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인간형 로봇의 보행 제어 방법

  • 기술번호 : KST2015121675
  • 담당센터 : 서울동부기술혁신센터
  • 전화번호 : 02-2155-3662
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 두 발로 걸을 수 있는 인간형의 이족 보행 로봇의 보행을 제어하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 상기 로봇의 바닥 지면에 대한 영 모멘트 위치를 설계하는 단계(a); 상기 영 모멘트 위치로부터 상기 로봇의 무게 중심 위치의 궤적을 구하는 단계(b); 상기 무게 중심 위치의 궤적에 따라 상기 로봇이 보행할 수 있게 하는 양쪽 다리의 구동모터들의 각속도를 구하는 단계(c); 및 상기 구한 구동모터들의 각속도에 각 구동모터들을 구동하여 로봇의 보행을 제어하는 단계(d)를 포함한다. 본 발명에 따른 로봇 보행 제어 방법은 외란에 대한 안정성을 갖는다.
Int. CL G05D 1/02 (2006.01) B25J 5/00 (2006.01)
CPC
출원번호/일자 1020050098713 (2005.10.19)
출원인 한국과학기술연구원
등록번호/일자 10-0709556-0000 (2007.04.13)
공개번호/일자
공고번호/일자 (20070420) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2005.10.19)
심사청구항수 10

