KR101485939B1 - 로봇 보행 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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KR101485939B1
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박종현
이정훈
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법은 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계; 상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계; 및 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

로봇 보행 제어 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING WALKING OF ROBOT}
본 발명의 실시예들은 로봇 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경사면 혹은 경사 변화 구간(동작 천이 구간)에서 로봇의 보행을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 비전이라 불리는 시각정보를 보유하지 못한 4족 보행 로봇이 경사면을 넘기 위해서는 오로지 센서에 의해 얻어진 각도 정보에 의해서 경사면의 각도와 일치하는 회전된 발 궤적을 생성하여야 한다. 또한, 4족 보행 로봇이 평지에서부터 경사면을 혹은 경사면에서부터 평지를 자연스럽게 이동하기 위해서는 동작의 천이가 필요하다.
로봇이 경사면을 이동하기 위해서는 발 궤적을 경사면의 각도로 회전시켜줄 필요가 있다. 그러나, 로봇에 부착되어 있는 센서에 의해 파악된 각도는 경사면의 각도뿐만 아니라 로봇의 몸체 혹은 발의 움직임이 포함된 각도로 실제 경사면의 각도와는 상이한 경우가 대부분이다.
따라서, 이에 의해 회전된 발 궤적으로는 경사면을 보행할 수 없다. 뿐만 아니라, 평지에서부터 경사면을 혹은 경사면에서부터 평지를 이동하기 위해서는 동작의 천이가 필요하지만, 로봇이 보행을 멈추지 않고 천이 동작을 자연스럽게 하기는 매우 힘들다.
관련 선행기술로는 공개특허공보 제2009-0128766호(발명의 명칭: 보행 로봇 및 그 제어 방법, 공개일자: 2009년 12월 16일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 보행 경사 변화 시 보행을 멈추지 않고 천이 동작을 자연스럽게 할 수 있도록 하는 로봇 보행 제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법은 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계; 상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계; 및 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계를 포함한다.
상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계는 자이로 센서(gyro sensor)를 이용하여 실시간으로 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계는 상기 자이로 센서의 센싱 값을 통해 로봇 몸체의 자세를 분석하여 상기 로봇 몸체의 피치각(pitch angle)을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 피치각을 미리 설정된 기준 피치각과 비교하여 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법은 로봇 앞다리의 구부림 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 로봇에 탑재된 메모리에 저장하는 단계; 및 상기 센서를 통해 계산된 로봇 몸체의 피치각과 미리 설정된 기준 피치각의 각도 차이에 기초하여 상기 경사면의 경사 각도를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계는 상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 앞다리의 구부림 정도를 상기 메모리로부터 추출하는 단계; 및 상기 추출된 구부림 정도에 기초하여 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법은 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하고, 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계는 상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 상기 메모리로부터 추출하는 단계; 및 상기 추출된 이동 변위 정도에 기초하여 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법은 상기 경사면의 보행 시, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득하는 단계; 상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 위치 옵셋을 이용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 옵셋을 생성하는 단계는 로봇 몸체의 요 각도(yaw angle) 및 롤 각도(roll angle)에 따라 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 이용하여, 상기 로봇의 댐핑비 및 강도를 포함하는 임피던스 파라미터를 변화시키는 임피던스 제어를 통해 상기 위치 옵셋을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계는 상기 위치 옵셋을 두 번 미분한 값을 상기 로봇의 보행 궤적에 적용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치는 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 센서 감지부; 및 상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리고, 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 보행 모션 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치는 상기 경사면의 보행 시, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득하고, 상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성하며, 상기 생성된 위치 옵셋을 이용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 임피던스 제어부를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇 몸체의 무게 중심을 이동시키는 방법과 임피던스 제어 방법을 융합하여, 로봇의 앞다리를 함수를 이용하여 점진적으로 구부리는 것과 동시에 뒷다리를 뒤로 이동시켜 경사면을 외란의 상황으로 만들고, 임피던스 제어를 이용하여 외란(경사면)을 극복할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇이 경사면 혹은 동작 천이 구간에서 발 궤적을 회전시켜줄 필요 없이 안정적이고 자연스러운 보행할 수 있도록 한다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 로봇의 경사면 보행의 예를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 경사면을 보행하는 로봇의 보행 자세를 도시한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 임피던스 제어를 통해 경사면에서 발 궤적을 보상하는 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 외란 발생 시 로봇의 발 궤적을 보상하는 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 로봇의 경사면 보행의 예를 도시한 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇의 경사면 보행 시, 경사면 위의 로봇은 앞다리를 구부려서 로봇 몸체 무게 중심이 앞다리와 뒷다리 가운데에 존재하게 한다.
