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[국내논문] 미소운동 변환을 이용한 자율주행 자전거의 기구학 모델
Kinematic Modeling for Autonomous Bicycle Using Differential Motion Transformation 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.8 no.4, 2013년, pp.292 - 297  

이수영 (Electrical and Information Engineering, Seoul National University of Science and Technology)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a new method of kinematic modeling for autonomous bicycle by using the differential motion transformation. Kinematic model is indispensable to trajectory planning and control for an autonomous mobile robot. The conventional methods of kinematic modeling for an autonomous bicycle ...

주제어

#kinematic model   #autonomous bicycle   #differential motion transformation   #Jacobian  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 자율이동 자전거의 기구학 모델을 구하기 위한 미소운동 변환방법을 제안하고자 한다. 자율이동 자전거의 기구학 모델은 이미 [6][7]을 포함한 많은 문헌들에 제시되어 있다.
  • 기하학적 직관에 기반을 둔 기존의 방법들은 다양한 구조의 자율이동 자전거 시스템에 통일적으로 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 좌표계 사이의 미소운동 변환방법에 기반을 둔 체계적인 자율이동 자전거 기구학 모델 방법을 제시하였다. 특히 자전거의 기구학을 일반화하기 위해 탑승자 좌표계의 기구학 모델을 구하였으며, 기존의 기하학적 직관에 근거한 방법으로는 설명하기 어려운 nonholonomy 특성을 활용하였다.

가설 설정

  • 본 절에서는 앞서 설명한 미소운동 변환방법을 이용하여 앞바퀴 구동, 그리고 뒷바퀴 구동인 각각의 경우에 대해서 자율이동 자전거의 속도 기구학을 구한다. 먼저 자율이동 자전거는 2차원 지면상에서 지면에 대해 수직방향으로 균형을 유지하며 운동하는 것으로 가정한다. 본 논문은 기구학 모델링 방법에 관한 논의에 국한하므로 동역학 제어에 의한 균형 유지 문제는 다루지 않는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 사용되는 대부분의 이동로봇은 어떠한 구조를 가지고 있는가? 매니퓰레이터형 로봇의 경우에는 다양한 기구학 모델 방법이 개발되어 있지만, 자율이동 자전거를 포함한 바퀴형 이동로봇은 그 중요성에도 불구하고 체계적인 기구학 모델 방법이 부족한 편이다. 이는 현재 사용되는 대부분의 이동로봇이 단순 구조의 두 바퀴형(bi-wheel)이며, 이 경우에는 직관적으로 쉽게 기구학 모델을 구할 수 있기 때문이다[2]. 그러나 단순 두 바퀴형태를 벗어난 다양한 형태의 이동로봇들의 경우에는 직관적인 방법으로 기구학 모델을 구하기는 어려우며, 분석과 검증을 위한 체계적인 기구학 모델링 방법이 필요하다.
바퀴형 이동로봇에 대해 변환행렬을 이용하여 기구학 모델을 구하는 방법의 특징은 무엇인가? Muir등은 매니퓰레이터형 로봇의 경우와 같이 바퀴형 이동로봇에 대해서도 변환행렬을 이용하여 기구학 모델을 구하는 체계적인 방법을 제안하였다[3]. 이 방법의 특징은 로봇 각 관절에 좌표계를 설정하는데 있어서, Denavit-Hartenburg 규약 대신에 Sheth-Uicker 규약을 이용하고, 2 자유도 이상을 갖는 높은 짝(high pair) 관절에 대해서 순간일치좌표계(Instantaneous Coincident Coordinate System)의 개념을 도입하여 좌표계간의 상대속도를 표현하였다는데 있다. D.
일반적으로 자율 이동로봇에 대한 운동경로 계획과 추종제어를 위해 필수적인 것은 무엇인가? 이를 무인 자율 이동화하는데 있어서는 시스템 제어이론 측면의 여러가지 문제들이 있기 때문에 근래에는 제어 기법 개발의 테스트베드로서 새롭게 많은 관심을 받고 있다[1]. 일반적으로 자율 이동로봇에 대한 운동경로 계획과 추종제어를 위해서는 기구학 모델이 필수적이다. 매니퓰레이터형 로봇의 경우에는 다양한 기구학 모델 방법이 개발되어 있지만, 자율이동 자전거를 포함한 바퀴형 이동로봇은 그 중요성에도 불구하고 체계적인 기구학 모델 방법이 부족한 편이다.
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참고문헌 (9)

  1. J. M. Gallaspy, Gyroscopic stabilization of an unmanned bicycle, M.S. Thesis, Auburn University, USA, 1999. 

  2. D. Shin and K. Park, "Generalized Kinematics Modeling of Wheeled Mobile Robots," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, vol. 19, no. 5, pp. 118-125, 2002. 

  3. P. Muir and C. Neuman, "Kinematic Modeling of Wheeled Mobile Robots," Technical Report No. CMU-RI-TR-80-12, The Robotics Institute, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, 15213, 1986. 

  4. D. Shin, "Robot Velocity Kinematics by Closedloop Chain and ICC," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, vol. 20, no. 4, pp. 103-111, 2003. 

  5. J. Park, S. Kim, and S. Yi, "Development of Stable Ballbot with Omnidirectional Mobility," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 19, no. 1, pp. 40-44, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  6. R. E. Klein, "Using Bicycles to Teach System Dynamics," IEEE Control Systems Magazine, vol. 1. pp. 4-8, 1989. 

  7. G. Indiveri, "Kinematic Time-invariant Control of a 2D Nonholonomic Vehicle," Proc. of IEEE International Conference on Decision and Control, vol. 4, pp. 2112-2117, 1999. 

  8. W. Ham, "Kinematics and Inverse Kinematics in Unmanned Bicycle System," Journal of Korea Robotic Society, vol. 1, no. 1, pp. 73-80, 2006. 

  9. P. McKerrow, Introduction to Robotics, Addison-Wesley, 1990. 

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