외란 관측기를 이용한 휴머노이드 무게 중심 유연 동작 제어

Abstract

로봇의 작업 환경이 인간의 일상과 점점 가까워짐에 따라, 인간의 안전을 보장할 수 있는 유연 동작 제어 방식들이 연구되어 왔다 특히 휴머노이드 로봇에 있어서는, 인간의 안전을 보장하기 위해 유연 동작을 생성함에 더해 유연 동작 과정에서 로봇 또한 안정적으로 균형을 유지할 수 있어야 한다. 추가로 휴머노이드 로봇이 수행 중인 작업 혹은 환경에 적합할 수 있도록 독립적으로 유연 동작을 생성하고 직관적으로 이를 제한할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 협동 작업을 위한 휴머노이드 로봇의 무게 중심 유연 동작 제어 알고리 즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 상태 관측기와 외란 양성 피드백에 기반한다. 휴머노이드 로봇의 무게 중심 제어 성능 모델에 기반하여 상태 관측기를 설계하였고 이를 통해 무게 중심에 발생한 외란을 관측한다. 관측된 외란은 참조 무게 중심 경로에 양성 피드백되어 휴머노이드 로봇의 유연 동작을 생성한다. 이를 통해 무게 중심 좌표계에서 축 별로 독립적인 유연성을 구현하고 구현된 유연성을 통해 외란에 대응하여 로봇이 균형을 유지할 수 있다. 제안하는 알고 리즘의 성능을 휴머노이드 로봇 DYROS-JET 를 활용한 동역학 시뮬레이션과 실제 로봇 실험을 통해 검증하였다.

As the task environment of robots became closer to human , compliant motion control methods that can ensure human safety have been studied. In particular, for the humanoid robot, compliant motion control must also be able to stably maintain the balance In addition, compliant motion control should be able to independently create and intuitively limit the compliance so that compliant motion control can be suitable for the task of humanoid. In this paper, a center of mass (CoM) compliance control algorithm of humanoid robots for collaborative works is proposed. The proposed algorithm is based on the state observer and positive feedback of observed disturbance. With the state observer based on humanoid CoM control performance model, disturbance in each direction can be observed. The positive feedback of disturbances to the reference CoM trajectory enables compliant motion. The main contributions of this algorithm are achieving compliance independently in each axis and maintaining balance against external force. Through dynamic simulations and real robot experiments of Humanoid robot DYROS-JET, the performance of the proposed method was demonstrated.