최근 로봇 제어에 관한 연구를 보면 밸런싱 로봇에 관한 연구가 주류를 이루고 있다. 밸런싱 로봇이란, 두 바퀴의 구조를 가진 도립진자 형태의 로봇으로써 균형을 유지하도록 각도센서와 모터의 힘을 이용하여 몸체의 균형을 제어하는 로봇이다. 두 개의 모터를 구동력으로 갖는 밸런싱 로봇의 구조적 특징은 대표적인 불안정한 비선형 시스템으로써, 3개의 입력과 6개의 상태변수로 표현되는 MIMO 구조의 시스템이고, 또한 제어 대상인 상태변수의 갯수보다 액추에이터의 갯수가 적은 언더 액추에이티드 시스템이며, 기울기뿐만 아니라 ...
최근 로봇 제어에 관한 연구를 보면 밸런싱 로봇에 관한 연구가 주류를 이루고 있다. 밸런싱 로봇이란, 두 바퀴의 구조를 가진 도립진자 형태의 로봇으로써 균형을 유지하도록 각도센서와 모터의 힘을 이용하여 몸체의 균형을 제어하는 로봇이다. 두 개의 모터를 구동력으로 갖는 밸런싱 로봇의 구조적 특징은 대표적인 불안정한 비선형 시스템으로써, 3개의 입력과 6개의 상태변수로 표현되는 MIMO 구조의 시스템이고, 또한 제어 대상인 상태변수의 갯수보다 액추에이터의 갯수가 적은 언더 액추에이티드 시스템이며, 기울기뿐만 아니라 조향도 동시에 제어해야 하기 때문에 제어에 어려움이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 밸런싱 로봇의 동역학적 모델의 해석으로부터 기울기와 조향이 독립되어 있어 서로 영향을 받지 않는 것을 증명하고, 다변수 시스템에 적합한 제어기로써 두 개의 LQR 제어기 구조를 갖는 시스템을 제안하였다. 또한 제안한 제어시스템의 성능을 입증하기 위하여 밸런싱 로봇의 두 가지 자세제어에 적용하여 모의실험과 실험을 수행하였고, PID 제어기와의 비교평가를 통하여 그 우수성을 검증하였다.
최근 로봇 제어에 관한 연구를 보면 밸런싱 로봇에 관한 연구가 주류를 이루고 있다. 밸런싱 로봇이란, 두 바퀴의 구조를 가진 도립진자 형태의 로봇으로써 균형을 유지하도록 각도센서와 모터의 힘을 이용하여 몸체의 균형을 제어하는 로봇이다. 두 개의 모터를 구동력으로 갖는 밸런싱 로봇의 구조적 특징은 대표적인 불안정한 비선형 시스템으로써, 3개의 입력과 6개의 상태변수로 표현되는 MIMO 구조의 시스템이고, 또한 제어 대상인 상태변수의 갯수보다 액추에이터의 갯수가 적은 언더 액추에이티드 시스템이며, 기울기뿐만 아니라 조향도 동시에 제어해야 하기 때문에 제어에 어려움이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 밸런싱 로봇의 동역학적 모델의 해석으로부터 기울기와 조향이 독립되어 있어 서로 영향을 받지 않는 것을 증명하고, 다변수 시스템에 적합한 제어기로써 두 개의 LQR 제어기 구조를 갖는 시스템을 제안하였다. 또한 제안한 제어시스템의 성능을 입증하기 위하여 밸런싱 로봇의 두 가지 자세제어에 적용하여 모의실험과 실험을 수행하였고, PID 제어기와의 비교평가를 통하여 그 우수성을 검증하였다.
Balancing robot shows nonlinear behavior around the unstable equilibrium point and it is a kind of underactuated system using only two driving wheels to balance the robot. In this paper, we get state equations based on wheel’s rotation, tilt and steering are independent each other in balancing the r...
Balancing robot shows nonlinear behavior around the unstable equilibrium point and it is a kind of underactuated system using only two driving wheels to balance the robot. In this paper, we get state equations based on wheel’s rotation, tilt and steering are independent each other in balancing the robot. Accordingly, we propose the two LQR controller, which are appropriate for rotation and steering control of the balancing robot. And its superiority and appropriateness is demonstrated by comparison to a simple PID method. Simulation results verify the possibility of upright balancing, rectilinear motion and position control. Moreover, experimental results show that it guarantees the performance to apply the two LQR controller to balance the robot.
Balancing robot shows nonlinear behavior around the unstable equilibrium point and it is a kind of underactuated system using only two driving wheels to balance the robot. In this paper, we get state equations based on wheel’s rotation, tilt and steering are independent each other in balancing the robot. Accordingly, we propose the two LQR controller, which are appropriate for rotation and steering control of the balancing robot. And its superiority and appropriateness is demonstrated by comparison to a simple PID method. Simulation results verify the possibility of upright balancing, rectilinear motion and position control. Moreover, experimental results show that it guarantees the performance to apply the two LQR controller to balance the robot.
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