4족 보행 로봇 참고 자료들

4족 보행 로봇을 아두이노(모터 제어) + 라즈베리파이 4 + 전방 카메라로 구현할 때 참고할 수 있는 오픈소스 프로젝트와 시뮬레이션 도구를 소개합니다. 현재 구성으로 충분히 구현 가능한 솔루션을 중심으로 정리했습니다.

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1. 오픈소스 프로젝트

OpenCat (Petoi) [4][10][25]

• 특징: 아두이노 기반의 4족 로봇 프레임워크로, C/C++/Python 지원.
• 적합성:
  • Nybble(고양이형)과 Bittle(개형) 로봇에 적용된 사례 존재.
  • 기본 보행 패턴과 역기구학 알고리즘 포함.
  • 라즈베리파이와의 통신 예제 제공 (Python 기반).
• 추천 활용: 기본 보행 알고리즘을 포팅한 후 카메라 모듈 추가.

SpotMicro [9]

• 특징: 라즈베리파이 4 + PCA9685 서보 제어기 조합.
• 주요 기능:
  • ROS 기반 시뮬레이션(Gazebo/Rviz 지원).
  • MPU6050 자이로센서와 초음파 센서 통합 예제.
  • GitHub 저장소: sulibo/spotmicro.

Stanford Pupper [26]

• 장점:
  • 트로팅/점프 동작 최적화 코드.
  • 조이스틱 제어 인터페이스(UDP 통신).
  • 하드웨어 인터페이스 계층 분리 설계.

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2. 시뮬레이션 도구

PyBullet [15]

• 장점: 경량 물리 엔진으로 라즈베리파이 4에서 실시간 시뮬레이션 가능.
• 적용 예시:

  import pybullet as p
  p.connect(p.GUI)
  robot = p.loadURDF("quadruped.urdf")
  # 관절 제어 로직 추가
  

MuJoCo [22]

• 특징: 고정밀 역동학 시뮬레이션.
• 주의점: 라즈베리파이에서 직접 구동보다는 개발 PC에서 시뮬레이션 후 코드 이식 권장.

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3. 아두이노-라즈베리파이 통신 아키텍처

UDP 프로토콜 [6][16]

• 구조:

  라즈베리파이(상위 제어) → UDP 패킷 → 아두이노(모터 제어)
  

• 장점: 저지연 실시간 제어 가능 (평균 20ms 이하).

ROS 메시징 [9]

• 적용 사례: SpotMicro 프로젝트에서 서보 위치 명령을 ROS 토픽으로 전송.

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4. 컴퓨터 비전 연동

OpenCV + Raspberry Pi Camera [8][18]

• 기능:
  • 크리프 게이트(creep gait)와 장애물 회피 알고리즘 결합.
  • YOLO 기반 객체 인식 예제 (GitHub/quadruped-robot).

TensorFlow Lite [13]

• 적용 가능 분야: 보행 패턴 최적화를 위한 강화학습 모델 경량화.

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5. 추천 개발 워크플로우

1. 시뮬레이션: PyBullet/MuJoCo로 기본 보행 패턴 검증.
2. 프로토타입 제작: OpenCat 코드베이스를 기반으로 12관절 모델 수정.
3. 통신 계층 구현: 아두이노-라즈베리파이 간 UDP 프로토콜 설정.
4. 비전 모듈 통합: OpenCV로 실시간 영상 처리 파이프라인 구축.
5. 최적화: PID 게인 튜닝 및 관절 마찰력 보정.

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6. 성능 고려사항

• 라즈베리파이 4 리소스 할당:
  • CPU: 1코어 전용 (보행 제어), 1코어 (카메라 처리).
  • 메모리: 2GB 이상 권장 (비전 처리 시).
• 아두이노 제한사항: 서보 12개 제어 시 8ms 제어 주기 달성 가능 (Adafruit PWM Shield 활용).

// 아두이노 서보 제어 예제 (PCA9685)
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>
Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();
void setup() {
  pwm.begin();
  pwm.setPWMFreq(60);  // 60Hz 업데이트
}

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7. 주의사항

• 전원 관리: 서보 12개 구동 시 3S LiPo 배터리(11.1V) + 5V BEC 필수 [1][5].
• 기구학 검증: 다리 길이/관절 각도에 따른 작업 공간 시뮬레이션 선행 권장 [23].
• 열 관리: 라즈베리파이 4에 히트싱크/팬 장착 필요 [9].

