4족 보행 패턴 생성 및 LangGraph 보행 에이전트 상세 가이드

1. 개념 (Concept)

1.1 4족 보행 로봇이란?

4개의 다리로 이동하는 로봇으로, 바퀴 로봇 대비 불규칙 지형 적응력이 높다. 각 다리는 Hip(고관절) · Thigh(대퇴) · Calf(종아리) 3개 관절 = 총 12축 서보.

다리 4개 × 관절 3개 = 12축 동시 제어 LF (Left-Front) · RF (Right-Front) LH (Left-Hind) · RH (Right-Hind)

1.2 보행 핵심 용어

• Stance Phase: 발이 지면에 닿아 추진력을 내는 구간
• Swing Phase: 발이 공중에서 앞으로 이동하는 구간
• Duty Factor: 한 주기 중 Stance 비율 (0~1) — 높을수록 안정적
• Stride Period (T): 한 발이 두 번 지면에 닿는 사이의 전체 주기
• Phase Offset (φ): 각 다리의 시작 위상 차 — Gait 패턴을 결정
• Gait Frequency: 초당 stride 횟수 (Hz)
• CoM (Center of Mass): 무게 중심 — 안정성 판단 기준
• Support Polygon: Stance 발들이 만드는 다각형 — CoM이 내부에 있어야 정적 안정

1.3 보행 패턴(Gait) 분류

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2. 상세 내용 (Details)

2.1 보행 패턴별 위상 다이어그램

각 Gait의 Phase Offset (φ) 정의 — 0.0 = 주기 시작, 1.0 = 주기 끝.

2.2 다리 궤적 생성 (Foot Trajectory)

각 다리의 발 끝점 궤적을 Stance(직선)와 Swing(포물선)으로 구성한다.

2.3 다리 역기구학 (3DOF per Leg)

2.4 안정성 판단 — Support Polygon & ZMP

2.5 IMU 자세 추정 (MPU6050)

2.6 보행 패턴 파라미터 비교

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3. LangGraph 보행 에이전트

3.1 왜 LangGraph인가?

3.2 LangGraph StateGraph 구조

3.3 AgentState 정의

3.4 Gait 에이전트 핵심 노드 구현

3.5 FastAPI SSE 스트리밍 엔드포인트

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4. 구조 설명 (Architecture)

4.1 CtrlPlus 4족 로봇 전체 시스템

4.2 STM32H743 보행 제어 FreeRTOS 구조

4.3 보행 상태 머신 (GaitTask)

4.4 MQTT 토픽 네임스페이스 (4족 로봇)

4.5 XYFlow 4족 보행 파이프라인 노드

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4. 응용 (Applications)

4.1 CtrlPlus 4족 로봇 전체 적용 맵

4.2 지형별 에이전트 결정 흐름

4.3 낙상 감지 및 복구 시퀀스

4.4 Next.js Three.js 보행 애니메이션

4.5 에너지 효율 & 보행 전략

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부록. 빠른 참조

보행 파라미터 치트시트

[Walk — 정적 안정 보행] duty_factor = 0.75 phase: LF=0.00, RF=0.25, LH=0.50, RH=0.75 frequency = 0.8~1.2 Hz step_height = 40~60 mm (험지: 60~90mm) stride_length= 100~150 mm body_height = 180~200 mm [Trot — 대각선 동기 보행] duty_factor = 0.50 phase: LF=0.00, RF=0.50, LH=0.50, RH=0.00 frequency = 1.5~2.5 Hz step_height = 45~60 mm stride_length= 150~220 mm body_height = 180~200 mm [Bound — 앞뒤 쌍 보행] duty_factor = 0.40 phase: LF=RF=0.00, LH=RH=0.50 frequency = 2.5~4.0 Hz step_height = 50~80 mm stride_length= 200~350 mm

서보 배치 및 관절 범위

[Hip — 좌우 측면 관절] DS3218 (20kg·cm) 범위: ±40° (외전/내전) [Thigh — 전후 대퇴 관절] DS3225 (25kg·cm) 범위: -100° ~ +20° (전/후 회전) [Calf — 무릎 관절] MG996R (11kg·cm) 범위: -150° ~ -20° (무릎 굽힘) ※ 무릎은 역방향 굽힘 (개의 무릎 구조) [전원] 12V / 8A 이상 (피크 전류: 12× 2A = 24A) 별도 전원 분리 필수 (MCU와 서보 전원 분리)

LangGraph 에이전트 MQTT 토픽 치트시트

[명령 발행 — 서버 → 로봇] ctrl/{robot_id}/gait 보행 파라미터 QoS 2 ctrl/{robot_id}/cmd 즉시 명령 (stop/stand/sit) QoS 2 ctrl/{robot_id}/body 몸체 자세 QoS 2 [상태 수신 — 로봇 → 서버] sensor/{robot_id}/imu 자세 + 가속도 100ms sensor/{robot_id}/joints 12관절 각도 100ms sensor/{robot_id}/status 보행 상태 + 배터리 Retain

XYFlow 4족 보행 프리셋 복합키