CARA – 로프를 사용하는 고정밀 로봇견

• CARA는 로프 메커니즘을 활용해 기존 방식과 차별화된 고정밀 로봇견임
• 초기 위치 보정을 위해 각 관절은 전류 변화를 감지해 물리적 한계를 찾는 호밍 과정을 거침
• 역기구학(IK), 정기구학(FK), 회전 기구학(RK) 삼종의 수식을 통해 다리 위치와 자세를 정밀하게 제어함
• 사이클로이드 궤적 기반의 보행 패턴을 사용해 자연스러운 이동과 부드러운 동작을 구현함
• 트로팅 게이트로 대각선 다리가 동시에 움직이며 진행 방향, 회전 등 다양한 움직임을 지원함

프로그래밍

호밍(Homing) 시퀀스

• CARA 프로그래밍의 첫 단계는 관절 호밍(자동 위치 보정) 시퀀스 개발임
• 호밍은 각 관절 모터 샤프트의 절대 위치 인코더만으로 상대적인 관절 위치만을 측정할 수 있음
• 시작 시 관절을 물리적 한계까지 회전시키고, 전류 증가를 통해 해당 지점 도달을 감지함
• 물리적 한계 도달 후 관절의 절대 위치 지정이 가능해짐
• 이 과정은 매번 기동 시 한 번씩 반드시 실행되어야 함

기구학(Kinematics)

• 본체의 움직임 제어를 위해 역기구학(IK), 정기구학(FK), 회전 기구학(RK) 총 세 가지 수식을 활용함
• IK 수식: 원하는 X, Y, Z 위치에 다리(발끝 또는 엔드 이펙터)를 놓기 위한 관절 각도를 산출함
• FK 수식: 현재 관절 각도를 입력받아 발의 X, Y, Z 위치를 계산함
• 궤적 계획 시, 우선 FK로 현재 위치를 계산하고, 목표점까지 중간 웨이포인트 연산(Arduino RAMP 라이브러리 활용), 각 웨이포인트마다 IK로 관절 각도 산출함
• RK 수식: 본체의 롤·피치·요우(회전축) 기준 회전에 필요한 발의 위치 계산에 사용함
  • RK로 산출한 발 위치를 토대로 다시 IK로 각도를 구함
  • 자세 제어(포즈컨트롤) 및 안정성 유지 등에 활용, 로봇이 제자리에서 바디 회전 동작을 하거나 균형 잡기에 기여함

보행(Gait)

• CARA의 보행은 사이클로이드 궤적 기반의 스텝 트래젝토리를 적용해 부드럽고 실감나는 움직임을 실현함
• 삼각형, 사각형 스텝 궤적도 실험했으나 부드러움, 다리 장애물 회피, 자연스러운 동작 면에서 열위임
• 주된 보행은 트로팅 게이트(대각선 다리 동시 이동) 로, 동작은 스윙 페이즈(공중 앞으로 이동)와 스탠스 페이즈(땅에서 뒤로 밀기)로 구성됨
• 보행 중 스윙과 스탠스 페이즈를 대각선 다리쌍끼리 교차 반복하면서 연속적 걸음을 만듦
• 전·후진 외 다른 방향 보행에서는 트로팅 패턴은 유지하나 다리 스텝 각도만 변경함
• 회전 시 한 쌍은 외부로, 다른 쌍은 내부로 스텝을 밟아 곡선 또는 제자리 회전 구현이 가능함