Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems (한국지능시스템학회논문지)

Korean Institute of Intelligent Systems (한국지능시스템학회)
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Network Realization for a Distributed Control of a Humanoid Robot

휴머노이드 로봇의 분산 제어를 위한 네트윅 구현

  • 이보희 (세명대학교 전기공학과) ;
  • 공정식 (인하대학교 자동화공학과) ;
  • 김진걸 (인하대학교 전자전기공학부)
  • Published : 2006.08.01
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Abstract

This paper deals with implementation of network for distributed control system of a humanoid robot ISHURO(Inha Semyung Humanoid Robot). A humanoid robot needs much degree of freedom structurally and much data for having flexible movement. To realize such a humanoid robot, distributed control method is preferred to the centralized one since it gives a compactness, modularity and flexibility for the controllers. For organizing distributed control system of a humanoid robot, a control processor on a board is needed to individually control the joint motor and communication technology between the processors is required to transmit its information within control time. The processor is DSP-based processor and includes CAN network on a chip. It shares the computational load such as monitoring the sensor information and controlling the actuator between each of modules. In this paper, the communication architecture is suggested and its message protocol are discussed including message structure, time consumption for transmission, and controller structure at the view of distributed control for a humanoid robot. All of the sequence are simulated with Matlab and then verified with real walking experiment by ISHURO.

본 논문은 휴머노이드 로봇 ISHURO의 분산 제어를 위한 네트웍 구현에 대해 다루고 있다. 일반적으로 휴머노이드형 로봇은 기구학적으로 유연한 동작을 위해 다수의 자유도가 필요하다. 이를 구현하기 위해서는 중앙에서 일괄적으로 처리 하는 것 보다 간결 하면서도 유연성을 줄 수 있는 분산 처리 방법이 선호되고 있다. 분산 처리를 위한 제어기를 구성할 때는 로봇의 모터를 독립적으로 제어하기 위한 제어기가 별도로 필요하며 모듈 간에는 정해진 시간 내에 데이터를 교환할 수 있는 통신 기법이 필요하다. ISHURO의 각 관절은 자체 내에 독립된 DSP를 내장하고 있으며 CAN 네트웍을 이용하여 모듈간의 통신을 하여 구동기를 재어하거나 센서의 값을 모니터링 할 수 있게 되어 있다. 본 논문에서는 이를 위한 통신 구조를 제안하고 필요한 전송 메시지를 정의하고, 전송시간을 분석하여 로봇 분산 제어기 구조에 적절한 전송 프로토콜을 제시하였다. 모든 과정은 Matlab을 이용하여 컴퓨터모의실험을 수행하였고 실제 휴머노이드 로봇에 적용하여 보행실험을 통해 검증 하였다.

Keywords

References

  1. N. Kanehira, T.U. Kawasaki, S. Ohta, T Ismumi, T. Kawada, F. Kanehiro, S. Kajita, K. Kaneko, 'Design and experiments of advanced leg module (HRP-2L) for humanoid robot (HRP-2) development,' IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System, vol.3, pp.2455-2460, Sept.30-Oct.5, 2002 https://doi.org/10.1109/IRDS.2002.1041636
  2. T. Ishida, Y. Kuroki, 'Motion and real-world sensing system of a small biped entertainment robot,' Intelligent Control and Automation, WCICA 2004, vol.6, pp. 4834 - 4839, 2004
  3. T. Fukaushima, Y. Kuroki, T. Ishida, 'Development of a new actuator for a small biped walking entertainment robot,' Power Electronics, Machines and Drives, PEMD 2004, vol.1, pp. 126-131, 2004
  4. 조영조, 오상록, '지능형 서비스 로봇과 URC (Ubiquitous Robotic Companion),' 한국통신학회지, vol.21, pp.13-21, Oct. 2004
  5. Y. Kuroki, B. Blank, T. Mikami, P. Mayeux, A. Miyamoto, 'Motion creating system for a small biped entertainment robot,' Proceedings of 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol.2, pp.1394-1399, Oct.27-31, 2003
  6. Y. Sakagami, R. Watanabe, C. Aoyama, S. Matsunaga, N. Higaki, K. Fujimura, 'The intelligent ASIMO: system overview and integration,' IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, vol.3, pp.2478-2483, Sept.30-Oct.5, 2002 https://doi.org/10.1109/IRDS.2002.1041641
  7. M. Santos, M. Stemmer, F. Vasques, 'Schedulability analysis of messages in a CAN network applied to an unmanned airship,' IEEE 2002 28th Annual Conference of the IECON 02, vol.3, pp.1909-1914, Nov.5-8, 2002 https://doi.org/10.1109/IECON.2002.1185263
  8. J.A Fonseca, L.M. Almeida, 'Using a planning scheduler in the CAN network,' Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, vol.2, pp.815-821, Oct.18-21, 1999
  9. 박진우 외 4인, 'CAN을 이용한 분산제어 구조를 가지는 이동 로봇 구현,' 1999년도 대한전자공학회 한국통신학회 부산경남지부 합동 학술논문발표회 논문집, 251-255, 1999
  10. 최영진, 류제훈, 오용환, 유범재, 오상록, '소형휴머노이드 '베이비봇' 개발,' ICASE Magazine, Vol. 10, No.4, pp. 29-34, July, 2004
  11. Jung-Yup Kim, Ill-Woo Park, Jungho Lee, Min-Su Kim, Baek-kyu Cho, and Jun-Ho Oh, 'System Design and Dynamic Walking of Humanoid Robot KHR-2,' 2005 IEEE Int. Conference on Robotics and Automation, Spain, pp. April, 1443-1448, 2005
  12. Ni Xiaodong, Zhang Yanjun, 'Determining message delivery delay of controller area networks,' Proceedings. 2002 IEEE Region 10 Conference on Computers, Communications, Control and Power Engineering, vol.2, pp. 767-771, Oct.28-31, 2002
  13. L. Sha, R. Rajkumar, J.P. Lehoczky, 'Priority inheritance protocols: an approach to real-time synchronization,' IEEE Transactions on Computers, vol.39, pp. 1175 - 1185, Sept. 1990 https://doi.org/10.1109/12.57058
  14. S. Misbahuddin, N. AI-Holou, 'Efficient data communication techniques for controller area network (CAN) protocol,' Computer Systems and Applications, 2003. Book of Abstracts. ACS/IEEE International Conference on, pp.22, 14-18 July 2003
  15. 이경창, 김정희, 이홍희, '스마트 홈을 위한 CAN기반 화재 감시 시스템의 구현,' 제어.자동화.시스템공학 논문지, 제10권 제8호, Aug. 2004
  16. K.W. Tindell, H. Hansson, A.J. Wellings, 'Analysing real-time communications: controller area network (CAN),' Proceedings of Real-Time Systems Symposium, pp.259-263, Dec.7-9, 1994 https://doi.org/10.1109/REAL.1994.342710
  17. A. Cervin, D. Henriksson, B. Lincoln, J. Eker, K.E. Arzen, 'How does control timing affect performance? Analysis and simulation of timing using Jitterbug and TrueTime,' Control Systems Magazine, IEEE, pp. 16-30, vol.23, Issue:3, June 2003 https://doi.org/10.1109/MCS.2003.1200240