KR101270629B1 - Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg - Google Patents

Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg Download PDF

Info

Publication number
KR101270629B1
KR101270629B1 KR1020110143103A KR20110143103A KR101270629B1 KR 101270629 B1 KR101270629 B1 KR 101270629B1 KR 1020110143103 A KR1020110143103 A KR 1020110143103A KR 20110143103 A KR20110143103 A KR 20110143103A KR 101270629 B1 KR101270629 B1 KR 101270629B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rover
motor
angle
attitude control
speed
Prior art date
Application number
KR1020110143103A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
엄위섭
김연규
이주희
Original Assignee
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국항공우주연구원 filed Critical 한국항공우주연구원
Priority to KR1020110143103A priority Critical patent/KR101270629B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101270629B1 publication Critical patent/KR101270629B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • B25J19/021Optical sensing devices
    • B25J19/022Optical sensing devices using lasers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • B25J19/04Viewing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

PURPOSE: A driving method of a multi-joint rover for exploring a planet is provided to minimize consumption of the power and to secure driving safety by driving each motor through a motor control input value stored at an operational database. CONSTITUTION: A driving method of a multi-joint rover(100) for exploring a planet comprises the following steps: a step of setting target rotation angle of each position control motor; a step of maintaining level of an upper platform(110); a step of setting moving angle of the rover by recognizing steering angle of a current rover and controlling a steering motor according to predetermined moving angle; and a step of setting speed of a wheel by a position control unit and controlling a driving motor(158) according to the predetermined speed.

Description

행성탐사용 다관절 로버의 주행방법 {DRIVING METHOD FOR PLANETARY EXPLORATION ROVER HAVING MULTI JOINT AND LEG}DRIVING METHOD FOR PLANETARY EXPLORATION ROVER HAVING MULTI JOINT AND LEG}

본 발명은 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자세제어모터, 조향모터 및 주행모터의 기하학적 상관관계를 정의한 동작 DB(database)에 저장된 모터 제어 입력값을 통한 각 모터를 구동하여 전력 소모의 최소화와 주행안정성의 확보로 행성탐사용 다관절 로버의 임무 수행 시간이 연장되는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법에 관한 것이다.The present invention relates to a driving method of the articulated rover for planetary exploration, and more particularly, each motor through a motor control input value stored in an operation DB (database) defining geometrical correlations between the attitude control motor, the steering motor, and the driving motor. The present invention relates to a method of driving a planetary exploration articulated rover that minimizes power consumption and secures driving stability by prolonging the mission time of the planetary exploration articulated rover.

행성탐사용 로버의 주행에 있어 장애물이나 노면 환경에 따른 모터 구동의 최소화를 통한 전력 소모의 최소화와 주행안정성 확보는 필수적인 사항이다.Minimizing power consumption and securing driving stability by minimizing motor driving due to obstacles or road surface conditions are essential for the operation of the planetary rover.

기존의 행성탐사용 로버의 주행장치는 크게 트랙형, 바퀴형, 다리형 등으로 분류할 수 있다. 트랙형 로버의 주행은 지면과의 접촉면이 넓으므로 높은 안정도 확보가 용이하고 시스템적으로 간단하지만, 주행시 트랙과 지면과의 넓은 마찰면적으로 인해 에너지 손실이 크고, 한쪽 트랙의 고장 발생시 주행이 불가능한 문제점이 있다.Existing planetary rover's traveling device can be classified into track type, wheel type and leg type. The track-type rover has a large contact surface with the ground, so it is easy to secure high stability and is simple in terms of system.However, the large friction area between the track and the ground causes a large loss of energy. There is this.

바퀴형 로버의 주행은 간단한 알고리즘으로 빠른 속도와 많은 탑재체를 탑재할 수 있지만, 바퀴 지름보다 큰 장애물 극복이나 노면의 이격과 같은 주행환경에서는 목적지 도달을 위해 주행 경로를 수정해야 하는 단점이 있다.The driving of the wheeled rover can be equipped with a high speed and many payloads with a simple algorithm. However, in a driving environment such as overcoming obstacles larger than the diameter of the wheel or the separation of the road surface, the driving route has to be modified to reach the destination.

다리형 로버의 주행은 경사나 편경사면, 큰 장애물 등과 상황에서 로버의 주행안정성을 유지하기 용이하므로 지형에 대한 정보가 부족한 환경에 활용하는 것이 적합하다.The leg-type rover is easy to maintain the stability of the rover in a situation such as slopes, superelevation slopes, large obstacles and the like, it is suitable to use in an environment lacking information on the terrain.

