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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최윤호
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 경기대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문에서는 4족 로봇의 효율적인 경사면 보행 방법을 제안하였다. 기존에 연구 되었던 4족 로봇과 달리, 본 논문에서 제안한 4족 로봇은 허리 관절을 가져 기구적 제한과 보폭의 감소를 완화하고 안정도 증진의 장점을 가진다. 본 논문에서 제안한 4족 로봇은 각 다리에 3 자유도(degree of freedom: DOF)를 가지고 1 DOF의 허리 관절을 가져 총 13 DOF를 가진다. 각 관절은 서보모터(servomotor)를 이용하여 제작하며 제어기는 ARM을 사용하였다. 한편, 4족 로봇의 순기구학 모델 유도는 Denavit-Hartenberg 표현 방법을 이용하였고, 역기구학 모델 유도는 대수적 방법을 이용하여 유도하였다. 4족 로봇의 안정도 판별법은 에너지 안정도 여유(energy stability margin: ESM)를 이용하여 판별 하였고 다리 이동 순서는 물결 걸음새(wave gait)를 사용하였다.
본 논문에서 제안한 방법은 두 개의 알고리듬으로 구성되며, 기구적 제한과 보폭감소를 완화하는 허리 관절각 결정 알고리듬과 안정도를 증가시키기 위한 발끝 위치 선정 알고리듬으로 구성된다. 허리 관절각 결정 알고리듬은 허리 관절을 중심으로 몸체를 상체 및 하체로 나눠 경사각에 따른 기구적 제한과 목적 보폭에 따라 상체 허리 관절각 및 하체 허리 관절각이 각기 결정된다. 한편 발끝 위치 선정 알고리듬은 다리 이동 순서를 고려하여 발끝 위치의 도달 영역(workspace)에 대한 안정도를 탐색하여 높은 안정도를 갖는 위치를 선정한다.
마지막으로 본 논문에서 제안한 알고리듬의 효용성 및 실제 적용 가능성을 검증하기 위해 모의 실험과 4족 로봇의 실제 보행 실험을 각기 수행하였다. 모의 실험은 기존 4족 로봇과 본 논문에서 제안한 4족 로봇의 경사각 증가에 따른 보폭 비교와 경사각 10°에서 ESM을 비교하였고 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 ESM과 적용하지 않은 ESM을 비교하였다. 모의 실험의 결과, 경사면과 평행하게 보행하는 보행 자세는 경사각이 20° 이상이 되면 안정도의 문제로 보행이 불가능 하고 수평면과 평행하게 보행하는 보행 자세는 24° 이상이 되면 기구적 문제로 보행이 불가능하였다. 한편, 본 논문에서 제안한 허리 관절각 결정 알고리듬을 적용한 4족 로봇은 지면의 경사각이 증가하더라도 계속적인 보행이 가능하고 원하는 보폭 보장을 확인할 수 있었다. 한편, 경사각 25°에서 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 4족 로봇의 ESM과 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용하지 않은 4족 로봇의 ESM을 비교하면 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 4족 로봇의 ESM이 8.7% 증가를 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안한 알고리듬의 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 4족 로봇을 제작하여 보행 실험을 수행하였다. 보행 실험 결과 안정적인 보행을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 제안한 방법은 두 개의 알고리듬으로 구성되며, 기구적 제한과 보폭감소를 완화하는 허리 관절각 결정 알고리듬과 안정도를 증가시키기 위한 발끝 위치 선정 알고리듬으로 구성된다. 허리 관절각 결정 알고리듬은 허리 관절을 중심으로 몸체를 상체 및 하체로 나눠 경사각에 따른 기구적 제한과 목적 보폭에 따라 상체 허리 관절각 및 하체 허리 관절각이 각기 결정된다. 한편 발끝 위치 선정 알고리듬은 다리 이동 순서를 고려하여 발끝 위치의 도달 영역(workspace)에 대한 안정도를 탐색하여 높은 안정도를 갖는 위치를 선정한다.
마지막으로 본 논문에서 제안한 알고리듬의 효용성 및 실제 적용 가능성을 검증하기 위해 모의 실험과 4족 로봇의 실제 보행 실험을 각기 수행하였다. 모의 실험은 기존 4족 로봇과 본 논문에서 제안한 4족 로봇의 경사각 증가에 따른 보폭 비교와 경사각 10°에서 ESM을 비교하였고 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 ESM과 적용하지 않은 ESM을 비교하였다. 모의 실험의 결과, 경사면과 평행하게 보행하는 보행 자세는 경사각이 20° 이상이 되면 안정도의 문제로 보행이 불가능 하고 수평면과 평행하게 보행하는 보행 자세는 24° 이상이 되면 기구적 문제로 보행이 불가능하였다. 한편, 본 논문에서 제안한 허리 관절각 결정 알고리듬을 적용한 4족 로봇은 지면의 경사각이 증가하더라도 계속적인 보행이 가능하고 원하는 보폭 보장을 확인할 수 있었다. 한편, 경사각 25°에서 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 4족 로봇의 ESM과 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용하지 않은 4족 로봇의 ESM을 비교하면 발끝 위치 선정 알고리듬을 적용한 4족 로봇의 ESM이 8.7% 증가를 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제안한 알고리듬의 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 4족 로봇을 제작하여 보행 실험을 수행하였다. 보행 실험 결과 안정적인 보행을 확인할 수 있었다.
목차
제 1 장 서 론 1제 2 장 허리 관절을 갖는 4족 로봇의 모델링 4제 2.1 절 4족 로봇의 순기구학 모델 4제 2.2 절 4족 로봇의 역기구학 모델 8제 3 장 허리 관절을 이용한 4족 로봇의 경사면 보행 방법 11제 3.1 절 에너지 안정 여유 12제 3.2 절 제안한 경사면 보행 알고리듬 153.2.1 허리 관절각 결정 알고리듬 153.2.2 발끝 위치 선정 알고리듬 18제 4 장 모의 실험 및 보행 실험 22제 4.1 절 모의 실험 및 결과 고찰 22제 4.2 절 보행 실험 및 결과 고찰 26제 5 장 결 론 29참고문헌 31Abstract 35
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