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4족 보행로봇의 걸음새에 대한 Genetic Programming 기법과 Central Pattern Generator 기반 생성기법의 비교 연구
A Comparative Study between Genetic Programming and Central Pattern Generator Based Gait Generation Methods for Quadruped Robots

현수환    (서경대학교 전자공학과   ); 조영완    (서경대학교 컴퓨터공학과   ); 서기성    (서경대학교 전자공학과  );
  • 초록

    4족 보행로봇의 빠른 걸음새를 자동으로 생성하는 문제에 대해서 GP(Genetic Programming)와 CPG(Central Pattern Generator) 기반의 두 가지 방식을 비교한다. GP(Genetic Programming)를 이용한 관절좌표계 상에서의 걸음새 생성 기법은 발끝의 자취와 수 많은 자세 파라미터를 사용하는 대신에 적은수의 관절 궤적을 생성하므로 효율적이다. CPG는 뇌로부터의 입력을 받아서 진동적인 출력을 생성하는 신경회로로 고등생물의 걸음 원리를 수학적으로 모델링한 것이다. 바이올로이드로 구성된 4족 보행로봇에 대하여 Webots기반의 ODE 시뮬레이션을 통해 접근 기법들에 대한 최적화를 수행하고 결과를 비교 분석한다. 그리고, 구해진 시뮬레이션과 결과를 실제 로봇에 대해서 각 동작을 실행시켜 보면서 CPG와 GP 기반의 걸음새 방식의 실제적인 성능 및 특성을 고찰한다.


    Two gait generation methods using GP(genetic programming) and CPG(Central Pattern Generator) are compared to develop a fast locomotion for quadruped robot. GP based technique is an effective way to generate few joint trajectories instead of the locus of paw positions and lots of stance parameters. The CPGs are neural circuits that generate oscillatory output from a input coming from the brain. Optimization for two proposed methods are executed and analysed using Webots simulation for the quadruped robot which is built by Bioloid. Furthermore, simulation results for two proposed methods are experimented in real quadruped robot and performances and motion features of GP and CPG based methods are investigated.


  • 주제어

    Automatic Gait Generation .   Quadruped Robot .   Joint Space Trajectory .   Genetic Programming .   Central Pattern Generator .   Webots Simulation.  

  • 참고문헌 (15)

    1. G. S. Hornby, S. Takamura, T. Yamamoto, M. Fujita, 'Autonomous Evolution of Dynamic Gaits with Two Quadruped Robots', IEEE Trans. Robotics, Vol. 21, No. 3, pp.402-410, 2005 
    2. T. Mericli, H. L. Akin, C. Mericli, K. Kaplan, B. Celik, The Cerbus'05 Team Report 
    3. K. Matsuoka, 'Mechanisms of frequency and pattern control in the neural rhythm generators', Biological Cybernetics, vol. 56, issue 5, pp. 345-353, 1987 
    4. Y. Fukuoka, H. Kimura, A. H. Cohen, 'Adaptive Dynamic Walking of a Quadruped Robot on Irregular Terrain Based on Biological Concepts', The International Journal of Robotics Research, vol. 22, no. 3-4, pp. 187-202, 2003 
    5. L. Hohl, R. Tellez, O. Michel, A. J. Ijspeert, 'Aibo and Webots: Simulation, wireless remote control and controller transfer', Robotics and Autonomous Systems, 54(2006), pp. 472-485, 2006 
    6. 로보티즈사, http://www.robotis.com/ 
    7. D. Hein, M. Hild, R. Berger, 'Evolution of Biped Walking Using Neural Oscillators and Physical Simulation'. In Robocup 2007: Robot Soccer World Cup XI, Lecture Notes In Artificial Intelligence, vol. 5001. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, pp. 433-440, 2008 
    8. K. Seo, S. Hyun, 'Genetic Programming Based Automatic Gait Generation for Quadruped Robots' In Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference, GECCO-2008, Atlanta, July 12-16, 2008, pp. 293-294 
    9. J. R. Koza, Genetic Programming: On the Programming of Computers by means of Natural Selection, MIT Press, Cambridge, MA, USA, 1992 
    10. Z. D. Wang, J. Wong, T. Tam, B. Leung, M. S. Kim, J. Brooks, A. Chang, N. V. Huben, The 2002 rUNSWift Team Report, 2002 
    11. 현수환, 조영완, 서기성, '4족 보행로봇의 걸음새에 대한 Genetic Programming 기법과 Central Pattern Generator 기반 생성기법의 비교 연구', 한국지능시스템학회, 2009춘계학술대회 논문집, vol. 19, no. 1, pp. 70-74, 2009. 4. 24-25     
    12. J. Kennedy, and R. Eberhart, 'Particle swarm optimization', In Proceedings of the IEEE Int. Conf. on Neural Networks, Piscataway, NJ, pp. 1942?1948, 1995 
    13. A. jspeert, A. Crespi, J.-M. Cabelguen, 'Simulation and robotics studies of salamander locomotion', Neuroinformatics, vol. 3. no. 3, pp. 171-195, 2005 
    14. M. Eaton, 'Further explorations in evolutionary humanoid robotics', Artificial Life and Robotics, vol.12, issue 1, pp. 133-137, 2008 
    15. 서기성, 현수환, '관절 공간에서의 GP 기반 진화기법을 이용한 4족 보행로봇의 걸음새 자동생성', 제어.로봇.시스템학회 논문지, 제 14 권, 제 6 호, pp. 573-579, 2008     
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Hyun, Soo-Hwan ; Cho, Young-Wan ; Seo, Ki-Sung 2009. "A Comparative Study between Genetic Programming and Central Pattern Generator Based Gait Generation Methods for Quadruped Robots" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 19(6): 749~754     
    2. Jang, Jae-Young ; Hyun, Soo-Hwan ; Seo, Ki-Sung 2011. "Locomotion Control of 4 Legged Robot Using HyperNEAT" 한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, 21(1): 132~137     

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