상기와 같은 종래의 행성탐사용 다관절 로버(100)는, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, LRF(Laser Range Finder)(120), TOF(Time OF Flight) 카메라(130), 자이로 센서(미도시), 기울기 센서(미도시) 및 가속도 센서(미도시)가 장착되는 상부 플랫폼(110)과, 상부 플랫폼(110)을 지지하는 하부 플랫폼(140)과, 하부 플랫폼(140)의 하부면에 다수로 설치되어 다수의 자세제어모터(157)에 의해 링크(151, 152, 153, 154)들이 다자유도 운동을 함과 동시에 조향모터(156)에 의해 조향되고 주행모터(158)에 의해 휠(155)을 회전시켜 주행하는 주행모듈을 포함하여 구성된다.Conventional planetary articulated rover 100 as described above, as shown in Figures 1 to 4, LRF (Laser Range Finder) 120, TOF (Time of Flight) camera 130, gyro sensor ( The upper platform 110 on which the tilt sensor (not shown) and the acceleration sensor (not shown) are mounted, the lower platform 140 supporting the upper platform 110, and the lower surface of the lower platform 140. A plurality of posture control motors 157 are installed in the plurality of links 151, 152, 153, 154 by the steering motor 156 and the steering motor 158 at the same time to perform the multiple degree of freedom movement It is configured to include a traveling module for driving by rotating the wheel 155.

상기와 같은 종래의 행성탐사용 다관절 로버(100)는 자세제어모터(157)에 의해 상부 플랫폼(110)이 수평을 유지하고, 조향모터(156)에 의해 행성탐사용 다관절 로버(100)가 조향되어 주행모터(158)의 작동에 의해 이동된다.In the conventional planetary rover articulated rover 100 as described above, the upper platform 110 is kept horizontal by the attitude control motor 157, and the planetary articulated articulated rover 100 is controlled by the steering motor 156. Is steered and moved by the operation of the traveling motor 158.

이러한 행성탐사용 다관절 로버(100)는 여러 가지 노면 상황에서 정밀 부품들이 탑재된 상부 플랫폼(100)의 수평 유지로 시스템의 안정성 확보와 불필요한 자세제어모터(157) 및 주행모터(158)의 구동을 제한함으로써 전력 소모의 최소화를 통한 행성탐사의 임무 수행 시간을 연장하여야 하는 필요성이 대두되고 있다.The planetary rover articulated rover (100) secures system stability and drives unnecessary posture control motor (157) and driving motor (158) by horizontally maintaining the upper platform (100) on which precision components are mounted in various road conditions. By limiting this problem, the necessity of prolonging the mission of planetary exploration through minimizing power consumption is emerging.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자세제어모터, 조향모터 및 주행모터의 기하학적 상관관계를 정의한 동작 DB(database)에 저장된 모터 제어 입력값을 통한 각 모터를 구동하여 전력 소모의 최소화와 주행안정성의 확보로 행성탐사용 다관절 로버의 임무 수행 시간이 연장되는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to drive each motor through the motor control input value stored in the operation DB (database) that defines the geometric correlation of the attitude control motor, steering motor and driving motor It is to provide a driving method of the planetary exploration articulated rover that minimizes the power consumption and secures the driving stability, thereby prolonging the mission time of the planetary exploration articulated rover.

