6족 보행 로봇의 전방향 이동 보행 제어를 위한 연구

Abstract

6족 보행 로봇은 2족 보행 로봇 또는 4족 보행 로봇과 같이 관절(Joint)과 링크(Link)로 구성된 6개의 다리를 이용하여 보행하는 로봇이다. 보행 로봇은 휠(Wheel)을 이용하는 이동로봇(mobile robot)보다 험난한 지형 극복에 용이하다. 본 연구의 목적은 6족 보행 로봇의 전방향 이동로봇 보행을 위한 제어알고리즘을 제안하며, 이를 적용한 6족 보행 로봇 개발을 위해 다음과 같이 수행한다. 첫째, 본 연구에 사용된 6족 보행 로봇은 로봇의 몸체와 3개의 링크와 3개의 회전 관절을 가진 6개의 다리로 구성한다. 둘째, 한 개의 다리에 대해 정기구학(Forward kinematic)을 이용하여 모델링한다. 셋째, 로봇이 목표로 하는 자세와 다리의 위치를 위한 18개의 회전 관절의 각도는 역기구학(Inverse kinematic)을 이용하여 계산할 수 있으나 이를 이용하여 다리 끝점의 위치와 각 회전관절의 관계를 수학적으로 계산하기가 매우 복잡하고 어렵다. 이를 극복하기 위하여 Lyapunov 안정성을 기반하여 안정성을 판별하고 백스텝핑(Backstepping)법을 이용하여 하나의 다리를 대상으로 주어진 다리 끝점의 목표궤적(Reference trajectory)을 추적하는 제어기를 설계한다. 넷째, 설계된 제어기를 6개의 다리에 적용하고 안정적인 전방향 이동 보행을 구현하기 위하여 다족 생명체의 걸음새를 연구하고 6족 보행 로봇에 적용한다. 다섯째, 이러한 제어 알고리즘을 실현하기 위해, 6족 보행 로봇 및 제어 시스템을 제작한다. 제어시스템의 컨트롤러로 DSP (TMS320F28335)를 사용하고 엑츄에이터로 AX-12A 서보모터를 사용한다. 컨트롤러와 엑츄에이터는 서로 반이중 통신(half duplex community)을 이용하여 통신한다. 마지막으로 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안한 제어 알고리즘의 효율성 및 적용가능성을 검증한다.