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MARC
논문명/저자명
이족 보행 로봇의 안정성 판정에 관한 수치 해석적 고찰 / 유승환 인기도
발행사항
광주 : 전남대학교 대학원, 2006.8
청구기호
TD 629.892 ㅇ425ㅇ
형태사항
ix, 119 p. ; 30 cm
자료실
전자자료
제어번호
KDMT1200682334
주기사항
학위논문(박사) -- 전남대학교 대학원, 기계공학, 2006.8
원문

목차보기더보기

표제지

목차

(국문초록) 10

1. 서론 12

가. 연구배경 및 동향 12

나. 이족 보행 로봇 선행연구 14

다. 이족 로봇의 걸음새 생성과 보행 17

1) 보행 궤적 합성 17

2) 안정성 보상기법 18

3) 발목 관절의 토크 측정 19

라. 연구목적 및 범위 22

2. 인간 걸음새의 평가 26

가. 걸음새 정의 27

1) 걸음새 주기 27

2) 지지 상태 27

3) 스윙 상태 29

4) 두발지지 상태 30

5) 한발지지 상태 30

나. 걸음새의 일반적 요소 31

1) 스텝 길이 31

2) 스트라이드 길이 32

3) 횡방향 골반운동 32

4) 수직 방향 골반운동 32

5) 골반 회전운동 32

3. 로봇 보행 34

가. 이족 로봇 보행 34

나. 로봇 좌표계 설정 36

다. 로봇의 기구학적 해석 38

1) 역기구학 38

2) 보행 궤적 계획 42

라. 로봇 동역학 48

마. 이족 로봇의 동역학 해석 52

4. 안정성 정의 및 보행 안정성 확보 54

가. 로봇 보행 안정성 54

1) COG 정의 55

2) COP 정의 57

3) ZMP 정의 59

나. 안정여유의 계산 62

다. COP와 ZMP의 일치성 64

5. 보행 해석 모델 70

가. 이족 로봇 구성 72

나. 지면 반력 73

다. 로봇 보행 가정 79

라. 이족 로봇 보행 해석 구성 81

6. 이족 보행 로봇의 걸음새 고찰 82

가. 발바닥 강성 선정 82

나. 보폭이 다른 걸음새의 선정 95

다. 보폭의 변화에 따른 로봇 보행의 해석 102

라. ZMP 안정성 민감도 해석 112

7. 결론 119

참고문헌 122

(Abstract) 127

감사의 글 129

헌정의 글 130

Table 2.1. Periods and functions of gait cycle 28

Table 5.1. Robot characteristics of prior studies 70

Table 5.2. Characteristic data for simulations 71

Table 5.3. Friction values used in material interaction 78

Table 6.1. Gait parameters for sole stiffness decision 82

Table 6.2. Results of sole stiffness decision according to objective's behaviors 84

