휴머노이드 로봇 Mybot-KSR의 물체 파지를 위한 손 제작과 RRT* 기반 팔 궤적 생성

Abstract

이 논문은 휴머노이드 로봇 Mybot-KeunSaRam (KSR)의 로봇 손을 개발하고 팔의 궤적을 생성하는 방법을 제안했다. 각 팔은 5 자유도로 되어 있다. 로봇의 손은 5개의 손가락으로 이루어져 있고 15개의 관절과 5개의 자유도를 가지고 있다. 엄지는 두 자유도, 검지와 중지는 각각 한 자유도, 약지와 소지는 함께 한 자유도를 가지고 있다. 손가락은 DSP 보드로 제어되고 보드가 각 모터의 각도 값을 전달 받으면 PI 제어를 통해 DC 모터가 움직이게 된다.

팔의 궤적을 생성하는 알고리즘으로는 RRT*를 사용하였다. RRT와 마찬가지로 상태 변수, 로컬 플래너, 비용 함수는 RRT*에서도 필수적인 요소이다. 팔의 각 관절의 각도를 상태 변수로 선언하였고 이를 통해 손끝의 위치를 생성한다. 최소 저크 방법이 로컬 플래너를 생성하기 위해서 쓰였고 이는 임의의 두 지점 사이의 궤적을 생성하게 된다. 충돌 검사는 이 로컬 플래너로 인해 생성된 궤적에 대해 수행하게 된다. 비용은 두 점 사이의 각 관절 값의 변화의 합으로 정의하였다.

전체적인 시스템은 두 개의 쓰레드를 통해 동작되는데 행동 생성 쓰레드와 제어 쓰레드로 구성된다. 행동 생성 쓰레드에서는 로봇 팔의 궤적을 생성하고 제어 쓰레드에서는 로봇 팔의 실제 움직임을 부여한다. 목표 지점에 도달할 수 있는 첫 접근 가능한 궤적이 생성되면 팔이 움직이기 시작한다. 팔이 움직이는 동안에도 RRT*는 계속적으로 팔의 궤적을 더 좋게 갱신한다. 이를 통해 휴머노이드 로봇 팔은 실시간 제어와 함께 목표 지점에 도달할 수 있게 된다.

시뮬레이션을 위해서는 7 자유도의 로봇 팔이 사용되었다. 시뮬레이션 상에서는 장애물이 없을 때와 있을 때 두 가지 상황에 대해 작업을 수행하였다. 그리고 각각의 경우에 접근 가능성에 대해 고려해서 시뮬레이션을 수행하였다. 생성된 궤적은 팔이 장애물을 잘 피하는 것을 보여준다. 실제 실험은 휴머노이드 로봇 Mybot-KSR을 이용해 작업을 수행하였다. 목표 지점이 정해지면 팔의 궤적이 생성되어 팔이 움직이고 물체의 모양에 따라 물체의 잡는 방법을 달리해 물체를 잡도록 했다. 실험 결과를 보면 팔이 움직이면서 궤적이 갱신되는 것과 여러 작업을 실시간으로 수행하는 것을 확인할 수 있다.