기 수학식 3에서,
    Figure pat00156
    는 제어이득이고,
    Figure pat00157
    는 i번째 관절이 추종하길 바라는 위치(desired position)를 의미하며,
    Figure pat00158
    는
    Figure pat00159
    와
    Figure pat00160
    의 차이값
    Figure pat00161
    를 나타낸다.
  8. 제 6항에 있어서,
    Figure pat00162
    또는
    Figure pat00163
    또는
    Figure pat00164
    를 상수가 아닌 변수로 놓고 이를 자동 튜닝되도록 구현하는 것을 특징으로 하는 다관절로봇의 제어방법.
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