동적 균형을 위한 동작 변환

Motion Adjustment for Dynamic Balance

본 논문은 동적인 균형을 위한 새로운 동작변환 기법을 제시한다. 이는 불균형한 동작을 원래의 동작 특성을 최대한 보존하면서 균형잡힌 동작으로 고쳐주는 새로운 동작 편집 기법으로서, 정적 균형만을 다루었던 기존의 연구와는 달리, 동적인 동작의 균형잡기 문제를 해결한다. 이 알고리즘은 두발 로봇의 균형제어에 널리 쓰이는 개념인 zero moment point (ZMP)의 자취를 구한 후, 이를 분석하는 방법을 통해서 실현되며 구체적으로는 다음과 같은 네단계로 이루어진다. 먼저, 동작 데이타를 스플라인커브로 피팅한다. 그 다음 이 데이타를 사용하여 ZMP 자취를 계산하여, 동작중에 불균형이 되는 부분을 찾는다. 여기서, 불균형은 ZMP 자취가 지지영역 밖으로 벗어나는 구간으로 정의된다. 다음으로 벗어난 ZMP 자취를 지지영역 안으로 투영시켜 새로운 ZMP 자취를 구한다. 마지막으로 구해진 새로운 ZMP 자취에 부합하도록 원래의 동작을 수정한다. 이 과정은 원래의 동작을 최대한 보존할 수 있도록 constrained optimization problem으로 수식화된다. 우리는 실험을 통해 이 알고리즘이 kinematic한 방법으로 편집된 동작에 역학적 사실성을 보장하는 유용한 방법임을 입증한다.

This paper presents a new algorithm about motion adjustment for dynamic balance. It adjusts an unbalanced motion to an balanced motion while preserving the nuance of original motion. We solve dynamic balancing problem using the zero moment point (ZMP) which is often used for controlling the balance of biped robot. Our algorithm is consists of four steps. First, it fits joint angle data to spline curves for reducing noise. Second, the algorithm analyzes the ZMP trajectory so that it can detects the dynamically-unbalanced duration. Third, the algorithm project the ZMP trajectory into the supporting area if the trajectory deviates from the area. Finally, the algorithm produces the balanced motion that satisfies the new ZMP trajectory. In this step, the constrained optimization method is used so that the new motion keeps the original motion characteristics as much as possible. We make several experiments in order to prove that our algorithm is useful to add physical realism to a kinematically edited motion.