기구학적 리모델링과 ZMP 제어를 적용한 인간형 이족 로봇의 정적보행 제어

초록

본 논문에서는 인간형 이족로봇 기구학적 모델을 다시 모델링 하여 보행주기에 따른 기저(base-frame) 변경방식을 적용한 이족로봇 역기구학적인 해석법을 제안한다. 기구학적 리모델링(remodeling)의 기본적인 개념은 다자유도 매니퓰레이터는 중간관절에 의해 역기구학적인 다중해가 발생하는데 이를 인간형 로봇이 인간처럼 무릎에 해당하는 중간관절이 뒤로만 굽어지는 특성을 이용하여 단일해가 도출되도록 로봇의 모델의 무릎을 리모델링 한다. 무릎을 포함한 그 상하에 있는 두 관절에 의해 세 개의 회전운동(revolutionary)관절은 한 개의 직선운동(prismatic) 관절로 대치되어 다리의 길이를 결정하고 기저점에 설정된 관절은 위치결정 각도로 사용되며 말단의 관절은 말단장치의 관절의 방위각으로 나타내어 진다. 보행주기는 한발지지 단계와 두발지지 단계로 나누고 한발지지 단계에서는 진보(進步)하는 다리와 균형 유지하는 다리로 구분하여 적용시킨다. 진보하는 다리는 발의 높이, 보폭에 의한 궤적으로 움직이고, 균형을 유지하는 다리는 진보하는 다리의 구동으로 발생하는 ZMP변화를 계산하고 ZMP(Zero Moment Point)가 균형을 유지하는 다리의 족저면(足低面) 내에 유지되도록 한다. 두발 지지 단계가 되면 균형 유지하는 다리에서 진보하려는 다리로 ZMP를 이동시키고, 두 다리가 서로가 수행하였던 역할을 바꾸어 수행하여 한발 지지단계로 전환하는 것이 주기적으로 반복 수행되어 이족로봇이 정적보행(static gait)을 하게 된다. 마이크로컴퓨터를 이용하여 이족로봇을 제작 및 실험한 결과, 제안된 방법이 기존의 역기구학적인 해석법에 비해 계산량 감소의 효과를 볼 수 있었다.