상기 목적은 본 발명에 따라, LRF(Laser Range Finder), TOF(Time OF Flight) 카메라, 자이로 센서, 기울기 센서 및 가속도 센서가 장착되는 상부 플랫폼과, 상기 상부 플랫폼을 지지하는 하부 플랫폼과, 상기 하부 플랫폼의 하부면에 다수로 설치되어 다수의 자세제어모터에 의해 다자유도 운동을 함과 동시에 조향모터에 의해 조향되고 주행모터에 의해 휠을 회전시켜 주행하는 주행모듈을 포함하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법에 있어서, (a) 모터제어부가 각 자세제어모터의 엔코더 값을 인식하여 각 자세제어모터의 현재 회전 각도를 인식하고, 각 자세제어모터의 목표 회전 각도를 설정하는 단계와, (b) 자세제어부가 상기 각 자세제어모터의 설정된 목표 회전 각도를 인가받아 각 자세제어모터의 회전 속도를 제어함으로써 주행모듈의 다자유도 운동을 제어하여 상부 플랫폼의 수평을 유지하는 단계와, (c) 동작제어부가 상기 자이로 센서로부터 획득한 현재 로버의 조향각도를 인식하여 로버의 이동각도를 설정하고, 설정된 이동각도에 따라 조향모터를 제어하는 단계와, (d) 상기 동작제어부가 휠의 속도를 설정하여, 설정된 속도에 따라 주행모터를 제어하는 단계에 의해 달성된다.The object of the present invention is an upper platform equipped with a laser range finder (LRF), a time of flight (TOF) camera, a gyro sensor, a tilt sensor, and an acceleration sensor, a lower platform supporting the upper platform, and the lower platform. It is installed on the lower surface of the platform in a plurality of planetary exploration articulation including a traveling module which is driven by the steering motor and rotates the wheel by the driving motor while simultaneously carrying out multiple degrees of freedom movement by a plurality of attitude control motors. In the rover driving method, (a) the motor control unit recognizes the encoder value of each attitude control motor to recognize the current rotation angle of each attitude control motor, and sets the target rotation angle of each attitude control motor, ( b) The posture control unit receives the set target rotation angle of each posture control motor to control the rotational speed of each posture control motor to eliminate the multiple degree of freedom movement of the traveling module. Maintaining the horizontal level of the upper platform, and (c) the control unit recognizing the steering angle of the current rover obtained from the gyro sensor to set the moving angle of the rover, and controlling the steering motor according to the set moving angle. And (d) the operation controller sets the speed of the wheel to control the traveling motor according to the set speed.

또한, 상기 단계(a)의 모터제어부가 각 자세제어모터의 엔코더 값을 인식하여 각 자세제어모터의 현재 회전 각도를 인식하는 것은 아래의 식 1에 의해 계산될 수 있다.In addition, the motor control unit in step (a) to recognize the encoder value of each attitude control motor to recognize the current rotation angle of each attitude control motor can be calculated by Equation 1 below.

<식 1><Formula 1>

Figure 112011103768832-pat00001
Figure 112011103768832-pat00001

여기서, degree : 각 자세제어모터의 현재 회전 각도, Y : 기어비, E : 엔코더 값, P : 엔코더 펄스, 4 : 체배수Where degree: current rotation angle of each control motor, Y: gear ratio, E: encoder value, P: encoder pulse, 4: multiplier

또한, 상기 단계(b)의 자세제어부에 의해 제어되는 주행모듈의 다자유도 운동속도는 아래의 식 2에 의해 계산될 수 있다.In addition, the multi-degree of freedom movement speed of the traveling module controlled by the attitude controller of step (b) may be calculated by Equation 2 below.

<식 2><Formula 2>

Figure 112011103768832-pat00002
Figure 112011103768832-pat00002

여기서,

Figure 112011103768832-pat00003
: 주행모듈의 운동속도,
Figure 112011103768832-pat00004
: 목표각도,
Figure 112011103768832-pat00005
: 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00006
: 목표시간,
Figure 112011103768832-pat00007
: 현재시간, rps : 자세제어모터의 회전속도here,
Figure 112011103768832-pat00003
: Speed of travel module,
Figure 112011103768832-pat00004
= Target angle,
Figure 112011103768832-pat00005
: Current angle,
Figure 112011103768832-pat00006
: Target time,
Figure 112011103768832-pat00007
: Current time, rps: Rotational speed of attitude control motor

또한, 상기 단계(c)의 동작제어부가 설정하는 로버의 이동각도는 아래의 식 3에 의해 계산될 수 있다.In addition, the moving angle of the rover set by the operation controller of step (c) may be calculated by Equation 3 below.

<식 3><Formula 3>

Figure 112011103768832-pat00008
Figure 112011103768832-pat00008

여기서,

Figure 112011103768832-pat00009
: 로버의 이동각도,
Figure 112011103768832-pat00010
: 로버의 기준각도,
Figure 112011103768832-pat00011
: 로버의 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00012
: 자이로 센서각도here,
Figure 112011103768832-pat00009
Is the rover's moving angle,
Figure 112011103768832-pat00010
= Reference angle of the rover,
Figure 112011103768832-pat00011
Rover's current angle,
Figure 112011103768832-pat00012
Gyro Sensor Angle

또한, 상기 단계(d)의 동작제어부가 설정하는 휠의 속도는 아래의 식 4에 의해 계산될 수 있다.In addition, the speed of the wheel set by the operation controller of step (d) can be calculated by Equation 4 below.

