• 한국전자통신학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.941-948
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• 2022

인간의 접근이 어려운 재난 현장에 투입되는 재난 대응 로봇은 재난의 확산 방지 및 피해 최소화를 위해 현장탐색, 인명구조 등의 임무를 수행한다. 재난 현장에는 다양한 장애물이 산재한 험지, 통신 장애, 비가시적인 환경 등 복합적인 요인으로 인해 로봇 운용에 어려움이 있다. 본 논문에서는 직렬연결이 가능한 바퀴 로봇 모듈을 개발하였다. 바퀴 로봇 모듈은 직접 구동이 가능한 로봇 모듈과 수동으로 구동되는 로봇 모듈 두 가지로 개발하였다. 두 개의 직접 구동이 가능한 로봇 모듈과 하나의 수동으로 구동되는 로봇 모듈을 직렬연결하여 하나의 바퀴 로봇을 구성하였다. 로봇 모듈은 1 자유도 회전 관절로 연결되어 바퀴 로봇은 수직 방향으로의 장애물 회피가 가능하다. 바퀴 로봇은 압력 센서만을 이용해 주행과 장애물 극복을 수행하도록 제어하여 비가시적 환경에서 운용할 수 있도록 하였다. 바퀴 로봇의 성능 평가를 위해 두 개의 직접 구동이 가능한 바퀴 로봇 모듈과 한 개의 수동으로 구동되는 바퀴 로봇 모듈을 연결하여 장애물 극복 실험을 수행하였다. 바퀴 로봇은 압력 센서만을 사용해 최대 높이 80 mm의 계단형 장애물을 24.5초의 시간 동안 성공적으로 극복하여 비가시적인 상황에서 주행 및 장애물 극복이 가능함을 확인하였다.

• 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.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제22권5호
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• pp.353-360
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• 2016

In this paper, a DOB (disturbance observer) is designed for the steering stabilization of one-wheeled balancing robot. Based on the simple stick model of the single-wheeled robot, DOBs and the corresponding Q filters are designed. Although the proposed models are simple, DOBs are desired to deal with model uncertainties for the enhanced balancing performance. Experimental studies of two different cases of Q filter design are conducted to evaluate the performances of DOBs. Their performances are compared through balancing control experiments.

• 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.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제8권6호
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• pp.498-505
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• 2002

Reducing odometer errors caused by kinematic imperfections in wheeled mobile robots is imestigated. Wheel diameters and wheelbase are corrected by using encoders without landmarks. A new velocity trajectory is proposed that compensates for an orientation error due to acceleration- resolution constraints on motor controllers. Based on this velocity trajectory, the wheel velocity of one out of two driven wheels may be changed by the traveled distance of the mobile robot. It is shown that a wheeled mobile robot can't move along a straight line exactly, even if kinematic correction are achieved perfectly, and this phenomenon is attributable to acceleration-resolution constraints on motor controllers. We experiment on a wheeled mobile robot with 2 d.o.f. are used in the experiment to verify the proposed scheme.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제18권9호
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• pp.845-853
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• 2012

We propose time-optimal cornering motion trajectory planning and control algorithms for differential wheeled mobile robot with motor actuating voltage constraint, under piecewise constant control input condition. For time-optimal cornering trajectory generation, 1) we considered mobile robot's dynamics including actuator motors, 2) divided the cornering trajectory into one liner section, followed by two cornering section with angular acceleration and deceleration, and finally one liner section, and 3) formulated an efficient trajectory generation algorithm satisfying the bang-bang control principle. Also we proposed an efficient trajectory control algorithm and implemented with an X-bot to prove the performance.

• 로봇학회논문지
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• 제15권3호
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• pp.277-285
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• 2020

A differential drive wheeled robot is a kind of mobile robot suitable for indoor navigation. Model predictive control is an optimal control technique with various advantages and can achieve excellent performance. One of the main advantages of model predictive control is that it can easily handle constraints. Therefore, it deals with realistic constraints of the mobile robot and achieves admirable performance for trajectory tracking. In addition, the intention of the robot can be properly realized by adjusting the weight of the cost function component. This control technique is applied to the local planner of the navigation component so that the mobile robot can operate in real environment. Using the Robot Operating System (ROS), which has transcendent advantages in robot development, we have ensured that the algorithm works in the simulation and real experiment.

• International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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• 제11권1호
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• pp.49-53
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• 2011

Path following of the mobile robot is one research hot for the mobile robot navigation. For the control system of the wheeled mobile robot(WMR) being in nonhonolomic system and the complex relations among the control parameters, it is difficult to solve the problem based on traditional mathematics model. In this paper, we presents a simple and effective way of implementing an adaptive following controller based on the PID for mobile robot path following. The method uses a non-linear model of mobile robot kinematics and thus allows an accurate prediction of the future trajectories. The proposed controller has a parallel structure that consists of PID controller with a fixed gain. The control law is constructed on the basis of Lyapunov stability theory. Computer simulation for a differentially driven nonholonomic mobile robot is carried out in the velocity and orientation tracking control of the nonholonomic WMR. The simulation results of wheel type mobile robot platform are given to show the effectiveness of the proposed algorithm.

• 전자공학회논문지SC
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• 제48권6호
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• pp.1-7
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• 2011

본 논문에서는 역진자 시스템과 이동로봇 시스템의 두 시스템으로 구성된 두 바퀴 구동 이동로봇의 구현 및 제어에 대해 논한다. 제어 목적은 균형을 유지하며 이동하는 것이다. 밸런싱 로봇은 한 점에서 회전이 가능하고 바닥으로 부터의 외란에 강건한 균형을 유지한다. 국부 및 전역 좌표계에서의 제어방식의 시뮬레이션을 수행하였다. 로봇이 대칭을 이루도록 만들어졌기 때문에 균형과 주행제어에 간단한 선형 제어기를 사용하였다. 기울어진 각도를 추출하기 위해 자이로와 기울기 센서를 융합하여 사용하였다. 주어진 원형 경로를 주행하는 실험을 수행하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 심포지엄 논문집 정보 및 제어부문
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• pp.255-257
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• 2007

In this paper, we develop a single wheeled robot that has one wheel to move. The single wheel robot is similar to a rolling disk relying on gyroscopic motions to balance. The Gyrobo consists of three actuators: a spin motor, a tilt motor and a drive motor. The spin motor spins a flywheel at high rate so that it provides the balancing stability to upright the robot. The tilt motor controls steering of the robot by gyroscopic effect. The drive motor make forward accelerated motion to the robot. We have built and tested the Gyrobo to turn and move forward.