In this thesis, the optimal maximum angle of pelvic yaw rotation was determined for a model of the humanoid robot DRC-Hubo+ developed by Hubolab, KAIST. In order to improve the energy usage and joint motor wear of the robot, in the form of minimising the squared joint velocity and the position variation respectively, and the work space of the robot. An equation for the pelvic yaw rotation was proposed and utilised in the analysis of the optimal angle. The walking path patterns used in the analysis are based on ZMP-based preview control and Orbital Energy. The robot kinematic model is constructed based on the denavit-hartenberg convention for forward and inverse kinematic. The dynamic robot model is determined numerically, and based on the Euler-Lagrange dynamic equation. The results obtained include a relation between the optimal angle and the step length, for the minimum squared velocity- and for the minimum position variation analyses.
본 연구의 목적은 KAIST Hubolab에서 개발된 DRC-Hubo+의 허리 yaw 축 회전을 사용하는 것이 어떤 이득을 가져오는 것인지 밝히고, 그 이득을 위한 최적의 회전 각도를 찾아내는 것이다. 본 연구에서는 허리 yaw 축 회전 각도에 따라 변하는 에너지 사용량, 관절 모터의 사용량을 이득의 대상으로 하였다. 에너지 사용량은 관절 속도의 제곱 합을 이용하여 추정하였으며, 관절 모터의 사용량은 관절 각도의 분산값을 이용하였다. 또한, 다리의 작업공간 변화에 따른 넓은 보행 폭과 보행 높이 또한 이득의 대상으로 하였다. swing leg의 움직임에 따라 허리 yaw 각도의 결정하는 수식을 정의하였다. Swing leg 가 땅에 닿을 때, 허리 회전 각도가 최대가 되도록 하였다. 수학적 간결성을 위해, 로봇의 상체는 단순 질점으로 가정하였다. 대상으로 하는 로봇의 보행 패턴은 orbital energy를 이용한 방법과 ZMP 기반의 preview control을 이용한 방법이다. 본 연구에서 로봇의 기구학적 모델과 동역학적 모델을 모두 사용하였다. Denavit-Hatenberg 방법을 사용하여 정기구학과 역기구학을 사용하였다. 동역학은 Euler-Lagrange 방정식을 수치적으로 풀어서 계산하였다. 분석 결과, 작업 공간 측면에서, 허리 yaw 회전은 보행의 높이에는 거의 영향을 주지 않았다. 최대 step 길이는 허리 회전을 통해 증대될 수 있는데, 30도의 회전의 경우 10cm의 최대 보폭 이득을 얻을 수 있다. 이상적인 허리 yaw 회전과 step 길이에는 선형적인 관계가 있으며, 위치 분산과 속도 제곱 합의 경우, 지수적인 관계가 있다.