<식 4><Equation 4>

Figure 112011103768832-pat00013
Figure 112011103768832-pat00013

여기서,

Figure 112011103768832-pat00014
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00015
: 상수, E : encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00016
: wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00017
: elapse time, R : wheel ratiohere,
Figure 112011103768832-pat00014
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00015
: Constant, E: encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00016
wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00017
: elapse time, R: wheel ratio

이에 의해, 자세제어모터, 조향모터 및 주행모터의 기하학적 상관관계를 정의한 동작 DB(database)에 저장된 모터 제어 입력값을 통한 각 모터를 구동하여 전력 소모의 최소화와 주행안정성의 확보로 행성탐사용 다관절 로버의 임무 수행 시간이 연장되는 효과가 있다.By this, each motor is driven through the motor control inputs stored in the motion DB (database) which defines the geometrical correlation between the attitude control motor, the steering motor and the driving motor, thereby minimizing the power consumption and securing the driving stability. Joint rover has an effect of extending the duration of the mission.

도 1은 행성탐사용 다관절 로버를 도시한 도면이다.
도 2는 행성탐사용 다관절 로버의 하부 플랫폼 및 주행모듈을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 행성탐사용 다관절 로버의 주행모듈을 도시한 도면이다.
1 is a view showing a planetary rover articulated rover.
2 is a view showing the lower platform and the traveling module of the planetary rover articulated rover.
3 and 4 are views showing the traveling module of the planetary rover articulated rover.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

본 발명은 행성탐사용 다관절 로버(100)에 있어서 경사, 편경사, 장애물 등의 여러 가지 노면 상황에서 조향모터(156), 자세제어모터(157) 및 주행모터(158)의 기하학적 상관관계를 동작 DB에 저장된 모터 제어 입력 값으로 전력 소모를 최소화하기 위한 모터 구동과 시스템의 안정성을 확보하기 위해 정밀부품이 집약되어 장착된 상부 플랫폼(110)의 수평을 유지하면서 장해환경을 극복하는 주행방법으로 구성되어 있다.The present invention operates the geometrical correlation of the steering motor 156, the attitude control motor 157 and the driving motor 158 in various road surface conditions such as slope, superelevation, obstacles in the planetary rover articulated rover (100). The motor control input value stored in the DB consists of a driving method that overcomes the obstacle environment while maintaining the horizontality of the upper platform 110 where the precision parts are concentrated and mounted to secure the motor driving to minimize power consumption and to ensure the stability of the system. It is.

모터 제어부는 1개의 링크(151, 152, 153, 154)를 제어하기 위해 2개의 Thread 구조를 갖고 있다.‘Velo Calc Thread’는 실시간으로 모터의 속도를 계산하는 Thread로 다른 축들과의 동기화를 맞추기 위한 것이고,‘Velo & Pos Change Thread’는 Velo Calc Thread에서 계산된 값을 MTC LIB(USB Device)에 데이터를 전달하는 Thread로써, 다른 모터들과의 순차를 맞추기 위해서이다. 로버(100)는 36개(6 주행모듈 x 6 joint)의 모터를 갖고 있으며 주행모터(158)는 로버(100)의 주행과 관련된 속도제어를 하므로 제외시키면 총 30개의 모터를 이용하여 자세제어를 해야 한다. 그러므로 총 30*2(60)개의 Thread가 모터를 제어하기 위해 Loop 작업을 하게 된다.The motor control unit has two thread structures to control one link (151, 152, 153, 154). 'Velo Calc Thread' is a thread that calculates the speed of the motor in real time and synchronizes with other axes. Velo & Pos Change Thread is a thread that transfers data calculated in Velo Calc Thread to MTC LIB (USB Device), in order to match the sequence with other motors. The rover 100 has 36 motors (6 driving modules x 6 joints) and the driving motor 158 controls the speed related to the running of the rover 100 so that the excitation control is performed using a total of 30 motors. Should be. Therefore, a total of 30 * 2 (60) threads will loop to control the motor.

