• 대한기계학회논문집A
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• 제24권4호
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• pp.1007-1015
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• 2000

This paper proposes an adaptive trajectory generation strategy of using on-line ZMP information and an impedance control method for biped robots. Since robots experience various disturbances during their locomotion, their walking mechanism should have the robustness against those disturbances, which requires an on-line adaptation capability. In this context, an on-line trajectory planner is proposed to compensate the required moment for recovering stability. The ZMP equation and sensed ZMP information are used in this trajectory generation strategy. In order to control a biped robot to be able to walk stably, its controller should guarantee stable footing at the moment of feet contacts with the ground as well as maintaining good trajectory tracking performance. Otherwise, the stability of robot will be significantly compromised. To reduce the magnitude of an impact and guarantee a stable footing when a foot contacts with the ground, this paper. proposes to increase the damping of the leg drastically and to modify the reference trajectory of the leg. In the proposed control scheme, the constrained leg is controlled by impedance control using the impedance model with respect to the base link. Computer simulations performed with a 3-dof environment model that consists of combination of a nonlinear and linear compliant contact model show that the proposed controller performs well and that it has robustness against unknown uneven surface. Moreover, the biped robot with the proposed trajectory generator can walk even when it is pushed with a certain amount of external force.

• 감성과학
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• 제13권3호
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• pp.441-448
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• 2010

보행보조로봇은 고령화 사회에 노인 복지 및 중증 신경계 손상을 입은 환자에게 이동을 도울 수 있는 반드시 필요한 장비이다. 특히, 하지 마비 환자를 위한 보행보조로봇의 편리성을 위해서는 환자의 보행 의도를 내현적으로 파악함으로써 환자 의지에 따라 로봇을 통제할 수 있어야 한다. 본 논문은 보행 의도 감지 모델을 개발하기 위한 선행 연구로, 먼저 저항 센서와 기울기 센서의 융합을 통하여 3족 보행 모델을 기반으로 사용자의 보행 의도를 분석하였다. 저항 센서는 사용자의 양쪽 손바닥과 발바닥에 각각 부착되어, 부착된 위치의 압력을 센싱하였다. 양쪽 손바닥의 신호는 보행 의도를 파악하기 위해, 발바닥의 신호는 보행 단계를 확인하기 위하여 사용되었다. 기울기 센서는 몸의 움직임 상태를 측정하기 위한 센서로서, 사용자의 등 부분, 요추에 부착되어 상체의 움직임(roll, pitch)을 센싱하였다. 연구 결과, 사용자가 지팡이를 바닥에 짚을 때 양 손바닥에서 측정되는 2개의 저항 신호만으로 기본적인 보행 의도를 파악할 수 있었으나, 기울기 센서 정보를 함께 이용함으로써 오른발 뻗기, 왼발 뻗기 등의 움직임을 시작하려는 상태 등에 대한 보행 의도를 보다 구체적으로 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구를 통하여 저항센서와 기울기 센서의 융합에 기반한 사용자의 보행 의도를 감지할 수 있었다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제17권10호
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• pp.1029-1036
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• 2011

An energy-efficient reference walking trajectory generation algorithm is suggested utilizing allowable ZMP (Zero-Moment-Point) region, which maxmizes the energy efficiency for cyclic gaits, based on three-dimensional LIPM (Linear Inverted Pendulum Model) for biped robots. As observed in natural human walking, variable ZMP manipulation is suggested, in which ZMP moves within the allowable region to reduce the joint stress (i.e., rapid acceleration and deceleration of body), and hence to reduce the consumed energy. In addition, opimization of footstep planning is conducted to decide the optimal step-length and body height for a given forward mean velocity to minimize a suitable energy performance - amount of energy required to carry a unit weight a unit distance. In this planning, in order to ensure physically realizable walking trajectory, we also considered geometrical constraints, ZMP stability condition, friction constraint, and yawing moment constraint. Simulations are performed with a 12-DOF 3D biped robot model to verify the effectiveness of the proposed method.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제12권4호
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• pp.320-327
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• 2006

This paper introduces a new entertainment robot called ELIRO-II(Eating Lizard RObot version 2)which is a bio-mimetic quadruped walking robot with autonomous eating function. We focus on the realization of the behavior of an animal, i.e., wandering around to find food and eating food. The ELIRO-II is modeled after a lizard, which has four legs, 2-DOF waist-joint, an eye part, a mouth part and a stomach part. The effectiveness of the developed robot is shown through real experiments.

