부족구동시스템 (Underactuated System)
쉽게 풀면
움직여야 할 방향은 많은데, 실제로 힘을 줄 수 있는 곳은 그보다 적은 시스템이에요. 외발자전거를 타는 사람이 페달을 밟는 힘은 조절할 수 있어도 몸이 좌우로 기우는 것은 직접 힘을 주어 막을 수 없어 몸의 균형과 자세로 간접적으로 다스려야 하는 것처럼, 부족구동시스템도 어떤 방향의 움직임은 액추에이터가 직접 힘을 줄 수 없어서, 다른 관절을 움직여 생기는 동역학적 연쇄 반응을 이용해 간접적으로 그 방향의 움직임을 만들어내야 합니다.
왜 중요한가
이족보행로봇이나 비행체처럼 모든 자유도를 직접 제어할 수 없는 시스템에서, 간접 제어 전략을 설계하는 것이 동적 안정성 확보의 핵심 과제로 연구됩니다. 두 다리로 걷는 로봇은 발이 지면에서 떨어져 있는 동안 몸 전체의 기울어짐을 직접 잡아줄 액추에이터가 없어, 다리를 어떻게 내딛는지에 따라 간접적으로 균형을 유지해야 하는데, 이 문제를 잘 풀지 못하면 로봇이 그대로 넘어지기 때문에 부족구동 문제는 보행로봇과 비행로봇 연구의 핵심 난제로 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
논문에서 부족구동시스템은 완전구동시스템보다 제어가 어려운 대상으로, 다리형 로봇이나 비행 로봇 제어에서 핵심 도전 과제로 다뤄집니다.
부족구동시스템을 제어할 때는 직접 제어 가능한 부분과 그렇지 않은 부분을 구분하여, 후자가 스스로 안정된 상태로 수렴하도록 유도하는 것이 핵심 전략임을 보여주는 문장이다.
조금 더 깊게 보면
부족구동이 항상 단점만 있는 것은 아니며, 액추에이터 수를 줄여 경량화와 에너지 효율을 높이는 의도적 설계 선택으로 활용되는 경우도 많습니다. 제어 이론에서는 부족구동시스템을 직접 구동되는 자유도와 구동되지 않는 자유도로 나눈 뒤, 부분되먹임선형화나 에너지 기반 제어 같은 기법으로 구동되지 않는 부분의 거동을 간접적으로 원하는 방향으로 유도하는 접근이 널리 연구됩니다. 완전구동시스템과 달리 임의의 목표 상태로 즉시 이동하는 것이 불가능한 경우가 많아, 도달 가능한 상태의 범위 자체를 분석하는 것도 중요한 연구 주제입니다.
주의할 점
부족구동시스템은 일반적인 피드백 선형화 기법을 그대로 적용할 수 없는 경우가 많아 별도의 비선형 제어 기법이 필요하다.