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바퀴구름운동을 고려한 역진자 로봇의 주행
Driving of Inverted Pendulum Robot Using Wheel Rolling Motion 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.5 no.2, 2010년, pp.110 - 119  

이준호 (부산대학교 전자전기공학과) ,  박치성 (부산대학교 전자전기공학과) ,  황종명 (부산대학교 전자전기공학과) ,  이장명 (부산대학교 전자전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper aims to add the autonomous driving capability to the inverted pendulum system which maintains the inverted pendulum upright stably. For the autonomous driving from the starting position to the goal position, the motion control algorithm is proposed based on the dynamics of the inverted pe...

주제어

#Inverted Pendulum   #Jacobian   #Autonomous Driving   #Encoder   #Dynamics  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문은 기존의 역진자 시스템에 자동 주행을 위한 기술을 접목한 역진자 로봇에 관한 것으로, 기존의 2차원 모바일 로봇 기구학 모델을 3차원으로 확장하여 직교좌표 공간과 관절좌표 공간의 관계를 나타내는 자코비안을 새롭게 유도하였다. 역진자 시스템의 특성을 고려해 볼 때, 역진자와 바퀴는 항상 연동되어야 하기 때문에 바퀴 구름운동은 필수적으로 고려되어야 한다.
  • 역진자 로봇의 자동 주행은 모바일 플랫폼에 역진자가 부착되어 역진자의 균형유지와 동시에 바퀴의 구름운동이 고려되어야 하는 시스템이기 때문에 역진자와 바퀴의 연동관계를 수학적으로 모델링 하는 것은 매우 복잡하다. 이러한 이유로 본 논문에서는 기존의 역진자 시스템에 자동 주행(autonomous driving) 기술을 접목하기 위하여 기구학 모델 기반의 자코비안과 바퀴 구름운동을 고려한 동역학 모델을 새롭게 유도하고, 역진자와 바퀴의 인코더 센서를 이용하여 출발지점에서 목표지점까지 직선 주행 실험 결과를 제시한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동 주행을 위한 모바일 로봇의 구동방식에는 무엇이 있는가? 최근 모바일 로봇은 자동화 산업의 발전과 함께 무인화 기술의 접목을 시도하고 있으며, 산업 현장에서 자동주행 로봇을 도입하여 생산 효율을 증가시키는 사례가 늘어나고 있는 상황이다. 자동 주행을 위한 모바일 로봇의 구동 방식은 적용 환경에 따라 바퀴, 다리, 무한궤도나 이것을 혼합한 방식을 이용하지만, 일반적으로 바퀴 방식이 많이 활용 된다. 구조적인 측면에서 바퀴의 형태는 고정 바퀴, 조향 바퀴, 편심 거리가 있는 조향 바퀴(캐스터 바퀴)와 Swedish 바퀴로 분류 된다[1].
역진자 로봇에서 필수적으로 고려해야할 것은 무엇인가? 본 논문은 기존의 역진자 시스템에 자동 주행을 위한 기술을 접목한 역진자 로봇에 관한 것으로, 기존의 2차원 모바일 로봇 기구학 모델을 3차원으로 확장하여 직교좌표 공간과 관절좌표 공간의 관계를 나타내는 자코비안을 새롭게 유도하였다. 역진자 시스템의 특성을 고려해 볼때, 역진자와 바퀴는 항상 연동되어야 하기 때문에 바퀴 구름운동은 필수적으로 고려되어야 한다. 역진자가 갖는 불안정한 비선형 특성과 모바일 로봇의 바퀴가 갖는 nonholonomic 특성을 결합하여 역진자 로봇의 동역학 방정식을 제시하였다.
기존의 역진자 시스템의 현실은 무엇인가? 최근에는 이륜 역진자 로봇이 근거리 이동수단으로서 주목을 받기 시작하면서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며[10, 11], 자이로 센서의 누적오차를 줄이기 위하여 센서 융합을 이용하는 연구도 진행되고 있다[12]. 하지만 기존의 역진자 시스템은 대부분 탑승자에 의해 불안정한 상태가 제어되는 반자동 시스템(semi-autonomous system)으로 구성되며, 역진자의 균형 유지를 위한 자세 제어에 초점이 맞추어져 있기 때문에 자동 주행을 위한 연구는 미흡한 실정이다. 역진자 로봇의 자동 주행은 모바일 플랫폼에 역진자가 부착되어 역진자의 균형유지와 동시에 바퀴의 구름운동이 고려되어야 하는 시스템이기 때문에 역진자와 바퀴의 연동관계를 수학적으로 모델링 하는 것은 매우 복잡하다.
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참고문헌 (12)

  1. T. Takahashi, E. Nakano, Y. Mori, and K. Takayama, "A study on the mechanism and control of omni-directional vehicle," Proc. of RSJ/IEEE Conf. of Intelligent Robots and systems, pp.52- 59, 1996. 

  2. P. F. Mur, and C. P. Neuman, "Kinematic modeling of wheeled mobile robots," Journal of Robotic Systems, Vol.4, No.2, pp.281-340, 1987. 

    상세보기 crossref

  3. G. Campion, G. Bsatin, and B. D'Andrea-Novel, "Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots," IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol.12, No.1, 1996. 

  4. P. Morin and C. Samson, "Practical stabilization of Driftless systems on lie groups: The transverse function approach," IEEE Trans. Automation and Control, Vol.48, No.9, pp.1496-1508, 2003. 

    상세보기 crossref

  5. K. Kozlowski, and D. Pazderski, "Modeling and control of a 4-wheel skid-steering mobil robot," Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., Vol.14, No.4, pp.477-496, 2004. 

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  6. 송재복, 김정근, "조향 가능한 전방향 바퀴를갖는 전방향 이동로봇의 에너지 효율 개선", 제어.자동화.시스템공학논문지, 제11권, 제8호, pp.696-703, 2005. 

    원문보기 상세보기

  7. V. D. Furasov, "Construction of controlled systems using specified estimates for the transients," VDC 62-50, No.1, pp.23-29, Jan., 1973. 

  8. J. S. Wanf and C. S. Lee, "Self-adaptive recurrent neuro-fuzzy control of an autonomous underwater vehicle," IEEE Trans. on Robotics and Automations, Vol.19, No.2, pp.283-295, 2003. 

    상세보기 crossref

  9. S. Omaut, T. Fujinaka, and M. Yoshioka," Neuropid control for inverted single and double pendulum," IEEE Conf. on Systems, Man and Cybernetics, pp.8-11, 2000. 

  10. Rong-Jong Wai and Li-Jung Chang, "Adaptive Stabilizing and Tracking Control for a Nonlinear Inverted-Pendulum System via Sliding-Mode Techniqe," IEEE Trans. Industrial Electronics, Vol.53, No.2, pp.674-692, Apr., 2006. 

    상세보기 crossref

  11. Danielle Sami Nasrallah, Hannah Michalska, and Jorge Angeless, "Controllability and Posture Control of a Wheeled Pendulum Moving on an Inclined Plane," IEEE Trans. Robotics, Vol.23, No.3, pp.564-577, June, 2007. 

    상세보기 crossref

  12. 윤재무, 이재경, 이장명, "모바일 역진자의 효율적 수평 유지 기법", 제어.로봇.시스템학회논문지, 제 13권, 제7호, pp.631-636, July, 2007. 

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