로봇 몸체의 무게 중심이 앞다리와 뒷다리 가운데에 위치하므로, 로봇은 경사면에서 안정적인 보행이 가능하다. 다만, 반드시 경사면의 각도와 일치하는 회전된 발 궤적이 필요하며, 그렇지 않을 경우 발 궤적이 경사면에 완전히 막혀 버려 안정적인 보행을 할 수 없게 된다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇의 경사면 보행 시, 경사면 위의 로봇은 앞다리와 뒷다리를 동시에 뒤로 이동시켜 로봇 몸체의 무게 중심이 앞다리와 뒷다리 사이에 존재하게 한다.
로봇 몸체의 무게 중심이 앞다리와 뒷다리 가운데에 위치하므로, 로봇은 경사면에서 안정적인 보행이 가능하다. 다만, 도 1에서와 같이 경사면의 각도와 일치하는 회전된 발 궤적이 필요하지는 않지만, 앞다리와 뒷다리 모두를 보행 진행 방향과 반대로 이동시킴으로써 보폭이 매우 작아질 우려가 존재하므로, 이 방법 또한 안정적인 보행에는 무리가 따른다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 앞서 설명한 두 가지 방법을 융합하여 경사면에서 로봇이 안정적인 보행이 가능하도록 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 그리고, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 경사면을 보행하는 로봇의 보행 자세를 도시한 예시도이다.
특히, 도 7은 평지와 경사면이 만나는 부분에서 보행 제어를 통해 멈춤 없이 자연스럽게 천이 구간을 보행하는 일례를 도시한 도면이고, 도 8은 경사면에서 보행 제어를 통해 안정적으로 보행하는 일례를 도시한 도면이다.
참고로, 상기 로봇 보행 제어 방법은 도 11의 로봇 보행 제어 장치(1100)에 의해 수행될 수 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 단계(310)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지한다. 즉, 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇에 탑재된 자이로 센서(gyro sensor)를 이용하여 실시간으로 상기 로봇의 경사면 진입 여부를 감지한다.
이하에서는 상기 단계(310)을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 단계(410)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 자이로 센서의 센싱 값을 통해 로봇 몸체의 자세를 분석할 수 있다.
이후, 단계(420)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇 몸체의 자세 분석 결과에 기초하여 상기 로봇 몸체의 피치각(pitch angle)을 계산할 수 있다.
이후, 단계(430)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 계산된 피치각(P1)을 미리 설정된 기준 피치각(P2)과 비교할 수 있다.
상기 비교 결과, 상기 피치각(P1)이 상기 기준 피치각(P2)보다 크면(440의 "예" 방향), 단계(450)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇의 경사면 진입을 감지할 수 있다. 즉, 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇이 경사면에 진입한 것으로 판단한다.
반면, 상기 비교 결과, 상기 피치각(P1)이 상기 기준 피치각(P2)보다 작거나 같으면(440의 "아니오" 방향), 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 단계(410)으로 리턴(return)한다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 단계(310)을 통해 상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면(320의 "예" 방향), 단계(330)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부린다.
이하에서는 상기 단계(330)을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 단계(510)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 로봇 앞다리의 구부림 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 로봇에 탑재된 메모리에 저장할 수 있다.
다음으로, 단계(520)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 센서(예: 자이로 센서)를 통해 계산된 로봇 몸체의 피치각(P1)과 미리 설정된 기준 피치각(P2)의 각도 차이에 기초하여 상기 경사면의 경사 각도를 산출할 수 있다.
다음으로, 단계(530)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 산출된 경사면의 경사 각도에 매칭되는, 로봇 앞다리의 구부림 정도를 상기 메모리로부터 추출할 수 있다.
다음으로, 단계(540)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 추출된 로봇 앞다리의 구부림 정도에 기초하여, 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부릴 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 단계(340)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시킨다.
이하에서는 상기 단계(340)을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 단계(610)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 메모리에 저장할 수 있다. 즉, 상기 메모리에는 상기 로봇 뒷다리의 이동 변위에 따른 경사 각도가 매칭되어 미리 저장될 수 있다.
다음으로, 단계(620)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 산출된 경사면의 경사 각도에 매칭되는, 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 상기 메모리로부터 추출할 수 있다.