• 로봇학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.86-91
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• 2018

This paper presents about design efforts of a human-sized quadruped robot leg for high energy efficiency, and verifications. One of the representative index of the energy efficiency is the Cost of Transport (COT), but increased in the energy or work done is not calculated in COT. In this reason, the input to the output energy efficiency should be also considered as a very important term. By designing the robot with customized motor housing, small rotational inertia, and low gear ratio to reduce friction, high energy efficiency was achieved. Squatting motion of one leg was performed and simulation results were compared to the experimental results for validation. The developed 50 kg robot can lift the weight up to 200 kg, and during squatting, it showed high energy efficiency. The robot showed 71% input to output energy efficiency in positive work. Peak current during squatting only appears to be 0.3 A.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.170-177
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• 2019

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 다리궤적이 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 0.479 만큼 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.

• 로봇학회논문지
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• 제4권1호
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• pp.17-24
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• 2009

This work deals with an intuitive method for a planar biped to walk, which is named Relative Trajectory Control (RTC) method. A key feature of the proposed RTC method is that feet of the robot are controlled to track a given trajectory, which is specially designed relative to the base body of the robot. The trajectory of feet is presumed from analysis of the walking motion of a human being. A simple method to maintain a stable posture while the robot is walking is also introduced in RTC method. In this work, the biped is modeled as a free-floating robot, of which dynamic model is obtained in the Cartesian space. Using the obtained dynamic model, the robot is controlled by a model-based feedback control scheme. The author shows a preliminary experimental result to verify that the biped robot with RTC method can walk on the even or uneven surfaces.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제9권12호
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• pp.1026-1032
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• 2003

A biped walking robot which is developed as a platform for researching walking algorithm is briefly introduced. The developed walking robot has 6 degrees of freedom per one leg. The origins of the last three axis do not intersect at a point, so the kinematic analysis is cubmersome with the conventional method. In the former version of the robot, Jacobian-based inverse kinematics method is used. However, the Jacobian-based inverse kinematics method has drawbacks for the application in which knee is fully extended such as stair-case walking. The reason far that is the Jacobian becomes ill-conditioned near the singular points and the method is not able to give adequate solutions. So, a method for giving a closed-form inverse kinematics solution is proposed. The proposed method is based on careful consideration of the kinematic structure of the biped walking robot.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권10호
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• pp.1014-1022
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• 2009

A biped robot in locomotion can be regarded to be kinetically redundant in that the link-chain from its foot on the ground to its swing foot has more degrees of freedom that needed to realize stable bipedal locomotion. This paper proposes a new method to generate a trajectory for bipedal locomotion based on this redundancy, which directly generates a locomotion trajectory at the joint level unlike some other methods such as LIPM (linear inverted-pendulum mode) and GCIPM (gravity-compensated inverted-pendulum mode), each of which generates a trajectory of the center of gravity or the hip link under the assumption of the dominance of the hip-link inertia before generating the trajectory of the whole links at the joint level. For the stability of the trajectory generated in the proposed method, a stability condition based on the ZMP (zero-moment point) is used as a constraint as well as other kinetic constraints for bipedal motions. A 6-DOF biped robot is used to show how a stable locomotion trajectory can be generated in the sagittal plane by the proposed method and to demonstrate the feasibility of the proposed method.

• 한국융합학회논문지
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• 제11권5호
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• pp.175-182
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• 2020

계단 보행 시 로봇의 최적 궤도 계산은 유전자 알고리즘과 계산 토크 컨트롤러를 사용하여 수행되었다. 첫째, 생식, 교배, 돌연변이로 이루어진 실시간 유전 알고리즘 (RCGA)을 사용하여 총 에너지 효율이 최소화되었다. 보폭의 시작과 끝, 그리고 조인트, 각도, 각속도 위치 어셈블리 관련 재현성 조건은 선형 제약이다. 다음은 고르지 못한 제약은 코너 스윙 다리와 계단의 외부와의 충돌을 막기 위한 조건, 운동 학적 특이성을 막기 위한 무릎 관절의 조건 및 진행 방향의 안전은 보장되지 않음 이란 조건을 따른다. 마지막으로, 각 관절의 각도 궤도는 염색체를 근사 계수를 가지는 4차 다항식에 의해 정의된다. 이것은 보통 도보를 의미한다. 이 연구에서는 최적의 궤도의 에너지 효율을 7개의 링크로 구성된 7자유도의 2족 로봇을 통한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석했다.