카트-도립 진자 모델을 이용한 4족 보행 로봇의 자세 안정화 알고리즘 연구 :A Study on Posture Stabilization Algorithm of Quadruped Walking Robot using Cart-inverted pendulum model

김명주

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김명주 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김정엽

발행연도: 2018

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이용수26

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2018

외란이 있는 환경에서의 4족 보행 로봇의 자세 안정화 알고리즘

김명주 , 김정엽 대한기계학회 논문집 A권 2018.07 학술저널

도립 진자 모델을 이용한 4 족 보행 로봇의 몸통 균형 제어

김명주 , 김정엽 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2018.05 학술대회자료

카트-도립 진자 모델을 이용한 4족 보행 로봇의 자세 안정화 알고리즘 연구

김명주 기계설계로봇공학과 2018.01 학위논문

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본 논문은 카트-도립 진자 모델을 이용한 4족 보행 로봇의 자세 안정화 알고리즘에 대해서 연구하였다. 최근, 인간이 가기 힘든 극한 환경이나 재난 지역에서 험지를 극복하며 인간 대신 작업을 수행 할 수 있는 보행 로봇들이 전 세계적으로 연구 되고 있다. 특히 이동 성능 및 안정성 측면에서 뛰어난 4족 보행 로봇들에 대한 연구가 미국, 유럽 그리고 일본 등에서 활발히 진행되고 있다. 4족 보행 로봇이 험지를 극복하며 보행하기 위해서는 안정적인 보행 패턴 설계뿐만 아니라, 지면의 기울기나 외부 충격에 대해 안정성을 유지할 수 있는 자세 안정화 기능이 보행 알고리즘에 반드시 전제되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 첫째, 주어진 외란에 대해 4족 보행 로봇을 도립 진자로 모델링 하여 몸통 균형 제어를 수행하였으며, 둘째, 4족 보행 로봇을 카트-도립 진자로 모델링 하여 발 착지 위치 제어를 수행하였다. 이 두 가지 제어 전략을 통합하여 자세 안정화 알고리즘을 구축하였으며, 최종적으로 Webots 동역학 시뮬레이션과 로봇 실험을 수행하여 외란이 있는 환경에서 4족 보행 로봇의 자세 안정화 성능을 검증하였다.

#Quadruped Walking Robot(4족 보행 로봇) #Posture Stabilization(자세 안정화) #Cart-Inverted Pendulum Model(카트?도립 진자 모델)

I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 기존 연구 사례 2
3. 연구 목적 및 전략 4
II. 수학적 모델링 5
1. 도립 진자 모델 5
2. 카트-도립 진자 모델 7
III. 자세 안정화 알고리즘 9
1. 몸통 균형 제어 9
2. 발 착지 위치 제어 13
3. 통합 자세 안정화 알고리즘 18
IV. 동역학 시뮬레이션 20
1. 시뮬레이션 로봇 20
2. 시뮬레이션 환경 23
3. 복합 지형 외란에 대한 자세 안정화 시뮬레이션 24
1) 외란 관측 시뮬레이션 24
2) Pace 걸음새에서의 자세 안정화 시뮬레이션 26
3) Trot 걸음새에서의 자세 안정화 시뮬레이션 34
4) Walk 걸음새에서의 자세 안정화 시뮬레이션 42
V. 4족 보행 로봇 PongBot 실험 50
1. 실험 플랫폼 50
2. 몸통 균형 제어 실험 53
1) Roll 축 기울기 외란 실험 53
2) Pitch 축 기울기 외란 실험 57
3) Roll + Pitch 축 기울기 외란 실험 61
VI. 결론 65
Appendix A 66
1. 3자유도 로봇 다리의 정기구학 및 역기구학 66
2. 3자유도 로봇 다리의 동역학 70
참고문헌 73
영문초록(Abstract) 76
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