In this thesis, an analytic method for generating a unit step pattern using a center of mass (COM) constraint is presented. The walking pattern is based on the linear inverted pendulum model (LIPM). Assuming radical zero moment point (ZMP) trajectories, a simple analytic solution form of the COM trajectories is formulated. Four types of case studies are presented for analytic solution, based on different constraints on ZMP references, COM, and time differences. The unknown parameters of the COM trajectories in the solution form are formulated for the different cases. Using the unit step pattern sequence, various types of walking pattern are generated. In case study, fourth case , “ COM first and symmetrical ZMP later with time constraint”, is ultimately propose method in this thesis. The proposed method was verified by experiment of long stride walking with the DRC-HUBO robot developed at KAIST for DRC (DARPA Robotics Challenge). Experiments of long stride walking on bricks were successfully performed using the unit step pattern with several previous HUBO’s controllers. In addition, visual assist supervisory walking strategies are proposed for the DRC trial 2013. These new strategies are achieved using unit step walking pattern.
본 논문은 무게중심 (COM) 의 구속 조건을 이용하여 단위 걸음의 보행 패턴에 대한 연구이다. 보행 패턴은 선형 역진자 모델 (LIPM) 을 바탕으로 생성된다. 극단적으로 zero moment point (ZMP) 를 가정함으로서 아주 간단한 분석해 형태의 COM 궤적을 형성하며 그 궤적의 해를 구한다. 이때 ZMP 뿐만 아니라 COM 또는 시간 구속조건을 동시에 고려하여 분석해를 구한다. 이러한 분석해의 네 가지 형태의 사례연구가 수행되었다. 다른 경우의 가지 사례에 대해 서로 다른 COM의 궤적을 구하였으며 각 함수의 미정된 계수를 구한다. 사례연구 중에서 4번째 사례인 “ COM first and symmetrical ZMP later with time constraint” 이 최종적으로 본 논문에서 제안하는 방법이다. 제안된 단위 걸음의 보행패턴을 사용하면 실시간 보행패턴 변경이 용이하며 다양한 형태의 보행을 구성할 수 있다. 단위 걸음의 보행패턴을 연속적으로 배열하여 다양한 보행 패턴을 생성하고 실제 휴머노이드에 적용하여 실험함으로서 그 타당성을 확인하였다. 또한 DARPA Robotics Challenge를 위해 KAIST에서 개발된DRC-HUBO라는 보행 플랫폼을 사용하여 여러가지 보행을 성공적으로 활용되었다. 이때 몇 가지 필요한 HUBO의 제어기를 활용하여 안정성을 도모하였으며 간단한 기구학을 사용하여 구현되었다. 또한 본 논문에서 제안된 방법을 사용하여 2013 DRC trial 대회에 참가, 휴머노이드 로봇의 보행에 의미있는 성과를 거두었다.
