강화학습 기반 제어로 다양한 지형에서도 안정적인 동작 구현
KAIST 박혜원 교수 연구팀(동적 로봇설계 및 제어연구실ㆍDynamic Robot Control and Design Laboratory)이 스스로 균형을 잡고 깡충깡충 뛰며, 공중제비까지 가능한 호핑(Hopping) 로봇을 개발했다.
이번에 개발된 로봇은 이족보행 휴머노이드를 단일 다리 형태로 축소한 ‘단일 로봇 다리(Single Robot Leg)’ 플랫폼이다. 엉덩이, 무릎, 발목 관절을 갖춘 슬림한 다리를 특징으로 하며, 자체 설계된 하드웨어로 구동된다. 이 로봇 다리는 사람처럼 무릎과 발목을 포함해 3 자유도(Degrees of Freedom)를 갖추고 있으며, 특히 고토크 기어박스를 적용한 무릎 액추에이터를 통해 강력한 점프 성능을 발휘한다.
연구팀은 강화학습 기반 제어 정책을 통해 이 로봇이 다양한 지형 위에서도 안정적인 동작을 구현할 수 있도록 했다. 이 호핑 로봇의 정책은 강화학습을 통해 시뮬레이션 환경에서 훈련되었다. 실제 실험에서 로봇은 트레드밀 위에서 앞·뒤로 점프를 수행하고, 최대 8.5cm 높이의 장애물을 극복하는 성능을 보여주었다. 또한, 잡다한 물건들이 놓여 있는 불규칙한 지형에서도 균형을 잃지 않고 복원하는 능력을 입증했다.
공중제비 동작의 경우, 이륙시 구동 한계를 고려해 충분한 각운동량을 생성하고, 공중에서 관성을 조절한 뒤, 착지 시 발생하는 고충격을 효과적으로 제어함으로써 하드웨어 손상 없이 안정적인 착지를 구현했다.
이 슬롯 머신 프로그램은 모터 운영 지역 모델링을 통해 액추에이터의 한계를 강화하고, 전신 회전과 관성 조절을 위한 중심 속도 보상 기법을 도입했다. 또한, 전송 하중 정규화를 통해 임펄스 토크 하중을 줄여 하드웨어를 보호하도록 했다
이번 연구는 동적 움직임을 수행할 수 있는 차세대 이족보행 슬롯 머신 프로그램 개발을 위한 핵심 기초 기술로 평가되며, 향후 다양한 슬롯 머신 프로그램 응용 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.