• 한국지능시스템학회논문지
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• 제27권2호
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• pp.89-98
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• 2017

외바퀴 로봇 제어에 있어 필수적인 균형 안정화 제어를 위해 제어 모멘트 자이로스코프(CMG)를 이용할 수 있다. 단일 짐벌 CMG는 단순한 구조를 가지면서 외란에 대해 강력한 복원 토크를 로봇에게 전달할 수 있다. 그러나 CMG는 복원 토크 외에 원치 않는 방향의 토크도 발생시킨다. 원치 않는 방향 토크는 회전 자유도가 높은 외바퀴 로봇 시스템에서 불안정성 문제를 야기한다. 본 논문에서는 원치 않는 방향 토크를 제거하기 위해 CMG 가위쌍을 이용한 외바퀴 이동 로봇 제어 시스템을 제시한다. 외바퀴 로봇 동역학식에 있어서의 모델 오차에 강인한 특성을 갖는 LQR 제어 알고리즘을 설계하였다. 3D 비선형 동역학 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 CMG 가위쌍과 LQR 제어 알고리즘을 갖는 외바퀴 로봇 제어 시스템을 검증하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1327-1328
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• 2015

본 논문에서는 스틱 모델을 사용하여 외바퀴 로봇의 수직 방향에서 생기는 파라메트릭 진동을 시뮬레이션 분석하고, 분석된 결과를 바탕으로 제어 법칙을 유도한 다음, 실험을 통해 성능을 검증한다. 실험에 활용된 외바퀴 로봇은 수평 방향에 대해서는 비례미분제어기를 사용하고, 수직 방향에 대해서는 진동제어기를 활용한다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.1-6
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• 2015

본 논문에서는 한 바퀴 이동로봇의 균형제어를 위해 퍼지방법을 사용하였다. PD제어를 사용하여 균형을 유지하는 한 바퀴 로봇은 시간이 지남에 따라 플라이휠이 한 방향으로 기울어지게 되고 결국에는 균형이 무너지는 현상이 발생한다. 선행연구에서는 이를 해결하기 위해 게인 스케줄링 방법을 사용하였다. 본 논문에서는 퍼지방법을 사용하여 균형 각도를 보상하므로 균형 제어 성능을 높이고자 하였다. 퍼지제어를 통해 desired offset의 각도를 보상하므로 김벌이 한쪽으로 흘러 넘어지는 현상을 보완하였다. 한 바퀴 구동 이동로봇의 균형제어 실험을 통하여 제안하는 제어방식의 성능을 검증하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제53권11호
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• pp.123-129
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• 2016

본 논문에서는 외바퀴 로봇의 균형 제어 성능을 향상할 목적으로 외란관측기를 사용한다. 외란관측기의 설계는 역 공칭 모델 설계와 Q필터 설계의 두 과정으로 구성된다. 외바퀴 로봇의 역 공칭 모델을 역 스틱 모델로 부터 유도하고 역 공칭 모델의 안정화를 위한 Q필터를 설계한다. 이 과정에서 Q31의 형태를 갖는 필터를 설계하고 Q필터 시정수의 영향에 관한 실험적인 검증 결과를 제시한다. 시정수는 외란 억제 대역폭을 결정하는 역할을 하지만 외란 억제와 센서 잡음 내성은 상보적인 특성을 갖고 있다. 그러므로 전체 시스템을 고려하여 적절한 시정수가 선택되어야만 한다. 이를 해결하기 위해 3개의 서로 다른 시정수가 외란관측기에 각각 사용되었을 때의 제어 성능을 비교하는 실험을 수행한다. 결과 분석을 바탕으로 한 바퀴 로봇의 균형 제어에 대한 외란관측기 설계에 적합한 시정수 변수의 설계 범위를 제안한다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권4호
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• pp.210-217
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• 2014

