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문제 정의
- 본 논문에서는 롤링에 의해 저전력 방식으로 운영되는 한 바퀴 로봇의 균형제어 방법을 제안한다. 피치 방향의 자이로 모션을 고려한 균형 제어를 실현하기 위해서 수직 진동하는 역 스틱 모델을 제안한다.
- 피치의 영향은 롤과 서로 에너지를 공유하는 형태로 작용할 수 있으므로 롤의 진동을 고려한 제어 방법이 필요하게 된다. 본 논문에서는 이들 효과들이 시스템의 안정성에 어떤 방식으로 영향을 주는지를 모델링 분석을 통해서 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 이런 관점에서 요잉 모션이 아닌 롤링 모션의 자이로 효과를 이용한 균형 제어 방법을 제안한다. 상대적으로 작은 자이로 힘을 이용해서도 롤 방향의 모션을 변화할 수 있는 장점이 있지만 지면과의 마찰력이 상대적으로 작아지게 되므로 빠른 민첩성을 얻는 대신 안정성이 저하되는 문제를 갖게 된다[6, 7].
- 본 논문에서는 한 바퀴 로봇의 균형 제어를 위한 새로운 제어 방법을 제안하였다. 제안된 한 바퀴 이동로봇에서 자이로 효과를 이용한 두 개의 제어 개념을 메커니즘의 차이를 이용하여 설명하였고 그 장단점을 비교한 결과를 제시하였다.
가설 설정
- 제어모멘트자이로 내부 플라이휠의 모멘텀의 방향 전환을 지면과 수평인 회전을 사용하며 자이로 효과가 롤과 피치 방향으로 생성이 된다. 로봇이 균일한 질량의 합으로 표현될 수 있고 좌우와 앞뒤의 무게가 균일하다는 가정 하에서 동역학 방정식을 유도한다. 유도된 동역학 방정식의 동적 특성을 위상 궤적 방법을 사용하여 분석한다[17, 18].
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