Physical AI Notes
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몸통 강의

전신의 힘과 운동량을 제어해 균형을 유지하고, 상위 계층의 명령을 제시간에 모터까지 전송하며, 전원과 안전을 담당하는 부위

로봇 부위

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개요

50 Hz 명령에서 관절 토크까지, 넘어지지 않는 원리(무게중심·지지다각형·ZMP), 몸통에서 관리하는 전원·열·비상 정지

  1. 50 Hz 명령에서 관절 토크까지: DDS, 제어 루프, 버스, 전류 루프공개 예정

    50 Hz 명령이 DDS, 제어 루프, 버스, 전류 루프를 지나 토크가 되는 길.

  2. 넘어지지 않는 원리: 무게중심, 지지다각형, ZMP공개 예정

    정적·동적 균형, 캡처 포인트, 균형을 되찾을 수 없게 되기까지 걸리는 약 0.27 s.

  3. 몸통에서 관리하는 요소들: 전원, 열, 비상 정지공개 예정

    서 있기만 해도 모터가 뜨거워지는 이유와 '안전하게 멈춘 상태'를 정하는 문제.

기본

선형 역진자 모델(LIPM)과 캡처 포인트, 저수준 관절 명령 루프, DDS·QoS와 실시간 성능 측정, 모터 버스의 대역폭 예산

  1. 선형 역진자 모델(LIPM)로 ZMP와 캡처 포인트 계산하기공개 예정

    LIPM을 적분해 발목 전략과 발 내딛기 전략을 가르는 경계를 찾고, 지연이 만드는 e^(ω·t_d) 증폭을 계산한다.

  2. 관절 명령의 구조: unitree_sdk2와 시뮬레이터로 저수준 제어 루프 실행하기공개 예정

    LowCmd의 다섯 값, 송신 주기의 지터, 하트비트 워치독(시뮬레이터에서만 실습).

  3. 실시간 성능은 최악의 경우를 기준으로 측정한다: DDS, QoS, cyclictest공개 예정

    꼬리 지연 분포, PREEMPT_RT, QoS, 그리고 GPU 부하와 Jetson 전원 모드에 따른 측정.

  4. 모터 버스의 대역폭 예산: CAN과 시리얼 버스공개 예정

    버스 점유율 계산과 vcan·SO-101 실측.

심화

무게중심 동역학, QP로 푸는 전신 제어, EtherCAT·ros2_control 실시간 설계, 시계 도메인과 시간 동기화

  1. 무게중심 동역학(centroidal dynamics): 전신 운동량에서 단일 강체 MPC까지공개 예정

    접촉력만이 운동량을 바꾼다는 식에서 단일 강체 MPC까지.

  2. 전신 제어를 QP로 풀기: 작업, 제약, 우선순위공개 예정

    가중치 방식과 계층 방식의 우선순위 비교, 슬랙 변수, QP를 1 ms 안에 푸는 법.

  3. 실시간 제어 시스템 설계: EtherCAT, ros2_control, 메모리 할당 없는 루프공개 예정

    분산 클록과 read→update→write 루프의 지터 실험.

  4. 시계가 여러 개인 로봇: 시계 도메인과 시간 동기화공개 예정

    PTP/NTP, ROS 시간, use_sim_time, 시간 역전.

실전

하체 보행 제어기와 상체 작업 제어기 통합, 가장 빠른 루프에 배치하는 안전 기능(E-stop·워치독·다단계 한계값), 열과 배터리 제약, 떨림·끊김·시간 역전 디버깅

  1. 하체 보행 제어기와 상체 작업 제어기 통합: 두 제어기를 연결하는 인터페이스공개 예정

    분리형과 통합형 제어기, 명령 공간, 허리 관절을 어느 제어기가 맡을지, 상체 하중이 외란이 되는 과정.

  2. 안전 기능은 가장 빠른 루프에 배치한다: E-stop, 워치독, 다단계 한계값공개 예정

    루프 속도에 따른 안전 기능 배치와 간단한 안전 래퍼 예제.

  3. 열과 배터리 제약이 제어에 미치는 영향: 열 예산, 전압 강하, 디레이팅공개 예정

    시스템 열 예산, 배터리 전압 강하, 디레이팅.

  4. 실시간 제어 시스템 디버깅: 떨림, 끊김, 시간 역전의 원인 찾기공개 예정

    모든 구간(홉)에 타임스탬프를 찍고, 지연 분포를 보고 원인이 버스·OS·DDS 중 어디인지 가려낸다.