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문제 정의
- 즉, 검사 로봇은 차체의 폭과 길이가 크기 때문에, 주행로봇의 제어기 설계시 일반적으로 사용하는 로봇 구동축의 중심점과 로봇의 무게중심점이 일치한다는 이상적인 가정을 적용할 수 없고 또한, 관로 내부의 장애물에 의한 외란에 의하여 로봇의 위치와 자세가 바뀔 경우에도 이를 효율적으로 제어할 수 없다. 따라서, 본 논문에서는 양 중심점사이의 거리차를 고려하고, 이를 고려함에 따른 로봇 조향각 및 속도의 응답에 발생하는 과도상태 오차를 해결하고, 장애물에 의한 외란에도 강인한 퍼지 PID 제어기를 제안하였다.
- 그런데 일반적으로 바퀴구동형 로봇의 기구학적 모델링에 서는 구동축의 중심점을 로봇의 중심점과 일치한다고 가정 (λ=0)하는 이상적인 경우에 대하여 제어기를 설계한다 [4],[5],[6],[7], 그러나 본 2자유도 바퀴 구동검사 로봇은 차체 폭과 길이가 크기 때문에 거리차를 무시하는 일반적 가정에 대한 적용이 불가능하다. 따라서, 본 논문에서는 주행/조향제 어의 영향을 미치는 거리차를 포함하여 저〕어기를 설계한다. 식(4)의 기구학적 위치 상태식을 주행선속도(v)와 조향 각속 도 G의 제어입력 #'에 의한 중심점 P의 상태 행 렬식으로 나타내면 다음과 같다.
- 그런데, 본 검사로봇제어에서 실험에 의한 PID게인의 적절한 상하한치 설정의 문제와 안정도 문제는 개선되어야 할 점이라 할 수 있다. 따라서, 이러한 문제는 향후 가변구조 퍼지 Sliding surface 이론을 적용하여 개선하고자 한다.
- 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 논문에서는 일반적인 주행로봇의 기구학적 모델링에서는 고려하지 않는 양 중심점 사이의 거리차(λ)를 포함하여 기구학적 모델 링을 수행하고, 이를 고려함에 따른 로봇 조향각 및 속도의 웅답에 발생하는 과도상태 오차를 해결하고자 하였다. 또한, 관로 내부의 장애물에 의한 외란에도 강인한 제어기를 개발 하고자 하였다.
- 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 논문에서는 일반적인 주행로봇의 기구학적 모델링에서는 고려하지 않는 양 중심점 사이의 거리차(λ)를 포함하여 기구학적 모델 링을 수행하고, 이를 고려함에 따른 로봇 조향각 및 속도의 웅답에 발생하는 과도상태 오차를 해결하고자 하였다. 또한, 관로 내부의 장애물에 의한 외란에도 강인한 제어기를 개발 하고자 하였다. 이를 위하여, 비선형 시스템에 적용이 용이하 며, 외란에 대하여 강인한 제어 특성을 갖는 퍼지 제어기를 도입하여 기존의 PID이득을 조정하는 데 사용하였다
- 본 논문에서는 파손된 하수관의 위치를 검사하는 4바퀴 2 자유도 전륜 바퀴구동 검사로봇의 조향각 및 주행속도를 제어하는 데 있어서의 문제점을 기술하고, 이를 해결할 수 있는 퍼지 PID 제어기를 제안하였다. 즉, 검사 로봇은 차체의 폭과 길이가 크기 때문에, 주행로봇의 제어기 설계시 일반적으로 사용하는 로봇 구동축의 중심점과 로봇의 무게중심점이 일치한다는 이상적인 가정을 적용할 수 없고 또한, 관로 내부의 장애물에 의한 외란에 의하여 로봇의 위치와 자세가 바뀔 경우에도 이를 효율적으로 제어할 수 없다.
가설 설정
- 4m/sec를 갖는 사다리꼴의 형태를갖도록 설정하고, 기준 각속도(#)는 0으로 하였다. 또한, 주행전 로봇의 위치오차와 조향각 오차가 없다고 가정하였다 (로봇의 초기 위치 및 자세 x=0 m, y=0 m, 9 =45° ). 먼저, 이와 같은 조건에서 본 2자유도 바퀴 구동검사 로봇에서 고려된 거리차 λ를 0으로 하는 이상적인 경우에 대한 로봇의퍼지 PID제어와 백스탭핑 제어 추종 결과는 그림 9에서 보는바와 같다.
- 15 m)를 고려함에 따른 영향을 살펴본다. 이 경우에는 실제 관로의 상황을반영하기 위하여, 주행전(관로 투입초기)에 로봇의 위치오차는 없으나, 로봇이 관로에 대하여 비틀어져 있다고 가정하였다(로봇의 초기 위치 및 자세각은 x=0 m, y=0 m, 0=36° ). 그림 10에서는 이와 같은 조건에 대한 각각 제어기의 응답을나타낸 것이다.
- 한국원자력연구소에서는 후미에 레이져 센서 검사장치 를 장착하고, 두 개의 AC 서보모터를 로봇 전륜에 장착하여 차 동으로 바퀴를 구동함으로서 조향과 주행을 제어하는 4바퀴 2자유도 전륜 바퀴구동 검사로봇을 제작하였다[1]. 일반적으 로 연구되고 있는 2자유도 바퀴구동로봇에서 B. d'Andrea Novel, G. Bastin 과 G. Campion[4],[5]는 평지 상에서 로봇 구동축의 중심점과 로봇의 무게중심점이 일치하는 이상적인 경우의 가정으로, 로봇을 기구학적 모델링하고, Path 궤적 추 종 제어와 상태궤환 선형화 방법을 이용 로봇의 위치제어를 구하였다. 그리고 Zhong Ping.
- 추종 결과를 나타낸 그림이다. 전산모사시 선속도와 조향 각속도 및 위치의 기준값은 사례1의 조건과 동일하고, 거리차 λ(=0.15 m)를 고려하였으며, 로봇 주행 시작후 3.5 〜 3.6 sec에서 관로내의 예기치 않은 장애물에 의하여 로봇의자세가 직선 관로에 대하여 5 ° 정도 비틀어진 것으로 가정하였다.
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