자세제어모터(157)는 각 링크(151, 152, 153, 154)를 제어하기 위한 Data를 degree(각)값으로 제어한다. 각 축의 Encoder 값을 degree로 변환하며 이동할 목표 degree값을 Encoder값으로 변환해야 한다. Encoder값을 degree로 변환하기 위한 수식과 degree값을 Encoder값으로 변환하기 위한 식은 아래의 식 1과 같다.The attitude control motor 157 controls the data for controlling each link 151, 152, 153, and 154 to a degree value. The encoder value of each axis should be converted to degree, and the target degree value to be moved should be converted to encoder value. The formula for converting an encoder value to degree and the formula for converting a degree value to an encoder value are shown in Equation 1 below.

<식 1><Formula 1>

Figure 112011103768832-pat00018
Figure 112011103768832-pat00018

여기서, degree : 각 자세제어모터의 현재 회전 각도, Y : 기어비, E : 엔코더 값, P : 엔코더 펄스, 4 : 체배수Where degree: current rotation angle of each control motor, Y: gear ratio, E: encoder value, P: encoder pulse, 4: multiplier

위의 식으로부터 얻은 degree값과 Encoder값을 이용하여 현재 로버의 자세와 목표 각도를 설정할 수가 있다.You can set the current rover's posture and target angle by using the degree and encoder values obtained from the above equation.

한편, 자세 제어부는 자세 제어를 위해 주행모듈(150) 하나에 대한 각도 값과 시간의 명령을 한 번에 내리게 된다. 각 링크(151, 152, 153, 154)의 목표각도값을 입력받아 각 링크(151, 152, 153, 154)의 목표각도 값으로 이동하기 위한 시간을 계산하게 된다. 이러한 자세 제어방법은 한 번에 주행모듈(150) 하나를 이동시키는데, 이동할 각도가 클 경우에는 속도가 빨라지고 이동할 각도가 작을 경우에는 속도가 느려지게 된다. 각 주행모듈(150)의 속도는 아래의 식 2와 같다.On the other hand, the posture control unit gives the command of the angle value and time for one driving module 150 at a time for the posture control. The target angle values of the links 151, 152, 153 and 154 are input to calculate a time for moving to the target angle values of the links 151, 152, 153 and 154. Such a posture control method moves one driving module 150 at a time. When the moving angle is large, the speed increases, and when the moving angle is small, the speed decreases. The speed of each driving module 150 is shown in Equation 2 below.

<식 2><Formula 2>

Figure 112011103768832-pat00019
Figure 112011103768832-pat00019

여기서,

Figure 112011103768832-pat00020
: 주행모듈의 운동속도,
Figure 112011103768832-pat00021
: 목표각도,
Figure 112011103768832-pat00022
: 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00023
: 목표시간,
Figure 112011103768832-pat00024
: 현재시간, rps : 자세제어모터의 회전속도here,
Figure 112011103768832-pat00020
: Speed of travel module,
Figure 112011103768832-pat00021
= Target angle,
Figure 112011103768832-pat00022
: Current angle,
Figure 112011103768832-pat00023
: Target time,
Figure 112011103768832-pat00024
: Current time, rps: Rotational speed of attitude control motor

주행모듈(150)의 이동이 완료될 때까지 속도 값을 Thread에서 계산하여 모터들을 동기화한다.Until the movement of the driving module 150 is completed, the speed value is calculated in the thread to synchronize the motors.

또한, 동작 제어부는 미리 계산된 동작 DB로부터 각 동작에 맞는 정보를 통해 각각의 상황에 따라 주행모듈(150)의 자세제어모터(157)를 제어하여 구동시킨다. 명령이 내려오면 DB를 읽어와 Data를 Parsing하고 DB 개수만큼 모터 Thread 가 동작되게 된다.In addition, the operation controller controls and drives the posture control motor 157 of the driving module 150 according to each situation based on information corresponding to each operation from a pre-calculated operation DB. When a command is issued, the DB is read and parsed, and the number of DB threads is operated.

로버(100) 바퀴(Wheel)(155)의 종방향 구동은 속도 제어를 통해 구현되고, 로버(100)의 조향은 조향모터(156)를 위치 제어를 통해 구현시켜 현재 로버(100)의 이동경로를 알기 위해 Odometry(자기위치확인)를 계산하므로 각 휠(155)의 조향축은 항상 같은 방향을 가진다.The longitudinal drive of the wheel 155 of the rover 100 is implemented through speed control, and the steering of the rover 100 is implemented by controlling the position of the steering motor 156 through the position control. Since Odometry is calculated to know, the steering axis of each wheel 155 always has the same direction.

