최소저크궤적과 X축-스웨이를 이용한 4족 보행로봇의 안정적 걸음새 연구

Abstract

본 논문에서는 4족복 보행 로봇의 주행 안정성을 개선하기 위한 3가지 이론을 제시한다. 첫 번째는 Minimum-Jerk Trajectory를 이용하여 다리궤적을 최적화 시킨다. 두 번째는 본 논문에서 새롭게 제시한 사인파와 기존의 방식인 LSM을 Jerk값에 근거하여 비교한다. 셋째는 ADAMS-MATLAB co-simulation을 이용하여 반복적인 로봇 시뮬레이션을 통해 스웨이의 최적 보폭을 계산한다. 위의 과정을 통해 로봇의 보행 개선점을 기존의 이론과 비교하여 나타내었다. 첫 번째로 정 보행시 몸체와 타원형태의 다리 끝의 움직임에 Minimum-Jerk trajectory를 사용하여 다리 궤적이 급격하게 변하는 지점의 평균 기울기를 최소 1.2에서 최대 2.9까지 감소시켜 지면에 다리 끝점이 도달할 때 충격을 최소화하여 안정성을 증가 하였다. 두 번째로 기존 LSM(Longitudinal Stability Margin)기법과 본 논문에서 제시한 사인파형 Sway를 사용하여 비교한 결과 평균 Jerk를 Z축에서 0.019, X축에서 0.457, Y축에서 0.02, 3D는 0.479만큼 감소 시켰다. 특히 X축 Jerk는 크게 감소 하였다. 셋째로 로봇이 최소 Jerk 값으로 보행하기 위한 최적의 보폭의 길이를 상기 분석을 통해 도출하였으며 그 결과 20cm보폭 길이가 가장 안정적이었다.