This paper presents the development of a hydraulic actuating bipedal robot. We describe the overall robot development process, from the development of the hydraulic key components such as hydraulic actuators and valves to robot platforms. We set the goal of the developed robot to be a fully autonomous robot so that it can walk independently without supplying external energy. In order to develop a hydraulic actuating robot, systematic integration of several hydraulic components is essential. Therefore, in this paper, all hydraulic components are self-developed to have the performance required for the robot. Through this, a robot could be configured compact and light. The direct-drive valve with a low leakage flow rate is developed and applied to increase the robot's energy efficiency. This paper also describes how to control the developed hydraulic actuator and valve. Hydraulic actuators are challenging to model due to model uncertainty and nonlinearity. Therefore, control of hydraulic actuators has been considered a challenging task. To deal with the control complexity, we propose learning-based control, a powerful method to capture a complex model. We present the process of acquiring the suitable data points for the training and the method to train the inverse model from the data obtained. In addition, the controller is applied to the hydraulic actuator to verify the force control performance.
Finally, the development of the hydraulic actuating bipedal robot platform 'LIGHT' is presented. LIGHT consists of a body and legs without arms and has a total of 13 degrees of freedom. LIGHT is characterized by its compact, lightweight, but high rigidity with height 150cm and weight 60kg. In order to minimize hydraulic hoses that are essential for hydraulic robots but harm the aesthetics, we design the robot with an internal pipe structure in which the hydraulic oil can be supplied to each joint through the internal pipe. We experimentally verified that the robot could walk independently without supplying external power by a mounting battery and an onboard hydraulic power unit.
이 논문에서는 유압 구동 이족 보행 로봇의 개발에 대해 다루었다. 구동기 및 밸브 등 유압 핵심 부품의 개발부터 로봇 플랫폼 개발까지, 로봇 개발에 대한 전반적인 내용을 다룬다. 개발한 로봇의 목표는 완전 자율형 로봇으로 외부의 에너지 공급이 없이 독립적으로 보행을 할 수 있는 것을 목표로 하였다. 유압 구동 로봇을 개발하기 위해 여러 유압 부품들은 로봇에 맞추어 시스템적인 통합이 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 모든 유압 부품들을 로봇에 필요한 성능을 가지도록 자체개발 하였다. 이를 통해 컴팩트하고 가볍게 로봇을 구성할 수 있었고, 누설유량이 적은 밸브를 개발 및 적용하여, 밸브의 누설유량을 통해 소모되는 에너지를 줄여 로봇의 에너지 효율을 높일수 있었다. 또한 개발된 유압 구동기와 밸브를 제어하는 방법에 대해서도 다루었다. 유압 구동기는 모델 불확실성과 비선형성으로 인해 모델링을 하기 어려워 유압 구동기의 제어는 도전적인 과제로 다뤄져왔다. 우리는 이 문제점을 해결하기 위해 신경망을 이용한 학습 기반 제어를 유압 구동기에 접목하는 방법을 제안하였다. 학습 기반 제어를 검증하기 위해 적합한 데이터를 얻는 과정 및 얻어진 데이터를 통해 제어기를 학습하는 방법에 대해서도 설명한다. 또한 이 제어기를 개발된 유압 구동기에 적용하여 힘 제어 성능을 검증한다.
마지막으로 유압 구동 이족 보행 로봇 플랫폼 'LIGHT' 개발에 대해 다루었다. LIGHT는 상체없이 몸통과 다리로 구성되며 총 13개의 자유도를 가진다. 개발된 로봇은 키 150cm, 몸무게60kg으로 컴팩트하고 가볍지만 높은 강성을 가지는 것이 특징이다. 유압 구동 로봇에 필수적이지만 미관을 해치는 유압 호스를 최소화하기 위해 내부관로로 각 관절에 유압이 공급하게 하였다. 로봇의 몸통에 배터리와 유압파워유닛까지 탑재하여, 외부의 에너지 공급 없이 로봇이 스스로 보행할 수 있는 것을 실험적으로 검증하였다.
