Stability, versatility and turning motion of limit cycle walking model

Abstract

동역학 모델을 기반으로 하는 한계순환 보행 모델은 보행 시, 기존에 제안되었던 제어 기반의 보행 모델에 비하여 에너지를 적게 소비하고 자연스럽게 걷는 다는 점에서 장점이 있다. 하지만 보행의 안정성 증진, 보폭과 보행 속도를 바꾸는 능력을 나타내는 기능성의 개선, 선회 운동 구현의 필요성 등 보완되어야 할 점들이 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고자 한계 순환 보행 모델의 안정성, 기능성 및 선회 운동에 관하여 연구를 수행하였다. 첫째로, 한계순환 보행 모델의 안정성을 증진 시키기 위하여 다양한 발 모양을 적용한 모델에 대한 해석을 수행하였다. 본 연구에서 다루어진 모델에 대한 안정성에 대한 해석을 바탕으로 안정성을 증진시킬 수 있는 발 모양에 대하여 고찰하였다. 둘째로, 한계순환 보행 모델의 기능성을 개선하기 위하여 구동기를 적용하였다. 선행 연구의 내용을 바탕으로 하여 각 연구에서 다루어진 구동기의 특징 및 보완될 점에 대하여 논의 하였고, 이를 바탕으로 최종적으로는 개선된 형태의 구동기를 제안하였다. 최종적으로 제안된 구동기를 적용한 모델의 경우, 기능성뿐 아니라 안정성도 개선되었음을 확인 할 수 있었다. 마지막으로 한계순환 보행 모델의 선회 운동을 구현하기 위한 모델링 및 조건들에 대하여 연구를 수행하였다. 선행연구에서는 선회 운동의 구현 시, 모델의 복잡성과 불안정성으로 인하여 안정적인 보행을 보일 수 없었다. 혹은 모든 자유도에 해당하는 만큼의 구동기를 적용하여야만 안정적인 선회 운동이 가능하였다. 이에 모델의 자유도 보다 낮은 자유도에 해당하는 구동기를 적용하여 3차원 상의 모델을 2차원의 형태로 단순화하여 해석을 수행하였고, 단순화된 모델을 바탕으로 안정성에 대한 해석을 수행하였다. 안정성에 대한 해석 결과를 바탕으로 안정적인 선회 운동이 가능한 범위 내의 파라메터를 선정하여 최종적으로는 안정적인 선회 운동을 구현하였다. 각 장에서 다루고 있는 모델은 2차원 평면에서의 수동보행 모델의 확장된 모델임을 확인하였으며, 이에 각 장에서 다루고 있는 모델들을 쉽게 통합할 수 있을 것이라 생각한다. 이에 대한 해석을 수행하지는 않았으나 추후 연구로 가능할 것 이라 생각한다.