본 논문에서는 한 바퀴 구동 이동로봇, GYROBO,에 대한 제어를 실험적으로 수행하였다. 이전 자이로보는 제자리에서 밸런싱을 할 경우, 내부의 짐벌이 한 쪽으로 계속 회전하는 현상이 발생하여 결국 넘어지게 되는 결과를 초래하였다. 이 구조적 문제를 보완하여 균형 제어에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험을 통해 구한 게인값을 사용하는 게인 스케줄링 방법을 통해 쏠리는 현상에 대한 해결방법을 찾았고, 자세제어를 더 안정화 시켰다. 또한 주행이 가능한지를 확인하기 위해 직선 경로 주행실험을 하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.895-899
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• 2014

This paper presents the balancing control of a unicycle robot using air power. Since the robot has one wheel to move forward and backward, the balancing control is quite challenging. To control the balancing angle, the accurate angle estimation by a tilt and a gyro sensor is required a priori. A complementary filter is implemented to eliminate the defects of two sensors and to fuse together to estimate an accurate balancing angle. The optimal design of air ducts is found empirically. Experimental studies of the balancing control of a unicycle robot confirm that the robot is well regulated without falling down.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제21권11호
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• pp.1064-1069
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• 2015

Control Moment Gyro (CMG) has been used as an indirect actuator of a single-wheel robot system GYROBO, developed at Chungnam National University. The flip motion of the gimbal system produces the gyroscopic motion onto the body system while the body motion also produces the gyroscopic motion onto the gimbal system inversely. In this paper, the intuitive equation of the inverse gyroscopic effect is derived as the direct relation between the rate of the body system and the rate of the gimbal system. Experiments on the inverse gyroscopic effect under the chaotically generated disturbance are conducted. Experimental data are approximated by a linear equation using the least square method.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.501-507
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• 2013

This paper presents the development and balancing control of GYROBO, a one wheeled mobile robot system. GYROBO is a disc type one wheel mobile robot that has three actuators, a drive motor, a spin motor, and a tilt motor. The dynamics and kinematics of GYROBO are analyzed, and simulation studies conducted. A one-wheeled robot, GYROBO is built and its balancing control is performed. Experimental studies of GYROBO's balancing abilities are conducted to demonstrate the gyroscopic effects generated by the spin and tilt angles of a flywheel.

• 로봇학회논문지
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• 제3권4호
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• pp.331-337
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• 2008

The field of robots is being widely accepted as a new technology today. Many robots are produced continuously to impart amusement to people. Especially the robot which operates with a wheelbarrow was enough of a work of art to arouse excitement in the audiences. All the wheelbarrow robots share the same technology in that the direction of roll and pitch are acting as balance controllers, allowing the robots to maintain balance for a long period by continuously moving forward and backward. However one disadvantage of this technology is that they cannot avoid obstacles in their way. Therefore movement in sideways is a necessity. For the control of rotation of yawing direction, the angle and direction of rotation are adjusted according to the velocity and torque of rotation of a motor. Therefore this study aimed to inquire into controlling yawing direction, which is responsible for rotation of a robot. This was followed by creating a simulation of a wheelbarrow robot and equipping the robot with a yawing direction controlling device in the center of the body so as to allow sideway movements.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.537-542
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• 2014

This paper proposes a control system to keep the balance of a unicycle robot. The robot consists of the disk and wheel, for balancing and driving respectively, and the tile angle is measured and used for balancing by the IMU sensor. A PID controller is designed based on a non-model based algorithm to prove that it is possible to control the unicycle robot without any approximated linear system model such as the sliding mode control algorithm. The PID controller has the advantage that it is simple to design the controller and it does not require an unnecessary complex formula. In this paper, assuming that the pitch and roll axis are dynamically decoupled, each of the two controllers are designed separately. A reaction wheel pendulum method is used for the control of the roll axis, that is, for balancing and an inverted pendulum concept is used for the control of the pitch axis. To confirm the performance of the proposed controllers using MATLAB Simulink, the dynamic equations of the robot are derived.