조향축에 의한 각도 계산에 있어, 로버(100)의 방향을 인지하는 각도는 총 2개이다. 즉 자이로 센서로부터 획득한 조향각과 조향모터(156)에 장착된 엔코더를 이용하여 아래의 식 3으로부터 이동각도를 얻을 수 있다.In calculating the angle by the steering shaft, the angle of recognizing the direction of the rover 100 is two in total. That is, by using the steering angle obtained from the gyro sensor and the encoder mounted on the steering motor 156, the moving angle can be obtained from Equation 3 below.

<식 3><Formula 3>

Figure 112011103768832-pat00025
Figure 112011103768832-pat00025

여기서,

Figure 112011103768832-pat00026
: 로버의 이동각도,
Figure 112011103768832-pat00027
: 로버의 기준각도,
Figure 112011103768832-pat00028
: 로버의 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00029
: 자이로 센서각도here,
Figure 112011103768832-pat00026
Is the rover's moving angle,
Figure 112011103768832-pat00027
= Reference angle of the rover,
Figure 112011103768832-pat00028
Rover's current angle,
Figure 112011103768832-pat00029
Gyro Sensor Angle

이와 같이 로버(100)의 이동각도를 구하는 이유는 Odometry를 구하기 위함인데, Odometry는 로버(100)의 이동경로를 인지하여 상대적인 좌표를 얻고, X, Y, Theta 3개의 output Data를 가진다. 로버(100)의 Odometry 계산은 아래의 식 4와 같다.Thus, the reason for obtaining the moving angle of the rover 100 is to obtain the Odometry, which obtains the relative coordinates by recognizing the moving path of the rover 100 and has three output data of X, Y, and Theta. Odometry calculation of the rover 100 is shown in Equation 4 below.

<식 4><Equation 4>

Figure 112011103768832-pat00030
Figure 112011103768832-pat00030

여기서,

Figure 112011103768832-pat00031
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00032
: 상수, E : encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00033
: wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00034
: elapse time, R : wheel ratiohere,
Figure 112011103768832-pat00031
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00032
: Constant, E: encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00033
wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00034
: elapse time, R: wheel ratio

상기 식 4로부터 휠(155)의 속도 값을 구할 수가 있는데, 휠(155) 속도 값으로 선속도 값을 추출하면

Figure 112011103768832-pat00035
와 같이 선속도 값을 추출할 수가 있다.The speed value of the wheel 155 can be obtained from Equation 4, and when the linear speed value is extracted from the wheel 155 speed value,
Figure 112011103768832-pat00035
The linear velocity value can be extracted as

선속도에 의한 이동거리는 아래의 식 5로부터 계산된다.The travel distance by linear velocity is calculated from Equation 5 below.

<식 5><Equation 5>

Figure 112011103768832-pat00036
Figure 112011103768832-pat00036

여기서, 이동한 거리와 이동방향을 이용하여 로버(100)의 현재위치 X와 Y의 값은 아래의 식 6으로부터 계산된다.Here, the values of the current positions X and Y of the rover 100 are calculated from Equation 6 below by using the moved distance and the moving direction.

<식 6>&Lt; EMI ID =

Figure 112011103768832-pat00037
,
Figure 112011103768832-pat00038

Figure 112011103768832-pat00037
,
Figure 112011103768832-pat00038

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

100 : 행성탐사용 다관절 로버 110 : 상부 플랫폼
120 : LRF 130 : TOF 카메라
140 : 하부 플랫폼 150 : 주행모듈
151, 152, 153, 154 : 링크 155 : 휠
156 : 조향모터 157 : 자세제어모터
158 : 주행모터
100: planetary exploration articulated rover 110: upper platform
120: LRF 130: TOF Camera
140: lower platform 150: driving module
151, 152, 153, 154: Link 155: Wheel
156: steering motor 157: attitude control motor
158: driving motor

Claims (5)

