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횡단경사면에서 지능형 보행보조로봇의 직진성 향상 방안 연구
The Study of Methods for Improve the Linearity of the Walking Assistant Robot to Move on Lateral Slopes 원문보기

Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea = 전자공학회논문지, v.50 no.1, 2013년, pp.261 - 268  

이원영 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  엄수홍 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  장문석 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  권오상 (한국산업기술대학교 전자공학과) ,  이응혁 (경기과학기술대 기계자동화과)

초록
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본 논문은 지능형 보행보조로봇이 횡단경사면주행에 있어 직진성 향상 알고리즘을 제안한다. 보행보조로봇은 횡단경사면주행시 로봇의 무게와 경사도에 의해 발생되어지는 회전모멘트의 영향을 받아 경로 이탈을 하게 된다. 이를 보정하기 위해 사용자가 입력하는 목표 회전각속도와 로봇의 회전각속도와의 비교를 통해 각 구동축에 가중치를 인가하는 알고리즘을 적용하였다. 제안한 보정 제어기를 실\제 보행보조로봇에 적용한 결과 횡단경사면 이동시 Yaw 축 이탈거리는 무보정 실험의 경우 발산하지만 Yaw 보정 알고리즘을 적용하였을 경우에는 이탈거리가 최대 20cm 이내로 안정적인 주행을 하는 것을 확인할 수 있었으며, 이탈거리 변화율 또한 300cm 이후 안정화되어 더 이상의 변화가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose the algorithm that improves the linearity of the walking assistant robot on lateral slopes. The walking assistant robot goes out of the course due to the rotational moment which is caused by the weight of the robot and the slope. To compensate this, we give the weight to ea...

주제어

#Lateral Slopes   #Walking Assistant Robot   #Yaw-Axis Control  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 노면 특성 강화를 위해 Yaw Moment 보상 제어기를 사용하고 횡단 경사면 주행에 있어서 빠른 주행 응답 시간을 보장하기 위해 미분 제어기를 추가하는 방법을 제안하여 횡단 경사면에서 직진성을 보장할 수 있도록 하였다.

가설 설정

  • 본 실험은 후륜형 보행보조로봇을 이용하여 횡단 경사면에서 이동을 시작하며 보행의지를 직진으로만 가정한 실험을 하였다. 향후 다양한 보행의지가 접목된 실험을 실시하여 본 논문에서 제시한 보정 알고리즘 적용전과 후의 이동시 이탈면적을 비교하여 사용사의 보행편리성 및 정확성 평가가 실시되어야 할 것이다.
  • 실험은 횡단 경사면의 보행보조로봇에 경사 의한 회전모멘트 외에 추가 외력이 없다고 가정하며, 이동 중장애물이 없는 환경에서 보행보조로봇이 횡단경사면상에 정지 대기후 이동하여 정지하는 상황을 모델로 하고, 실험 항목은 무보정 제어기 구동, YAW 축 보정 제어기 적용 구동으로 2개의 항목에 대해 실험을 한다. 다음 그림 8은 실험을 실시한 경사면의 모습이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 제안한 Yaw 보정 알고리즘이란 어떤 방법인가? 본 논문은 후륜형 보행보조로봇이 횡단 경사면 주행에서 틀어짐 현상에 대해 분석하고 직진성을 향상 시키기위한 Yaw 보정 알고리즘을 제안하였다. 제안된 극복방법은 로봇의 내부의 Yaw축 자이로스코프를 장착하여 사용자의 입력 각속도와 로봇의 주행 중 로봇의 회전각속도를 비교하여 보정하는 알고리즘으로 별도의 엔코더나 홀센서와 같은 속도 감지 장치의 사용 없이 횡단 경사면 이동에 따른 직진성 확보 방법이다. 제안된 알고리즘의 제어성능을 비교한 결과 1.
Toshinobu의 전동휠체어의 단점은? Toshinobu의 전동휠체어[8]는 Yaw Moment 보상을 사용하는 방법을 연구하다. 이는 사용자의 입력 각속도를 입력받아 휠체어의 Yaw 축 각속도와의 비교를 통해 보정하고, Roll 각도에 따른 보정값을 적용하는 방법으로 별도의 속도측정 센서 없이 출력을 보정할 수 있고 미끄러짐 등의 노면 특성에 강인하다는 다는 장점이 있지만, 경사로 주행에 있어서 비례 적분 제어기만 사용하였기 때문에 주행 응답시간이 느려 횡단 경사면주행에서 직진 주행을 위해서는 오랜 적응 시간이 필요하다는 단점을 가지고 있다.
보행보조로봇이 경사면에 위치해 있을 경우 수평방향으로 존재하는 힘은 어떤 작용을 하는가? 보행보조로봇이 경사면에 위치 해 있을 경우 수평방향으로 존재하는 힘은 로봇을 미는 힘으로 작용하며, 이는 종단 경사면을 따라 이동 동작과 정지 동작 할 때 극복 요인으로 작용한다.
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참고문헌 (10)

  1. 전경진, "실버공학기술개발", 한국정밀공학회, 제21권 제1호, pp.11-16, 2004.1 

  2. 전경희, "노인생활실태 및 복지욕구조사", 한국보건사회연구회, 보건복지포럼, pp.50-56, 2005.3 

  3. 심현민, 정치연, 이응혁, "노령자의 생활지원을 위한 지능형 보행보조 로봇 기술", 전자공학회지, 제33권 제7호, pp26-41, 2006.7 

    원문보기 상세보기

  4. 최혁재, 강성재, 권칠용, 류제청, 이석민, 문무성, "고령자 보행보조로봇 제어기법 연구", 제어로봇시스템학회 논문지, 제16권 제9호, pp823-826, 2010.9 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. 이동광, 공정식, 고민수, 이응혁, "비평탄지형에서의 보행의지파악 센서 진동량 감쇠 알고리즘 개발", 한국지능시스템학회, 제21권 제1호, pp42-48, 2011. 2 

    원문보기 상세보기 crossref

  6. Kim K, Nam K, Oh S, Fujimoto H and Hori Y, "Yaw Motion Control of Power-assisted Wheelchairs under Lateral Disturbance Environment", IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, pp4256-4261, Nov. 2011. 

  7. Yasuhisa Hirata, Asami Hara, Kazuhiro Kosuge, "Motion Control of Passive Intelligent Walker Using Servo Brakes", IEEE Transactions on Robotics, vol23, No 5, pp981-990, Oct. 2007. 

    상세보기 crossref

  8. Takei T, Suzuki Y, Matsumoto O, Adachi Y, Sasaki Y, Kamo M, "Development of assistive technologies for safe operation of electric wheelchairs on sloping sidewalks and grade height differences", System Integration (SII), IEEE/SICE International Symposium, pp43-48, Sendai, Japan, Dec. 2010. 

  9. C. E. Brubaker, "Effects of side slope on wheelchair performance", Journal of Rehabilitation Research and Development vol. 23 No. 2, pp55-57, 1986. 

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  10. 김종환, "Robot Soccer System", 과학문화사, pp 13-17, 1999. 

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