휴머노이드로봇의 안정 보행동작 해석에 관한 연구

초록

최근 휴머노이드 로봇의 연구가 빠르게 진행되어 가고 있다. 인간 환경에 로봇이 적응하기 위해서는 바퀴로 이동하는 로봇에는 한계를 지닐 수 밖에 없으므로 휴머노이드 로봇의 필요성이 증폭되고 있다. 이에 대해 휴머노이드 로봇은 인간과 유사한 구조를 가지고 있기 때문에 인간 환경 내에서 인간 친화적 동작 수행이 용이하고 인간이 수행하기 어려운 일들에 대해서 로봇을 대체할 수 있기 때문에 보다 안전한 작업을 이끌어 낼 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 휴머노이드 로봇은 구조적인 한계로 인하여 안정적 보행을 수행하기가 용이하지 못하다. 이에 보행 안정성에 대한 연구들이 지속적으로 진행되어 오고 있었고 앞으로 이를 기초로 보다 다양한 동작을 수행할 수 있는 로봇으로 발전이 가능할 것이다. 그러나 현재 진행중인 보행 로봇은 구조적으로 비교적 동일한 구조를 지니고 있으나 이에 대한 안정성 해석 시 기본적인 안정성 해석이 저마다 자신의 로봇에만 국한되어 있어 보행로봇 연구에 필요한 범용적인 시뮬레이터가 절실히 요구되고 있다. 보행 로봇 개발 시 범용화 된 시뮬레이터가 부재했을 때는 새로운 휴머노이드 로봇을 제작할 경우 비슷한 작업을 다시 수행해야 하는 어려움이 존재했고, 또 설계 상에서 새로이 고려 되어야 할 상황에 대해서 그 고려 사항을 빠른 시간 내에 반영하기 어려운 문제점을 지니고 있다. 본 논문에서는 휴머노이드 로봇 개발 초기에 수반되는 유사한 형태의 기구학적 특성과 로봇을 가상적으로 구동했을 때 발생하는 ZMP나 토크 등의 동력학적 특성을 사용자의 간단한 DH입력과 물성치 입력만으로 손쉽게 추출할 수 있는 시뮬레이터 개발과 이를 통한 보행로봇의 보행 시 안정성을 확인할 수 있도록 하고자 한다. 이를 위해 휴머노이드 로봇의 보행 반경을 정의하고 이를 기초로 기구학적으로 보행을 수행했을 때 관절의 움직임을 3D로 확인할 수 있도록 하고, 또 이렇게 보행을 수행할 때 자체적으로 입력한 물성치를 근거로 로봇이 안정보행을 하는지 확인할 수 있도록 한다. 그리고 로봇이 안정 보행을 할 수 있는 다리 궤적을 제시 하여 실제로 로봇을 구동할 때 안정적으로 보행을 수행 할 수 있도록 한다.