• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제15권10호
• /
• pp.129-136
• /
• 2010

본 논문은 2바퀴로 수직 자세를 유지하며 원하는 방향으로 이동할 수 있도록 다수개의 센서를 혼합하여 정확한 각도 정보를 얻을 수 있는 방안과 이를 이용한 로봇주행 방법을 연구하였다. 로봇이 2바퀴로 수직 자세를 취하면 시스템이 안정하기 위하여 항상 앞, 또는 뒤로 넘어지려는 성질을 가진다. 따라서 이를 지속적인 수직상태로 유지하기 위하여 기울어지는 각도 정보가 필요하며 이를 이용하여 기울어지는 방향으로 신속한 자세 제어를 필요로 하게 된다. 본 논문에서는 각속도 정보를 얻을 수 있는 자이로센서와 이를 보상하기위한 방안으로 가속도 센서를 혼합하여 사용하였다. 현재 자이로센서와 가속도센서를 혼합하는 알고리즘은 Kalman Filter가 일반적으로 이용되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 알고리즘을 수행하기 위해서는 고성능의 DSP 프로세서 및 성능이 우수한 시스템을 요구하고 있다. 본 논문에서는 간단하면서 고 효율의 성능을 발휘할 수 있는 자이로센서와 가속도 센서의 혼합 알고리즘과 PID제어를 이용한 자세제어를 연구하였다.

• 로봇학회논문지
• /
• 제6권2호
• /
• pp.130-140
• /
• 2011

This paper proposes an optimal posture for the task-oriented movement of dual arm manipulator. A stability criterion function which consists of three kinds of feature-representative parameters has been utilized to define the optimal posture. The first parameter is the force which is applied to the object. The torque of each joint and position of arm are attained from the current sensor and encoder, respectively. From these two data, the applied force to an object is estimated using sum of vectors of the joint torques estimated from the measured current. In order to investigate the robustness of each posture, the variation of the end-effector from the encoder information has been utilized as the second parameter. And for the last parameter for the optimality, the total energy consumption has been used. The total consuming energy of each posture can be computed from the current information and the battery voltage. The proposed robot structure consists of a mobile inverted pendulum and dual manipulators. In order to define the optimal posture for the each object, external disturbances are applied to the mobile inverted pendulum robot and the first and second parameters are investigated to find the optimal posture among the pre-selected most representative postures. Finally, the proposed optimal posture has been verified by the proposed stability criterion function which consists of total force to the object, the fluctuation of the end-effector position, and total energy consumption. The effectiveness of the proposed algorithms has been verified and demonstrated through the practical simulations and real experiments.

• 전자공학회논문지SC
• /
• 제48권1호
• /
• pp.39-46
• /
• 2011

본 논문은 실내에서 사용할 이동로봇의 구현과 제어에 대한 것이다. 로봇은 두 팔을 가지고 이동할 수 있는 베이스로 구성된다. 로봇은 디자인에 있어 및 가지 특정을 가진다. 첫 번째, 로봇의 허리는 높낮이 조절이 가능하다. 두 번째로 로봇은 접촉인 이동로봇 모드에서 2 점 접촉인 밸런싱 모드로 전환이 가능하다. 마지막으로 로봇은 상제와 하체의 분리 기능을 갖는다. 이동 베이스 부분은 청소작업에 사용이 가능하다.

• 로봇학회논문지
• /
• 제8권2호
• /
• pp.67-74
• /
• 2013

This paper presents interaction force control between a balancing robot and a human operator. The balancing robot has two wheels to generate movements on the plane. Since the balancing robot is based on position control, the robot tries to maintain a desired angle to be zero when an external force is applied. This leads to the instability of the system. Thus a hybrid force control method is employed to react the external force from the operator to guide the balancing robot to the desired position by a human operator. Therefore, when an operator applies a force to the robot, desired balancing angles should be modified to maintain stable balance. To maintain stable balance under an external force, suitable desired balancing angles are determined along with force magnitudes applied by the operator through experimental studies. Experimental studies confirm the functionality of the proposed method.

• 제어로봇시스템학회논문지
• /
• 제22권10호
• /
• pp.826-832
• /
• 2016

A two-wheeled balancing mobile robot (TWBMR) has the characteristics of both nonlinear and underactuated system. In this paper, the disturbances acting on a TWBMR are classified into body disturbance and wheel disturbance. Additionally, we describe a nonlinear disturbance observer, which is suitable as a single input multi-output (SIMO) system for the longitudinal motion of TWBMR. Finally, we propose a reasonable disturbance compensation technique that combines the indirect reference input of equilibrium point and the direct torque compensation input. Simulations and experimental results show that the proposed disturbance compensation method is an effective way to achieve robust postural stability, specifically on inclined terrains.