LRF(Laser Range Finder), TOF(Time OF Flight) 카메라, 자이로 센서, 기울기 센서 및 가속도 센서가 장착되는 상부 플랫폼과, 상기 상부 플랫폼을 지지하는 하부 플랫폼과, 상기 하부 플랫폼의 하부면에 다수로 설치되어 다수의 자세제어모터에 의해 다자유도 운동을 함과 동시에 조향모터에 의해 조향되고 주행모터에 의해 휠을 회전시켜 주행하는 주행모듈을 포함하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법에 있어서,
(a) 모터제어부가 각 자세제어모터의 엔코더 값을 인식하여 각 자세제어모터의 현재 회전 각도를 인식하고, 각 자세제어모터의 목표 회전 각도를 설정하는 단계와;
(b) 자세제어부가 상기 각 자세제어모터의 설정된 목표 회전 각도를 인가받아 각 자세제어모터의 회전 속도를 제어함으로써 주행모듈의 다자유도 운동을 제어하여 상부 플랫폼의 수평을 유지하는 단계와;
(c) 동작제어부가 상기 자이로 센서로부터 획득한 현재 로버의 조향각도를 인식하여 로버의 이동각도를 설정하고, 설정된 이동각도에 따라 조향모터를 제어하는 단계와;
(d) 상기 동작제어부가 휠의 속도를 설정하여, 설정된 속도에 따라 주행모터를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 단계(a)의 모터제어부가 각 자세제어모터의 엔코더 값을 인식하여 각 자세제어모터의 현재 회전 각도를 인식하는 것은 아래의 식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법.
<식 1>
Figure 112013042986838-pat00039

여기서, degree : 각 자세제어모터의 현재 회전 각도, Y : 기어비, E : 엔코더 값, P : 엔코더 펄스, 4 : 체배수
An upper platform equipped with a laser range finder (LRF), a time of flight (TOF) camera, a gyro sensor, an inclination sensor, and an acceleration sensor, a lower platform supporting the upper platform, and a plurality of installations on the lower surface of the lower platform In the traveling method of the planetary exploration articulated rover comprising a traveling module which is driven by a steering motor and is driven by a steering motor and rotates a wheel by a traveling motor at the same time as a multi-degree of freedom movement by a plurality of attitude control motors,
(a) a motor control unit recognizing encoder values of each attitude control motor to recognize a current rotation angle of each attitude control motor, and setting a target rotation angle of each attitude control motor;
(b) maintaining the level of the upper platform by controlling the multi-degree of freedom movement of the traveling module by controlling the rotational speed of each of the attitude control motors by receiving the set target rotation angle of each of the attitude control motors;
(c) an operation control unit recognizing a steering angle of the current rover obtained from the gyro sensor, setting a moving angle of the rover, and controlling the steering motor according to the set moving angle;
(d) setting the speed of the wheel by the operation controller to control the driving motor according to the set speed,
In the step (a), the motor controller recognizes the encoder value of each attitude control motor and recognizes the current rotation angle of each attitude control motor according to Equation 1 below. Driving method.
<Formula 1>
Figure 112013042986838-pat00039

Where degree: current rotation angle of each control motor, Y: gear ratio, E: encoder value, P: encoder pulse, 4: multiplier
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계(b)의 자세제어부에 의해 제어되는 주행모듈의 다자유도 운동속도는 아래의 식 2에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법.
<식 2>
Figure 112011103768832-pat00040

여기서,
Figure 112011103768832-pat00041
: 주행모듈의 운동속도,
Figure 112011103768832-pat00042
: 목표각도,
Figure 112011103768832-pat00043
: 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00044
: 목표시간,
Figure 112011103768832-pat00045
: 현재시간, rps : 자세제어모터의 회전속도
The method of claim 1,
The multi-degree of freedom movement speed of the traveling module controlled by the attitude control unit of step (b) is calculated by the following equation (2).
<Formula 2>
Figure 112011103768832-pat00040

here,
Figure 112011103768832-pat00041
: Speed of travel module,
Figure 112011103768832-pat00042
= Target angle,
Figure 112011103768832-pat00043
: Current angle,
Figure 112011103768832-pat00044
: Target time,
Figure 112011103768832-pat00045
: Current time, rps: Rotational speed of attitude control motor
제1항에 있어서,
상기 단계(c)의 동작제어부가 설정하는 로버의 이동각도는 아래의 식 3에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법.
<식 3>
Figure 112011103768832-pat00046

