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문제 정의
- 본 연구에서는 기존의 속도제어 방법과 비교하였을 때 부과적으로 요구되는 센서와 장치 없이 각각의 바퀴에 독립적으로 적용 가능한 견인력 제어 방법을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 각가속도를 기반으로 바퀴의 슬립을 추정하여 토크를 선형적으로 증가시키거나 감소시킨다.
- 본 연구에서는 바퀴의 슬립을 감소시켜 주행로봇의 에너지 효율 높이고 주행성을 확보하기 위한 견인력 제어 기법 및 그에 대한 연구가 수행되었다. 제안된 견인력 제어 알고리즘은 다른 센서와 장치 없이 바퀴의 각속도만을 피드백 (企edback)받아 구현될 수 있다.
- 전술할 것과 같이 제안된 견인력 제어가 효율적으로 작동을 하기 위해서는 로봇의 자세 변화에 의한 각가속도가 바퀴의 슬립에 의해 나타나는 각가속도에 비해 작아야 한다는 사실은 자명하다. 여기서, 본 연구에서는 어느 바퀴에 견인력 제어가 적용되는 것이 가장 효율적인가에 대한 답을 얻을 수 있었다. 로봇의 자세 변화에 의한 각가속도는 중간 바퀴 쌍에서 가장 크다.
- 여기서, 수행된 시뮬레이션은 최적의 제어변수를 산출하기 위한 것이 아니라, 기존의 속도제어 방식과 비교하고 제안된 알고리즘의 적용 가능성을 검증하기 위한 것이다.
- 슬립이 일어나지 않을 조건을 유지하며 복잡한 지형을 로봇이 주행할 경우, 각각의 바퀴는 상대적인 가속과 감속을 하게 된다. 지형을 극복하며 발생하는 각가속도를 바퀴의 슬립으로 오인하지 않기 위해 이에 대한 시뮬레이션이 수행되었다.
가설 설정
- 본 연구에서는 제안된 알고리즘의 제어 변수를 구하기 위해 마찰계수가 시간에 대해 변화가 무시할 만큼 작다고 가정하였다. 최대 정지 마찰계수와 운동 마찰계수가 수학적 유도과정에 필요하였으나, 이 정보가 실질적인 제어 알고리즘 구현에 반드시 필요한 것은 아니다.
- 부정확한 %와 俊에 대한 제안된 알고리즘의 민감도 (sensitivity)를 조사하기 위해 바퀴의 슬립 거리를 관찰 하였고 100N의 수직항력을 가정하였다. 그림 7은 슬립 거리에 대한 마찰계수의 민감도가 낮다는 것을 의미한다.
- 최대 정지 마찰계수와 운동 마찰계수가 수학적 유도과정에 필요하였으나, 이 정보가 실질적인 제어 알고리즘 구현에 반드시 필요한 것은 아니다. 제안된 접근 방법의 충분조건 중 하나는 바퀴의 슬립을 감지하기 위해 토크의 증가에 따라 바퀴가 미끄러져야 한다는 점이다. 접착 영역에서 견인력은 토크에 증가에 따라 증가하는 반면, 슬립 영역에서는 바퀴가 가속되고 슬립이 증가함에 따라 견인력의 변화는 다소 둔감하게 된다.
- 제안된 제어기의 변수를 결정하는 첫 번째 단계로 주행 로봇의 기구학적 불일치성이 바퀴의 각가속도에 영향을 미친다고 가정하였다. 주행로봇이 험지를 극복하는 과정을 시뮬레이션하여, 기구학적 불일치성에 의해 영향을 받는 바퀴의 각가속도 크기를 측정하였다.
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