출처 [1] Quadruped Robot - Raspberry Pi Forums https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=177053 [2] Arduino Nano Quadruped Robot - Instructables https://www.instructables.com/Arduino-Nano-Quadruped-Robot/ [3] Hiwonder PuppyPi Quadruped Robot with AI Vision Powered by … https://www.robotshop.com/products/hiwonder-hiwonder-puppypi-quadruped-robot-with-ai-vision-powered-by-raspberry-pi-ros-open-source-robot-dog-advanced-kit-with-raspberry-pi-4b-4gb [4] Petoi Quadruped Robot - Explore Four Legged Robotics Technology https://www.petoi.com/pages/petoi-programmable-quadruped-robot-system [5] Printable Quadruped Arduino & Raspberry Robot Spot | Hackaday.io https://hackaday.io/project/189214-printable-quadruped-arduino-raspberry-robot-spot [6] Quadruped Robot for capstone project - GitHub https://github.com/JackDemeter/quadruped-robot [7] DIY hobby servos quadruped robot - Hackaday.io https://hackaday.io/project/171456-diy-hobby-servos-quadruped-robot [8] Raspberry Pi Powered Quadruped - Hackster.io https://www.hackster.io/yasaspeiris/raspberry-pi-powered-quadruped-bbb68b [9] Codes for simulation of SpotMicro (a quadruped robot based on … https://github.com/sulibo/spotmicro [10] OpenCat the Open Source Quadruped Robotic Pet Framework - Petoi https://www.petoi.com/pages/opencat-open-source-robot-pet-framework [11] Sassa Quadruped Robot - GitHub https://github.com/Gepetto/sassa [12] QUATTRO - the Arduino Quadruped Robot : 10 Steps (with Pictures) https://www.instructables.com/QUATTRO-the-Arduino-Quadruped-Robot/ [13] Raspberry Pi Robotics Projects with Petoi Open Source Quadruped … https://hackaday.io/project/183916-opencat-open-source-quadruped-robotic-framework/log/234539-raspberry-pi-robotics-projects-with-petoi-open-source-quadruped-robots [14] Yahboom 12DOF DOGZILLA Quadruped Bionic Robot Dog for … https://www.youtube.com/watch?v=wO1PP3q5i8I [15] How Can I Simulate a Quadruped? : r/robotics - Reddit https://www.reddit.com/r/robotics/comments/15amvvf/how_can_i_simulate_a_quadruped/ [16] Boston Dynamics inspired walking 4 legged robot implemented on a … https://www.reddit.com/r/raspberry_pi/comments/hc6ltl/boston_dynamics_inspired_walking_4_legged_robot/ [17] PuppyPi Hiwonder Quadruped Robot with Vision ROS Robot Dog … https://ozrobotics.com/shop/hiwonder-puppypi-quadruped-robot-with-ai-vision-powered-by-raspberry-pi-ros-robot-dog-standard-kit/ [18] Simple Quadruped Robot - Hackster.io https://www.hackster.io/rbnsmathew/simple-quadruped-robot-ebe1fd [19] I built a robot with Raspberry Pi and Arduino. Your … - YouTube https://www.youtube.com/watch?v=tIdLlfjGr40 [20] IEblog#32- Python Raspberry Pi 4 Simulator | OpenCV Robot https://www.youtube.com/watch?v=xEqgYAqqfGo [21] 2023-1 4족보행 로봇(Quadruped robot) 만들기 #12 (Physical … https://istein.tistory.com/121 [22] MuJoCo-based simulation for a very mini quadruped robot. - GitHub https://github.com/Nate711/PupperSimulation [23] Arduino Quadruped Robot - Stalker - Oscar Liang https://oscarliang.com/arduino-quadruped-robot-stalker/ [24] Puppypi Hiwonder Quadruped Robot With Ai Vision Powered By … https://www.aliexpress.com/i/1005005069354723.html [25] OpenCat - affordable quadruped robot for STEM | Arduino Project Hub https://projecthub.arduino.cc/RzLi/opencat-affordable-quadruped-robot-for-stem-2e297a [26] stanfordroboticsclub/StanfordQuadruped - GitHub https://github.com/stanfordroboticsclub/StanfordQuadruped [27] OpenCat - Open Source Quadruped Robotic Framework - Hackaday.io https://hackaday.io/project/183916-opencat-open-source-quadruped-robotic-framework [28] Raspberry Pi Robotics Projects with Petoi Open Source Quadruped … https://www.petoi.com/blogs/blog/raspberry-pi-robotics-projects-with-petoi-open-source-quadruped-robots [29] PetoiCamp/OpenCat - GitHub https://github.com/PetoiCamp/OpenCat/actions [30] OpenCat - Open Source Quadruped Robotic Framework - Hackaday.io https://hackaday.io/project/183916/logs [31] Arduino Quadruped Robot: Walks, Skims & Grips - Instructables https://www.instructables.com/Arduino-Quadruped-Robot-Walks-Skims-Grips/ [32] Source code for raspberry pi based quadruped robot - GitHub https://github.com/andriusbern/quadruped [33] The Dingo | A Low Cost, Open-Source Robot Quadruped - Reddit https://www.reddit.com/r/raspberry_pi/comments/144z070/the_dingo_a_low_cost_opensource_robot_quadruped/ [34] DIY Quadruped Robot with Hobby Servos - It runs with a Raspberry … https://www.reddit.com/r/robotics/comments/jo31xy/diy_quadruped_robot_with_hobby_servos_it_runs/ [35] Quadruped Robot - Raspberry Pi Forums https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=177053