• 제어로봇시스템학회논문지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.275-284
• /
• 2012

This paper proposes an attitude and direction control of a single wheel balanced robot. A unicycle robot is controlled by two independent control laws: the mobile inverted pendulum control method for pitch axis and the reaction wheel pendulum control method for roll axis. It is assumed that both roll dynamics and pitch dynamics are decoupled. Therefore the roll and pitch dynamics are obtained independently considering the interaction as disturbances to each other. Each control law is implemented by a controller separately. The unicycle robot has two DC motors to drive the disk for roll and to drive the wheel for pitch. Since there is no force to change the yaw direction, the present paper proposes a method for changing the yaw direction. The angle data are obtained by a fusion of a gyro sensor and an accelerometer. Experimental results show the performance of the controller and verify the effectiveness of the proposed control algorithm.

• 조명전기설비학회논문지
• /
• 제27권8호
• /
• pp.42-50
• /
• 2013

The reactionary responses to control human standing dynamics were estimated under the assumption that postural complexity mainly occurs in the mid-sagittal plane. During the experiment, the subject was exposed to continuous horizontal perturbation. The ankle and hip joint rotations of the subject mainly contributed to maintaining standing postural control. The designed mobile platform generated anterior/posterior (AP) motion. Non-predictive random translation was used as input for the system. The mean acceleration generated by the platform was measured as $0.44m/s^2$. The measured data were analyzed in the frequency domain by the coherence function and the frequency response function to estimate its dynamic responses. The significant correlation found between the input and output of the postural control system. The frequency response function revealed prominent resonant peaks within its frequency spectrum and magnitude. Subjects behaved as a non-rigid two link inverted pendulum. The analyzed data are consistent with the outcome hypothesized for this study.

• 한국지능시스템학회논문지
• /
• 제20권4호
• /
• pp.469-475
• /
• 2010

본 논문에서는 두 바퀴로 구동되는 역진자기반의 1인승 차량의 안정적인 균형을 위해 제어기를 설계하였다. 탑승자의 몸무게에 따라 전체 질량이 달라지므로 그에 따른 PID 제어기의 이득값을 실험적으로 구하였다. 이 때 탑승자의 몸무게에 따라 무게 중심이 달라지게 되는데, 이는 밸런싱 각도에 영향을 미치게 된다. 따라서, 안정적인 균형을 이루기 위해서는 몸무게에 따른 목표 밸런싱 각도를 수정하여 제어해야 한다. 다양한 탑승자의 몸무게를 측정하기 위해 차량에 체중계를 달고 측정된 체중 데이터를 컴퓨터로 전송하여 제어기에 적용하였다. 다양한 실험으로 얻은 정보를 사용하여 제어기의 게인 스케줄링을 통하여 보다 안정적인 균형을 유지할 수 있었다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
• /
• 한국컴퓨터정보학회 2011년도 제43차 동계학술발표논문집 19권1호
• /
• pp.279-280
• /
• 2011

2바퀴이상의 로봇은 중심점을 기준으로 안정화가 이루어진다. 그러나 2바퀴이하의 로봇으로 수직 자세를 유지하기 위해서는 로봇자체를 기울여 중심점을 이동하므로 수평을 유지할 수 있다. 그러나 이러한 중심점의 이동은 속도나 방향성분이 같이 출력되므로 정확한 센서의 계산이 요구되고 정밀한 제어를 필요로 한다. 또한 많은 구조물로 인해 장애물 인식 및 자율주행 알고리즘 등이 필요하며 장시간 정보획득과 무인기 연동을 위한 빠른 움직임을 가져야한다. 위의 2조건을 만족하기 위한 구성으로 최근들어 두 바퀴를 가지는 모바일 역진자 로봇에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이는 서비스 및 주행 로봇의 알고리즘이 휴머노이드에서 모바일 역진자 로봇으로 변화되었기 때문이다. 모바일 역진자 로봇은 휴머노이드에 비하여 사용되는 모터의 수가 적고 균형을 잡으려면 관절마다 값비싼 고성능 모터가 필요하며 이를 가동하려면 전력도 많이 소모되며 대용량 배터리를 장착할 수밖에 없게 된다. 반면 바퀴로 움직이는 로봇은 전력이 적게 들고 이동도 쉽다. 따라서 본 연구에서는 IMU를 이용한 간단하면서도 정확한 센서의 연산 방법과 이를 이용한 자세제어 방법을 연구한다.