Over the past 50 years, humanoid robots, which originated from the desire to make an artificial creatures look and act like human, have been studied by numerous researchers. Ichiro Kato's WABOT-1 is considered as the beginning of modern humanoid robot, which was the consolidation of the latest electronic/mechanical engineering technologies in the 1970s.
Thanks to various efforts over the next few decades, humanoids have been making clear progress in bipedal walking and manipulation. From a view of dynamic movements, now they can walk, run like humans and even rise up after fall down. In 2017, the famous robot named ‘Atlas’ (Boston Dynamics ®) unveiled doing back flip that the average person couldn't easily do. Of course, humanoids have a long way to go to have the same level of intelligence as humans. However, this kind of movement is very encouraging in that it advances the limits we currently imagine for robots.
The world's first robot ski competition, 'Edge of Robot', held in Korea, February 2018, was the next step of getting attention in their athletic abilities and potentials. The competition that forms part of the event of 2018 PyeongChang Winter Olympics, has once again pushed the limits of the humanoids to another level. At the Ski Robot Challenge (Abbr. the SRC), the robots had given the task of descending a 10-15 degree of slope, 80 meters in length. In December 2017, Mechatronics, System and Control laboratory (Abbr. MSC lab) team led by Professor Kim Soo-hyun, developed the skiing humanoid TiBo, based on the hardware technology using harmonic motor control.
In this study, the hardware configuration, software architecture of TiBo will be described. In particular, the details of the motion control algorithm for humanoid-type skiing will also be described.
The results of the research are not only bounded to skiing applications, but also have significance as a new attempt for the overall process of system development and motion control in multi-degree-of freedom robots. In addition, by showing a series of processes that overcome the difficulties that arise in developing a robot, it can provide intuitions to similar problems. It is expected that the study might
offer another perceptions and visions for our future robot society.
지난 50여년간, 인간을 닮은 다른 존재를 만들고 싶다는 욕망으로부터 시작된 휴머노이드 로봇은 수많은 연구자들에 의해 연구되어 왔다. 1970년도 당시에 가장 최신의 전자/기계 공학의 기술을 집대성하여 제작된 이치로 카토의 WABOT-1은 근현대 휴머노이드 로봇의 시초라고 불린다.
그 이후로도 전세계적으로 다양한 노력과 시도의 덕분으로, 최근 휴머노이드 로봇은 이족보행이나 매니퓰레이션 분야에서 분명한 성과를 내고있다. 특히 이들의 동역학적인 움직임에 대한 괄목할만한 결과로, 이제 그들은 인간처럼 걷고, 달리고, 넘어져도 다시 일어난다. Boston dynamics 社의 Atlas는 일반인은 쉽게 할 수 없는 백덤블링 동작을 해내는 모습을 공개해 전세계를 깜짝 놀라게 하기도 했다. 물론 인간과 같은 지능 수준의 휴머노이드 로봇까지는 가야할 길이 멀지만, 이러한 운동능력에서의 발달은 우리가 현재 상상하는 로봇의 한계를 몇 단계 발전시키는, 매우 고무적인 일이다.
이처럼 휴머노이드 로봇의 발전된 운동능력과 그에 따른 가능성이 주목받고 있는 가운데, 2018년 2월 한국에서는 세계최초로 로봇 스키대회 ‘Edge of Robot’이 개최되었다. 2018년 평창 동계올림픽을 맞아 열린 이 대회는 휴머노이드 로봇의 운동능력과 그 가능성에 대한 한계선을 다시 한번 한 단계 확장시켰다. Ski Robot Challenge(이하 SRC)에서 로봇은 길이 80m, 초중급 코스(경사도 10~15°)의 실제 슬로프를 내려오는 과제를 부여 받았다. 카이스트 김수현 교수가 이끄는 Mechatronics, System and Control(이하 MSC) 연구팀에서는 보유한 하모닉/모터 기반 하드웨어 개발 기술을 활용하여 2017년 12월 스키 타는 로봇 TiBo(이하 티보)를 개발하였다.
본 연구에서는 실제 SRC에 참가했던 휴머노이드형 스키 로봇 티보의 하드웨어 구성과 소프트웨어 구조, 특히 휴머노이드형 로봇이 스키를 타기 위한 모션 제어 알고리즘에 대하여 상세하게 기술하고자 한다.
본 연구에서의 연구결과는 스키를 탄다는 어플리케이션에만 국한되지 않고, 다자유도 로봇분야에서 시스템을 설계/제작하고 움직임을 제어하는 전반적인 개발 과정에 대한 새로운 시도로써 의미가 있다. 또한, 로봇을 개발하면서 발생하는 여러 어려움들에 대해 이를 하나씩 극복해나가는 일련의 과정을 보여줌으로써 다른 연구자들에게도 비슷한 문제에 대한 해결책을 제시할 수 있다. 본 연구가 앞으로 다가올 미래 로봇 사회에 대한 또 하나의 인식과 시야를 제공하기를 기대한다.