다음으로, 단계(630)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 추출된 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도에 기초하여, 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 로봇의 경사면 진입 시 앞다리를 점진적으로 구부리고 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시킴으로써, 로봇의 무게 중심이 앞다리와 뒷다리의 엔드 이펙터(end effector)의 연결에 의해 생성되는 다각형 내에 위치하도록 하여, 로봇이 경사면 혹은 천이 구간(경사면에서 평지, 또는 평지에서 경사면)에서 무게 중심을 이동시켜 자연스럽고 안정적으로 보행하도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 임피던스 제어를 통해 경사면에서 발 궤적을 보상하는 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이고, 도 10은 외란 발생 시 로봇의 발 궤적을 보상하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 외란 발생 시 로봇 보행 제어 장치는 외란을 고려하여 로봇의 발 궤적을 보상할 수 있다. 이때, 상기 로봇 보행 제어 장치는 임피던스 제어 방식을 사용해 상기 로봇의 발 궤적을 보상할 수 있다.
본 실시예에서는 경사면을 도 10과 같이 외란이 발생한 것으로 간주하여 상기 로봇의 발 궤적을 보상할 수 있다. 즉, 도 7 및 도 8에서 발 궤적의 점선 화살표 부분과 같이 발 궤적이 온전히 생성되지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 경우를 대비하여, 본 실시예에서는 도 9와 같은 방법으로 경사면에서의 발 궤적을 보상할 수 있다.
즉, 도 9를 참조하면, 단계(910)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 경사면의 보행 시, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득할 수 있다.
다음으로, 단계(920)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성할 수 있다.
즉, 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 로봇 몸체의 요 각도(yaw angle) 및 롤 각도(roll angle)에 따라 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 이용하여, 상기 로봇의 댐핑비 및 강도를 포함하는 임피던스 파라미터를 변화시키는 임피던스 제어를 통해 상기 위치 옵셋을 생성할 수 있다.
다음으로, 단계(930)에서 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 생성된 위치 옵셋(offset)을 이용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정(보상)할 수 있다.
즉, 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 위치 옵셋을 두 번 미분한 값을 상기 로봇의 보행 궤적에 적용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정할 수 있다. 이때, 상기 로봇 보행 제어 장치는 상기 위치 옵셋을 통해 상기 로봇의 조인트 변위를 조절함으로써 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치(1100)는 센서 감지부(1110), 보행 모션 제어부(1120), 임피던스 제어부(1130), 및 중앙 제어부(1140)를 포함할 수 있다.
상기 센서 감지부(1110)는 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지한다. 이를 위해, 상기 센서 감지부(1110)는 자이로 센서를 이용할 수 있다.
즉, 상기 센서 감지부(1110)는 상기 자이로 센서의 센싱 값을 통해 로봇 몸체의 자세를 분석하여 상기 로봇 몸체의 피치각(pitch angle)을 계산하고, 상기 계산된 피치각을 미리 설정된 기준 피치각과 비교하여 상기 로봇의 경사면 진입을 감지할 수 있다.
상기 보행 모션 제어부(1120)는 상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부린다.
이를 위해, 상기 보행 모션 제어부(1120)는 로봇 앞다리의 구부림 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 로봇에 탑재된 메모리에 저장하고, 상기 센서를 통해 계산된 로봇 몸체의 피치각과 미리 설정된 기준 피치각의 각도 차이에 기초하여 상기 경사면의 경사 각도를 산출할 수 있다.
상기 보행 모션 제어부(1120)는 상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 앞다리의 구부림 정도를 상기 메모리로부터 추출하고, 상기 추출된 구부림 정도에 기초하여 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부릴 수 있다.
상기 보행 모션 제어부(1120)는 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시킨다.
이를 위해, 상기 보행 모션 제어부(1120)는 상기 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 메모리에 저장할 수 있다.
상기 보행 모션 제어부(1120)는 상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 상기 메모리로부터 추출하고, 상기 추출된 이동 변위 정도에 기초하여 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시킬 수 있다.
상기 임피던스 제어부(1130)는 상기 경사면의 보행 시, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득하고, 상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성할 수 있다.
이때, 상기 임피던스 제어부(1130)는 상기 로봇 몸체의 요 각도(yaw angle) 및 롤 각도(roll angle)에 따라 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 이용하여, 상기 로봇의 댐핑비 및 강도를 포함하는 임피던스 파라미터를 변화시키는 임피던스 제어를 통해 상기 위치 옵셋을 생성할 수 있다.
상기 임피던스 제어부(1130)는 상기 생성된 위치 옵셋을 이용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정할 수 있다. 즉, 상기 임피던스 제어부(1130)는 상기 위치 옵셋을 두 번 미분한 값을 상기 로봇의 보행 궤적에 적용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정할 수 있다.
