실시간 캡처 포인트 최적화를 통한 이족보행 로봇의 달리기 제어
Running Control of Bipedal Robot via Real-Time Capture Point Optimization
- 주제(키워드) 이족보행 로봇 , 달리기 궤적 생성 , 캡처 포인트 , 달리기 안정성 제어 , 실시간 최적화 , 토크 제어
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 홍영대
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035422
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
휴머노이드 로봇은 실제 환경에서의 적응성과 인간과의 자연스러운 상호작용을 가능하게 한다. 그러나 일반적인 보행은 속도와 기동성 측면에서 한계가 있으며, 재난 대응이나 응급 구조와 같은 상황에서는 보다 신속한 움직임이 요구된다. 달리기 동작은 더 빠르고 역동적인 움직임을 가능하게 하지만, 두 발이 동시에 지면에서 떨어지는 구간이 존재하기 때문에 안정성을 향상시키기 위한 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 달리기 안정성을 향상시키기 위해 캡처 포인트 (Capture Point, CP) 추종 제어기를 포함한 최적화 기반 제어 기법을 제안한다. 기준 CP 궤적은 입자 군집 최적화 (Particle Swarm Optimization, PSO) 알고리즘을 이용해 실시간으로 최적화되며, CP 추종 (CP Tracking, CPT) 제어기에 의해 추종된다. 이를 통해 영모멘트점 (Zero Moment Point, ZMP)을 지지 다각형 (Support polygon) 내에서 제어할 수 있어 달리기의 안정성이 향상된다. 또한 계획된 발의 접촉 힘과 토크를 말단효과기 제어기 (End-effector controller)와 통합하여 계산 토크 방법 (Computed Torque Method, CTM) 기반 토크 제어기를 통해 지면과의 직접적인 상호작용이 가능하다. 제안한 최적화 기반 제어 기법은 4 ms 제어 주기 내에서 실시간으로 수행된다. 제안한 기법은 Robotis-OP3를 사용하여 Webots 시뮬레이터를 통해 두 가지 달리기 조건의 모의실험에서 검증되었으며, 그 결과 ZMP 제어 성능과 달리기 안정성이 향상됨을 확인하였다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 논문 구성 4
제 2 장 달리기 궤적 생성 및 제어 전략 6
2.1 달리기 동작의 구간 정의 6
2.2 달리기 동작의 수직 움직임 궤적 생성 8
2.3 달리기 동작의 수평 움직임 궤적 생성 및 추종 제어 10
2.3.1 지지 구간의 무게중심 및 캡처 포인트 궤적 생성과 추종 제어 11
2.3.2 비지지 구간의 무게중심 및 캡처 포인트 궤적 생성과 추종 제어 14
2.4 End-effector constraints를 포함한 토크 제어기 설계 16
2.4.1 Foot contact force and torque 계획 18
2.4.2 End-effector controller 설계 18
제 3 장 기준 캡처 포인트 궤적의 실시간 최적화 기법 20
3.1 최적화 변수의 정의 및 제약 조건 20
3.2 목적 함수 설계 24
3.3 제안한 최적화 기법과 달리기 제어의 전체 프레임워크 28
제 4 장 시뮬레이터를 통한 모의실험 30
4.1 모의실험 설정 30
4.2 일정한 달리기 속도 조건에 대한 모의실험 32
4.3 급격한 달리기 속도 변화 조건에 대한 모의실험 38
제 5 장 결론 및 향후 연구 과제 45
참고문헌 46
Abstract 49
