바퀴형 이족 로봇의 제어 성능 평가

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확장요약문

바퀴형 이족 로봇은 두 바퀴 위에서 균형을 유지하면서 다리 길이를 조절하므로, 자세에 따른 무게중심 변화와지면 외란을 함께 고려해야 한다. 본 연구는 4 절 링크 다리를 갖는 로봇에 이득 스케줄링 선형 이차 조절기(LQR) 와 가상 모델 제어(VMC)를 결합하여, 바퀴의 전후 균형 및 속도 제어와 다리의 높이 및 롤 자세 제어를 수행하고시뮬레이션으로 성능을 평가하였다. 바퀴 제어는 [위치 오차, 속도 오차, 진자각, 각속도]를 상태로 하는 역진자모델에 기반한다. 진자각은 관성측정장치(IMU) 피치각에 기구학으로 구한 바퀴축 기준 무게중심 방향각을반영하여 추정한다. 다리 길이 변화에 대응하도록 유효 진자 길이 15 개 지점에서 LQR 이득을 구해 보간한다. 이때진자각은 몸체 자세만으로 판단하기 어려운 다리 형상에 따른 균형 상태를 나타내며, 이득 보간은 높이 변화에따른 동역학 차이를 반영한다. 균형 제어 토크와 조향용 차동 토크를 좌우 바퀴에 분배하며, 전진 속도는 모터한계의 75%로 제한하고 전진 지령에 따라 회전 속도 상한을 조절하여 바퀴의 속도 여유를 확보한다. 다리는 가상스프링·댐퍼와 자중 피드포워드를 적용하고, 높이 자코비안으로 수직 가상 힘을 고관절 토크로 변환한다. 질량 ±15%, 무게중심 ±2 cm, 지연 시간 5 ms 및 바퀴 드라이브 데드 밴드와 보상을 반영한 시뮬레이션에서 9 가지험지 주행은 98.9%의 성공률로 20 s 이내에 전체 경로 주행을 완료했으며, 80 mm 높이 점프 등 별도 11 개시나리오에서는 94.8%의 성공률을 확보하였다.