상기 중앙 제어부(1140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 보행 제어 장치(1100), 즉 상기 센서 감지부(1110), 상기 보행 모션 제어부(1120), 상기 임피던스 제어부(1130) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 로봇 몸체의 무게 중심을 이동시키는 방법과 임피던스 제어 방법을 융합하여, 로봇의 앞다리를 함수를 이용하여 점진적으로 구부리는 것과 동시에 뒷다리를 뒤로 이동시켜 경사면을 외란의 상황으로 만들고, 임피던스 제어를 이용하여 외란(경사면)을 극복할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇이 경사면 혹은 동작 천이 구간에서 발 궤적을 회전시켜줄 필요 없이 안정적이고 자연스러운 보행을 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1100: 로봇 보행 제어 장치
1110: 센서 감지부
1120: 보행 모션 제어부
1130: 임피던스 제어부
1140: 중앙 제어부

Claims (10)

  1. 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계;
    상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득하는 단계;
    상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성하는 단계;
    상기 생성된 위치 옵셋을 이용하여 상기 로봇의 조인트 변위를 조절함으로써 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계;
    상기 보정된 보행 궤적에 기초하여 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계; 및
    상기 보정된 보행 궤적에 기초하여 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계는
    상기 로봇의 무게 중심이 상기 앞다리와 상기 뒷다리의 엔드 이펙터(end effector)의 연결에 의해 생성되는 다각형 내에 위치하도록 하여 상기 경사면 또는 천이 구간(경사면->평지, 평지->경사면)에서 상기 로봇의 무게 중심을 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계는
    자이로 센서(gyro sensor)를 이용하여 실시간으로 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계는
    상기 자이로 센서의 센싱 값을 통해 로봇 몸체의 자세를 분석하여 상기 로봇 몸체의 피치각(pitch angle)을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 피치각을 미리 설정된 기준 피치각과 비교하여 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    로봇 앞다리의 구부림 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 로봇에 탑재된 메모리에 저장하는 단계; 및
    상기 센서를 통해 계산된 로봇 몸체의 피치각과 미리 설정된 기준 피치각의 각도 차이에 기초하여 상기 경사면의 경사 각도를 산출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계는
    상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 앞다리의 구부림 정도를 상기 메모리로부터 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 구부림 정도에 기초하여 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 경사 각도별로 매칭하여 상기 메모리에 저장하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계는
    상기 산출된 경사 각도에 매칭되는 로봇 뒷다리의 이동 변위 정도를 상기 메모리로부터 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 이동 변위 정도에 기초하여 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치 옵셋을 생성하는 단계는
    로봇 몸체의 요 각도(yaw angle) 및 롤 각도(roll angle)에 따라 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 이용하여, 상기 로봇의 댐핑비 및 강도를 포함하는 임피던스 파라미터를 변화시키는 임피던스 제어를 통해 상기 위치 옵셋을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계는
    상기 위치 옵셋을 두 번 미분한 값을 상기 로봇의 보행 궤적에 적용하여 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법.
  9. 로봇의 보행 시, 상기 로봇에 설치된 센서를 통해 상기 로봇의 경사면 진입을 감지하는 센서 감지부;
    상기 로봇의 경사면 진입이 감지되면, 상기 로봇의 질량, 댐핑비(damping ratio) 및 강도 중 적어도 하나에 기초하여 상기 로봇의 발로부터 발생한 힘을 획득하고, 상기 획득된 힘을 이용한 임피던스 제어를 통해 상기 로봇의 현재 발 위치를 기준으로 한 위치 옵셋을 생성하며, 상기 생성된 위치 옵셋을 이용하여 상기 로봇의 조인트 변위를 조절함으로써 상기 경사면에서의 보행 궤적을 보정하는 임피던스 제어부; 및
    상기 보정된 보행 궤적에 기초하여 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 앞다리를 점진적으로 구부리고, 상기 보정된 보행 궤적에 기초하여 상기 로봇의 보행을 유지하면서 상기 로봇의 뒷다리를 점진적으로 뒤로 이동시키는 보행 모션 제어부
    를 포함하고,
    상기 보행 모션 제어부는
    상기 로봇의 무게 중심이 상기 앞다리와 상기 뒷다리의 엔드 이펙터(end effector)의 연결에 의해 생성되는 다각형 내에 위치하도록 하여 상기 경사면 또는 천이 구간(경사면->평지, 평지->경사면)에서 상기 로봇의 무게 중심을 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 장치.
  10. 삭제
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