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술연구원 대한민국 서울특별시 성북구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 최영진 대한민국 서울 광진구
2 김도익 대한민국 서울 마포구
3 오용환 대한민국 서울 성동구
4 김창환 대한민국 서울 성북구
5 유범재 대한민국 서울 서초구
6 조정산 대한민국 서울 노원구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 김영철 대한민국 서울특별시 종로구 종로*길 **, **층 케이씨엘특허법률사무소 (수송동, 석탄회관빌딩)
2 김 순 영 대한민국 서울특별시 종로구 종로*길 **, **층 케이씨엘특허법률사무소 (수송동, 석탄회관빌딩)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술연구원 대한민국 서울특별시 성북구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 특허출원서
Patent Application		 2005.10.19 수리 (Accepted) 1-1-2005-0591672-21
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2006.06.14 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2006.07.12 수리 (Accepted) 9-1-2006-0048062-97
4 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2006.08.30 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2006-0509396-59
5 지정기간연장신청서
Request for Extension of Designated Period		 2006.10.30 수리 (Accepted) 1-1-2006-0786959-82
6 지정기간연장신청서
Request for Extension of Designated Period		 2006.11.30 수리 (Accepted) 1-1-2006-0890095-12
7 의견서
Written Opinion		 2007.01.02 수리 (Accepted) 1-1-2007-0003140-43
8 명세서등보정서
Amendment to Description, etc.		 2007.01.02 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2007-0003138-51
9 등록결정서
Decision to grant		 2007.04.10 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2007-0192050-66
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2009.12.15 수리 (Accepted) 4-1-2009-5247056-16
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.02.19 수리 (Accepted) 4-1-2014-5022002-69
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
이족 보행 로봇의 보행을 제어하는 방법으로서,상기 로봇의 바닥 지면에 대한 영 모멘트 위치(ZMP, zero momentum position)를 설계하는 단계(a);상기 영 모멘트 위치로부터 상기 로봇의 무게 중심 위치(COG, center of gravity)의 궤적을 구하는 단계(b);상기 무게 중심 위치의 궤적에 따라 상기 로봇이 보행할 수 있게 하는 양쪽 다리의 구동모터들의 각속도를 구하는 단계(c); 및상기 구한 구동모터들의 각속도로 각 구동모터들을 구동하여 로봇의 보행을 제어하는 단계(d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법
2 2
제 1 항에 있어서, 상기 단계(a)에서 상기 로봇의 보행 진행 방향(x축 방향)에 대한 영 모멘트 위치 px(t)는 하기 수학식 5와 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 5]상기식에서,T는 보행의 1주기이고,td는 상기 1주기 내에서 양발지지 시기에서 한발지지 시기로 변화하는 동안의 시간이며,B는 보폭의 절반이고,Kx는 상기 td 시간 동안의 상기 영 모멘트 지점의 변위로서 하기 수학식 10과 같이 정의되며,[수학식 10]cx(t)는 x축 방향에 대한 무게 중심 위치이고,ωn은 하기 수학식 4와 같이 정의되는 상수이다(상기 수학식 4에서, g는 중력가속도 상수이고, cz는 상기 로봇의 무게 중심 위치가 포함되어 있는 구속 평면의 높이 상수이다):[수학식 4]
3 3
제 2 항에 있어서, 상기 단계(b)에서 상기 x축 방향에 대한 무게 중심 위치 cx(t)는,양발지지 시기때에는 상기 영 모멘트 위치 px(t)와 동일하고,한발지지 시기때에는 하기 수학식 7과 같은 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 7]상기식에서, 계수 Cx1 및 Cx2는 하기 수학식 9과 같다:[수학식 9]
4 4
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(a)에서 상기 로봇의 보행 진행 방향(x축 방향)의 좌우 방향(y축 방향)에 대한 영 모멘트 위치 py(t)는 하기 수학식 11과 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 11]상기식에서,T는 보행의 1주기이고,td는 상기 1주기 내에서 양발지지 시기에서 한발지지 시기로 변화하는 동안의 시간이며,A는 양 발목의 중심 사이의 거리이고,Ky는 상기 td 시간 동안의 상기 영 모멘트 지점의 변위로서 하기 수학식 16과 같이 정의되며,[수학식 16]cy(t)는 y축 방향에 대한 무게 중심 위치이고,ωn은 하기 수학식 4와 같이 정의되는 상수이다(상기 수학식 4에서, g는 중력가속도 상수이고, cz는 상기 로봇의 무게 중심 위치가 포함되어 있는 구속 평면의 높이 상수이다):[수학식 4]
5 5
제 4 항에 있어서, 상기 단계(b)에서 상기 y축 방향에 대한 무게 중심 위치 cy(t)는,양발지지 시기때에는 상기 영 모멘트 위치 py(t)와 동일하고,한발지지 시기때에는 하기 수학식 13과 같은 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 13]상기식에서, 계수 Cy1 및 Cy2는 하기 수학식 15과 같다:[수학식 15]
6 6
제 5 항에 있어서, 상기 단계(c)에서 기본 지(base limb)의 구동모터의 각속도는, 상기 기본 지를 제외한 다른 모든 지에 대한 하기 수학식 25의 운동 방정식을 풀어내어 구하는 것임을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 25]상기식에서,c는 절대 좌표계에서 표현된 무게 중심의 위치벡터이고,은 절대 좌표계에서 표현된 무게 중심의 속도벡터이며,r1은 기본 지의 끝단 위치벡터이고,은 기본 지의 끝단 속도벡터이며,rc1=c-r1으로서 기본 지의 끝단에서 무게 중심에 이르는 위치벡터이고,는 절대 좌표계를 기준으로 기술된 i번째 지의 끝단 속도이며,는 절대 좌표계를 기준으로 기술된 기본 지의 끝단 속도이고,ω1은 기본 지의 각속도이며,은 기본 지에 장착된 구동모터의 각속도이고,Ji는 절대 좌표계에서 표현된 i번째 지의 자코비안 행렬이며,J1은 절대 좌표계에서 표현된 기본 지의 자코비안 행렬이고,R0는 절대 좌표계에서 기술된 로봇 몸체 좌표계의 (3×3) 방향 행렬을 의미하며,임의의 기호 앞에 붙은 위첨자 °는 해당 기호가 로봇 몸체 중심에 고정된 좌표계를 기준으로 표현되었음을 의미하고,oJv1은 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 기본 지 자코비안의 선속도이며,oJω1은 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 기본 지 자코비안의 각속도이고,oJc1은 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 기본 지의 무게중심 자코비안 행렬이며,oJci는 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 i번째 지의 무게중심 자코비안 행렬이고,n은 로봇 몸체에 붙어 있는 전체 지의 개수를 나타내며,상대 변환 행렬 Xi1은 하기 수학식 23a와 같이 정의되고,[수학식 23]여기에서,I3 및 O3는 각각 (3×3) 항등 행렬과 영 행렬을 의미하고,ori는 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 i번째 지의 끝단 위치벡터이며,or1은 로봇 몸체 좌표계에서 표현된 기본 지의 끝단 위치벡터이고,[(·)×]은 행렬 곱(cross product)을 표현하기 위한 반대칭(skew- symmetric) 행렬을 의미한다
7 7
제 6 항에 있어서, 상기 기본 지(limb)로는, 한발지지 시기에는 양쪽다리 중 지지다리가 선택되고, 양발지지 시기에는 양쪽 다리 중 어느 하나의 다리가 임의로 선택되는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법
8 8
제 6 항에 있어서, 단계(c)에서 다른 지의 구동모터의 각속도는, 상기 구한 기본 지의 구동모터의 각속도를 이용하여 하기 수학식 22에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법
9 9
제 6 항에 있어서, 상기 수학식 25의 무게 중심 속도 벡터 으로서, 영 모멘트 위치 오차 및 무게 중심 오차를 반영한 하기 수학식 31의 ui를 사용하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 31]상기식에서,는 COG의 속도 벡터의 목표 값이고,kp,i 및 kc,i는 각각 비례 제어 이득이며,ep,i 및 ec,i는 각각 하기 수학식 30과 같이 정의되는 영 모멘트 위치 오차 및 무게 중심 오차이다:[수학식 30]여기에서,pi 및 ci는 각각 실제 로봇에서 측정되는 ZMP 및 COG의 위치들을 의미하고,pid 및 cid는 각각 ZMP 및 COG의 위치들의 목표 값을 의미한다
10 10
제 9 항에 있어서, 상기 제어 이득 kp,i 및 kc,i 는 각각 하기 수학식 32의 설계 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 로봇 보행 제어 방법:[수학식 32]상기식에서,ωn은 상기 수학식 4에서 정의된 바와 같고,ZMP 제어기 비례이득 설계 조건 변수인 β 및 γ는 하기 수학식 33의 설계 조건을 만족한다:[수학식 33]여기에서, 상기 ωn은 상기 수학식 4에서 정의된 바와 같다
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1 JP04994385 JP 일본 FAMILY
2 JP21512563 JP 일본 FAMILY
3 US08738178 US 미국 FAMILY
4 US20080281469 US 미국 FAMILY
5 WO2007046568 WO 세계지적재산권기구(WIPO) FAMILY

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1 JP2009512563 JP 일본 DOCDBFAMILY
2 JP2009512563 JP 일본 DOCDBFAMILY
3 JP2009512563 JP 일본 DOCDBFAMILY
4 JP4994385 JP 일본 DOCDBFAMILY
5 US2008281469 US 미국 DOCDBFAMILY
6 US8738178 US 미국 DOCDBFAMILY
7 WO2007046568 WO 세계지적재산권기구(WIPO) DOCDBFAMILY
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