여기서,
Figure 112011103768832-pat00047
: 로버의 이동각도,
Figure 112011103768832-pat00048
: 로버의 기준각도,
Figure 112011103768832-pat00049
: 로버의 현재각도,
Figure 112011103768832-pat00050
: 자이로 센서각도
The method of claim 1,
The moving angle of the rover set by the operation control unit of the step (c) is calculated by the following equation 3, planetary exploration articulated rover driving method.
<Formula 3>
Figure 112011103768832-pat00046

here,
Figure 112011103768832-pat00047
Is the rover's moving angle,
Figure 112011103768832-pat00048
= Reference angle of the rover,
Figure 112011103768832-pat00049
Rover's current angle,
Figure 112011103768832-pat00050
Gyro Sensor Angle
제1항에 있어서,
상기 단계(d)의 동작제어부가 설정하는 휠의 속도는 아래의 식 4에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 행성탐사용 다관절 로버의 주행방법.
<식 4>
Figure 112011103768832-pat00051

여기서,
Figure 112011103768832-pat00052
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00053
: 상수, E : encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00054
: wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00055
: elapse time, R : wheel ratio
The method of claim 1,
The speed of the wheel set by the operation control unit of the step (d) is calculated by the equation 4 below.
<Equation 4>
Figure 112011103768832-pat00051

here,
Figure 112011103768832-pat00052
: wheel velocity,
Figure 112011103768832-pat00053
: Constant, E: encorder pluse,
Figure 112011103768832-pat00054
wheel radius,
Figure 112011103768832-pat00055
: elapse time, R: wheel ratio
KR1020110143103A 2011-12-27 2011-12-27 Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg KR101270629B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110143103A KR101270629B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110143103A KR101270629B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101270629B1 true KR101270629B1 (en) 2013-06-03

Family

ID=48866071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110143103A KR101270629B1 (en) 2011-12-27 2011-12-27 Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101270629B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118636996A (en) * 2024-08-15 2024-09-13 深圳市四元数数控技术有限公司 Multi-axis adjustment micro-force leveling adjusting device and adjusting system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060034211A (en) * 2003-02-21 2006-04-21 록히드 마틴 코오포레이션 Vehicle having an articulated suspension and method of using same
KR100980368B1 (en) * 2008-07-24 2010-09-06 충남대학교산학협력단 an arm assembly for exploration robot

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060034211A (en) * 2003-02-21 2006-04-21 록히드 마틴 코오포레이션 Vehicle having an articulated suspension and method of using same
KR100980368B1 (en) * 2008-07-24 2010-09-06 충남대학교산학협력단 an arm assembly for exploration robot

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118636996A (en) * 2024-08-15 2024-09-13 深圳市四元数数控技术有限公司 Multi-axis adjustment micro-force leveling adjusting device and adjusting system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cordes et al. Design and field testing of a rover with an actively articulated suspension system in a Mars analog terrain
EP2734343B1 (en) Movable platform
JP5398488B2 (en) Autonomous mobile object and its control method
WO2011062095A1 (en) Autonomous mobile body and control method of same
US20080059015A1 (en) Software architecture for high-speed traversal of prescribed routes
Dudzik et al. Robust autonomous navigation of a small-scale quadruped robot in real-world environments
Gilroy et al. Autonomous navigation for quadrupedal robots with optimized jumping through constrained obstacles
CN114022824A (en) Narrow environment-oriented quadruped robot motion planning method
US7878276B2 (en) Ambulatory vehicle
Shamah et al. Steering and control of a passively articulated robot
Sekhavat et al. Motion planning and control for Hilare pulling a trailer: experimental issues
CN106364580A (en) Planetary wheel type obstacle crossing robot stair climbing control method
WO2023205766A1 (en) Design and control of wheel-legged robots navigating high obstacles
CN112873189A (en) Self-assembly modular robot unit docking system and docking method
JP2012145998A (en) Autonomous traveling body
CN114815804A (en) Bionic robot
KR101270629B1 (en) Driving method for planetary exploration rover having multi joint and leg
Seder et al. Autonomous navigation of a tracked unmanned ground vehicle
Mikhalkov et al. Gyrubot: nonanthropomorphic stabilization for a biped
Ryadchikov et al. Design and control of self-stabilizing angular robotics anywalker
Medina et al. A servicing rover for planetary outpost assembly
Moore et al. Hierarchical task decomposition approach to path planning and control for an omni-directional autonomous mobile robot
KR101170914B1 (en) Autonomous navigation robot and inclined plane navigation method thereof
Masood et al. Design and development of a semi-autonomous stair climbing robotic platform for rough terrains
JP2008023700A (en) Force sensor installation structure of leg-type robot

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160502

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee