본 논문에서는 한 바퀴로 구동하는 로봇 GYROBO을 제작하고 하드웨어를 구현하였다. 한 바퀴로 구동하는 로봇은 디스크와 같은 모양이고 자이로 움직임에 의해 균형을 잡는다. GYROBO는 스핀 모터, 기울기 모터, 그리고 드라이브 모터 등 3개의 구동기로 구성되어 있다. 스핀 모터는 고속으로 플라이휠을 구동하여 로봇이 균형을 잡을 수 있도록 한다. 딜트 로터는 자이로 움직임에 따라 로봇의 조향을 조절한다. 드라이브모터는 종방향 움직임을 조정한다. 몇 개의 모델을 디자인하였다. GYROBO의 움직임을 실험을 통해 검증하였다.
In this paper we present cooperation of heterogeneous robot team, composed of a wheeled robot and a helicopter for localization and map building. This heterogeneous robot team can successfully fulfill task by combining the abilities of both robots than single robot because wheeled robot and helicopter have complementing ability. The scenario describes a tightly cooperative task, where the wheeled robot move carrying the helicopter and detect obstacles, if there are obstacles, helicopter take off for map building and land, then robot team move destination avoiding obstacles. We present PID controller for position control of helicopter and transformation algorithm to global coordinate from image pixel coordinate. Experimental result show that the proposed method is valid.
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.
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.
Accurate kinematic parameters of mobile robots are essential because inaccurate kinematic model produces considerable uncertainties on its odometry and control. Especially, kinematic parameters of caster type mobile robots are important due to their complex kinematic model. Despite the importance of accurate kinematic parameters for caster type mobile robots, few research dealt with the calibration of the kinematic model. Previous study proposed a calibration method that can only calibrate double-wheeled caster type mobile robot and requires direct-measuring of robot center point and distance between casters. This paper proposes a calibration method based on geometric approach that can calibrate single-wheeled caster type mobile robot with two or more casters, does not require direct-measuring, and can successfully acquire all kinematic parameters required for control and odometry. Simulation and hardware experiments conducted in this paper validates the proposed calibration method and shows its performance.
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.
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.
There have been lots of interest on service and entertainment robots. To ensure that robots work in harmony with humans, their stability and compactness are some of the key issues. Obviously, robots with fewer wheels occupy a smaller floor area compared to those with more wheels. In addition, robots with fewer wheels, whose posture stabilities are maintained by feedback control, are stable even under larger accelerations and/or higher locations of the center of mass. To facilitate controller design, it is assumed that both pitch and roll dynamics are decoupled. The dynamic equations of motion for the proposed robot are derived from the Euler-Lagrange equation. To obtain the optimal balancing control law, linear quadratic regulator control methods are applied to the linearized dynamic equations. Simulation and experimental results verify the effectiveness and performance of the proposed balancing control algorithm for a single-wheeled mobile robot.
Conventional two-wheeled balancing robots are limited in terms of turning speed because they lack the lateral motion to compensate for the centrifugal force needed to stop rollover. In order to improve lateral stability, this paper suggests a two-wheeled balancing mobile platform equipped with a tilting mechanism to generate roll motions. In terms of static force analysis, it is shown that the two-body sliding type tilting method is more suitable for small-size mobile robots than the single-body type. For the mathematical modeling, the tilting-balancing platform is assumed as a 3D inverted pendulum and the four-degrees-of-freedom equation of motion is derived. In the velocity/posture control loop, the desired tilting angle is naturally determined according to the changes of forward velocity and steering yaw rate. The efficiency of the developed tilting type balancing mobile platform is validated through experimental results.
Passive velocity field control (PVFC) was previously developed for fully mechanical systems, in which the motion task was specified by behaviors in terms of a velocity field and the closed-loop was passive with respect to the supply rate given by the environment input. However, the PVFC was only applied to a single manipulator. The proposed control law was derived geometrically and the geometric and robustness properties of the closed-loop system were also analyzed. In this paper, we propose a virtual passivity-based algorithm to apply decentralized control to multiple 3wheeled mobile robotic systems whose subsystems are under nonholonomic constraints and convey a common rigid object in a horizontal plain. Moreover, it is shown that multiple robot systems ensure stability and the velocities of augmented systems converge to a scaled multiple of each desired velocity field for cooperative mobile robot systems. Finally, the application of proposed virtual passivity-based decentralized algorithm via system augmentation is applied to trace a circle and the simulation results is presented in order to show effectiveness for the decentralized control algorithm proposed in this research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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