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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
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제1항에 있어서,상기 김벌제어유닛은,상기 외바퀴의 동작에 따른 롤링 방향 기준각도와 롤링 방향 기준각속도를 제공하는 기준신호부;상기 자세감지유닛에서 감지하는 롤링 방향 각도와 롤링 방향 각속도를 제공하는 롤링신호부;상기 자세감지유닛에서 감지하는 롤링 방향 각도를 바탕으로 상기 자이로 힘의 수직 성분을 상쇄시키기 위한 오프셋정보를 제공하는 수직제어부;상기 기준신호부의 정보와 상기 롤링신호부의 정보 그리고 상기 수직제어부의 정보를 바탕으로 상기 롤링 방향 각도에 대한 에러와 상기 롤링 방향 각속도에 대한 에러 그리고 상기 롤링 방향에 대한 비례제어게인과 상기 롤링 방향에 대한 미분제어계인을 도출하는 롤링제어부; 및상기 롤링제어부에서 도출되는 정보로부터 계산되는 상기 [수학식 3]의 제어 법칙을 바탕으로 상기 김벌유닛을 제어하는 토크제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇
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제2항에 있어서,상기 김벌제어유닛은, 상기 본체에 대한 상기 김벌유닛의 각도와 상기 김벌유닛의 각속도를 제공하는 틸트전달부;를 더 포함하고,상기 토크제어부는, 상기 [수학식 3]의 제어 법칙과 함께 상기 틸트전달부에서 전달되는 정보를 병합하여 상기 김벌유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇
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제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 외바퀴로봇의 자세를 제어하는 방법이고,상기 김벌유닛을 구동시키는 김벌구동단계;상기 자세감지유닛에서 감지하는 롤링 방향 각도와 롤링 방향 각속도를 제공하는 롤링신호입력단계;상기 외바퀴의 동작에 따른 롤링 방향 기준각도와 롤링 방향 기준각속도를 제공하는 기준신호입력단계;상기 자세감지유닛에서 감지하는 롤링 방향 각도를 바탕으로 상기 자이로 힘의 수직 성분을 상쇄시키기 위한 오프셋정보를 제공하는 수직제어단계;상기 롤링신호입력단계의 정보와 상기 기준신호입력단계의 정보 그리고 상기 수직제어단계의 정보를 바탕으로 상기 롤링 방향 각도에 대한 에러와 상기 롤링 방향 각속도에 대한 에러 그리고 상기 롤링 방향에 대한 비례제어게인과 상기 롤링 방향에 대한 미분제어계인을 도출하는 롤링제어단계; 및상기 롤링제어단계에서 도출되는 정보로부터 계산되는 상기 [수학식 3]의 제어 법칙을 바탕으로 상기 김벌유닛을 제어하는 토크제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 자세제어방법
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제4항에 있어서,보정을 위해 상기 본체에 대한 상기 김벌유닛의 각도와 상기 김벌유닛의 각속도를 확인하는 경사각확인단계;를 더 포함하고,상기 김벌유닛의 각도와 상기 김벌유닛의 각속도가 확인되면,상기 [수학식 3]의 제어법칙과 함께 상기 경사각확인단계에서 전달되는 정보를 병합하여 상기 김벌유닛을 제어하는 경사각제어단계;를 더 포함하며,상기 경사각제어단계를 거치거나, 상기 김벌유닛의 각도와 상기 김벌유닛의 각속도가 확인되지 않으면, 상기 롤링신호입력단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 자세제어방법
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제4항에 있어서,상기 롤링신호입력단계는,상기 롤링 방향 각도를 제공하는 롤링각제공단계; 및상기 롤링 방향 각속도를 제공하는 롤링각속도제공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 자세제어방법
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제4항에 있어서,상기 기준신호입력단계는,상기 롤링 방향 기준각도를 제공하는 기준각제공단계; 및상기 롤링 방향 기준각속도를 제공하는 기준각속도제공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 자세제어방법
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제4항에 있어서,상기 롤링제어단계는,상기 롤링 방향 각도와 상기 롤링 방향 기준각도와 상기 오프셋정보를 바탕으로 상기 롤링 방향 각도에 대한 에러와, 상기 롤링 방향에 대한 비례제어게인을 도출하는 제1롤링제어단계; 및상기 롤링 방향 각속도와 상기 롤링 방향 기준각속도를 바탕으로 상기 롤링 방향 각속도에 대한 에러와, 상기 롤링 방향에 대한 미분제어게인을 도출하는 제2롤링제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 자세제어방법
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