Table 6.3. Objective behaviors according to gait pattern variables 96

Table 6.4. Sensitivity of ZMP stability according to gait parameters 115

Fig. 1.1. Classification of walk 13

Fig. 1.2. Tipping moment and restoring moments 14

Fig. 1.3. Biped robot of HONDA 16

Fig. 1.4. P3 (left), ASIMO (center) and KHR-3 (right) 17

Fig. 1.5. 6-Axis force-torque Sensor 19

Fig. 1.6. Biped robot and humanoid robot in prior studies 20

Fig. 1.7. Strategies of artificial legged-mobile robot 21

Fig. 2.1. Motion capture process 26

Fig. 2.2. Gait cycle, stride length and step length 28

Fig. 2.3. Stance phase of gait 29

Fig. 2.4. Swing phase of gait 30

Fig. 2.5. Time dimensions of walking cycle 31

Fig. 2.6. Pelvic shift 33

Fig. 2.7. Pelvic rotation 33

Fig. 3.1. Walking phase of biped 34

Fig. 3.2. Variations of gait pattern 35

Fig. 3.3. Coordinates of biped 36

Fig. 3.4. Schematic geometry of leg 39

Fig. 3.5. Geometric scheme for ankle joint angle calculation 41

Fig. 3.6. Trajectory planning for phase planning in DSP and SSP 42

Fig. 3.7. Trajectory planning for sagital plane 43

Fig. 3.8. Trajectory planning for frontal plane 43

Fig. 3.9. Algorithm for dynamic 3D trajectory planning 47

Fig. 3.10. Relations of direct-inverse kinematics and dynamics 53

Fig. 4.1. Whole body center of mass and segmental center of masses 55

Fig. 4.2. COG coordinates and stability 56

Fig. 4.3. COP and field of pressure force on sole of foot 57

Fig. 4.4. COP and stability margin 58

Fig. 4.5. ZMP and ground reaction force 59

Fig. 4.6. Ground reaction force and reaction torque with ZMP 60

Fig. 4.7. ZMP and stability margin 61

Fig. 4.8. Stability margin calculation 62

Fig. 4.9. Coincidence of COP and ZMP 64

Fig. 4.10. Inverted pendulum with compliance sole 66

Fig. 4.11. Coincidence of COP and ZMP (coincidence or NOT) 69

Fig. 5.1. Specification of biped robot used in simulation 72

Fig. 5.2. Structure of the foot of P2 74

Fig. 5.3. Foot and ground surface contact model 75

Fig. 5.4. Foot and ground contact force location 77

Fig. 5.5. Friction coefficient and slip velocity 78

Fig. 5.6. Damping coefficient and penetration in contact 78

Fig. 5.7. Configurations for biped analysis 81

Fig. 6.1. Results of walking simulation with superimposed view in 1 cycle 82

Fig. 6.2. Contact force comparison of mechanical walk and human walk 83

Fig. 6.3. Contact stiffness and trials 85

Fig. 6.4. Contact stiffness and hip roll angle 85

Fig. 6.5. Contact stiffness and GRF 86

Fig. 6.6. Contact stiffness and GRF (Fig.6.5. magnified) 86

Fig. 6.7. Contact stiffness and ZMPx 86

Fig. 6.8. Contact stiffness and ZMPy 87

Fig. 6.9. Contact stiffness and CoPx 87

Fig. 6.10. Contact stiffness and CoPy 87

Fig. 6.11. Investigation of COG-COP-ZMP trajectory in 1 cycle walking (Trial 1) 89

Fig. 6.12. Trajectory of COG-COP-ZMP according to sole stiffness (Trial 1) 90

Fig. 6.13. Trajectory of COG-COP-ZMP according to sole stiffness (Trial 5) 91

Fig. 6.14. Trajectory of COG-COP-ZMP according to sole stiffness (Trial 9) 92

Fig. 6.15. Comparison of hip roll angle 93

Fig. 6.16. Comparison of hip roll rate 93

Fig. 6.17. Comparison of ground reaction force (Trial 1, 5, 9) 93

Fig. 6.18. Results of sole stiffness decision (Trial 1, 5, 9) 94

Fig. 6.19. Hip height and step length 95

Fig. 6.20. Objective behaviors and trials according to variables 98

Fig. 6.21. Trajectory of COG-COP-ZMP according to step length (Trial 21) 103

Fig. 6.22. Trajectory of COG-COP-ZMP according to step length (Trial 22) 104

Fig. 6.23. Trajectory of COG-COP-ZMP according to step length (Trial 23) 105

Fig. 6.24. Comparison of hip velocity 106

Fig. 6.25. Comparison of hip angle 106

Fig. 6.26. Comparison of step shape 106

Fig. 6.27. Ground reaction force of both, left foot and right foot 107

Fig. 6.28. Ankle roll torque varying with step length 108

Fig. 6.29. Ankle pitch torque varying with step length 108

Fig. 6.30. Knee pitch torque varying with step length 108

Fig. 6.31. Hip roll torque varying with step length 109

Fig. 6.32. Hip pitch torque varying with step length 109

Fig. 6.33. Comparison of gait with various step length (Trial 21, 22, 23) 110

Fig. 6.34. Target ZMP and actual ZMP 112

Fig. 6.35. Support polygon center calculation 113

Fig. 6.36. Sensitivity of ZMP stability according to gait parameters 116

Fig. 6.37. Walking with deviation of ZMP according to step length 117

Fig. 6.38. Walking with deviation of ZMP according to TPS 117

Fig. 6.39. Walking with deviation of ZMP according to DSP ratio 118

Fig. 6.40. Walking with deviation of ZMP according to variables with maximum values 118

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