외바퀴로봇과 외바퀴로봇의 자세제어방법

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특허권자 : 충남대학교산학협력단

요약 : 본 발명은 외바퀴로봇에서 자이로 효과에 의해 생성되는 자이로 힘의 수평 성분과 수직 성분에 의한 커플링 모션을 제어함으로써, 자세제어 안정성을 향상시킬 수 있는 외바퀴로봇과 외바퀴로봇의 자세제어방법에 관한 것이다. 이를 위해 외바퀴로봇은 본체와, 본체에 회전 가능하게 결합되는 외바퀴와, 외바퀴를 회전시키는 드라이브유닛과 자세 유지를 위해 자이로 효과가 발생되도록 본체에 회전 가능하게 결합되는 김벌유닛과, 상기 본체의 자세를 감지하는 자세감지유닛과, 자세감지유닛에서 감지되는 자세를 바탕으로 외바퀴의 동작에 따라 김벌유닛의 동작을 제어하는 김벌제어유닛을 포함한다.

대표청구항 : 본체;상기 본체에 회전 가능하게 결합되는 외바퀴;상기 본체에 구비되어 상기 외바퀴를 회전시키는 드라이브유닛;상기 외바퀴의 피칭(pitching) 방향 동작과 롤링(rolling) 방향 동작과 요잉(yawing) 방향 동작에 따른 자세 유지를 위해 자이로 효과가 발생되도록 상기 본체에 회전 가능하게 결합되는 김벌유닛;상기 외바퀴의 동작에 따른 상기 본체의 피칭 방향, 롤링 방향, 요잉 방향 자세를 감지하는 자세감지유닛; 및상기 자세감지유닛에서 감지되는 자세를 바탕으로 상기 외바퀴의 동작에 따라 상기 김벌유닛의 동작을 제어하는 김벌제어유닛;을 포함하고,상기 김벌제어유닛은,상기 자세감지유닛에서 감지되는 롤링 방향 각도와 롤링 방향 각속도를 바탕으로 자이로 효과에 의해 생성되는 자이로 힘의 수평 성분과 수직 성분을 이용하여 아래의 [수학식 3]의 제어 법칙을 만족하는 커플링 모션을 통해 상기 김벌유닛의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇.[수학식 3][이미지]여기서, F는 자이로 효과에 의해 생성되는 자이로 힘이고, Fh는 수평 성분의 힘이며, Fv는 수직 성분의 힘이고, Kp는 상기 롤링 방향에 대한 비례제어게인이며, Kd는 상기 롤링 방향에 대한 미분제어게인이고, e는 상기 롤링 방향 각도에 대한 에러이며, e(도트)는 상기 롤링 방향 각속도에 대한 에러이고, θf는 상기 자세감지유닛에서 감지되는 롤링 방향의 각도이며, β는 수직 성분에 대한 게인이다.

상세링크 : http://newsd.wips.co.kr/wipslink/api/dkrdshtm.wips?skey=3517084001017