KR101441887B1 - 이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

간편한 구성으로 일륜차의 이동방향을 정밀도 좋게 제어할 수 이는 이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다. 로터의 회전에 수반되는 반동 토크를 이용해서 본체의 요방향의 회전각을 제어한다. 이동방향의 목표로 하는 바퀴의 요각의 지정을 접수하고, 마찰 토크에 관한 정보를 취득한다. 지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하고, 산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출한다. 산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 요용 모터의 동작 지령을 생성한다.

Description

이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램{MOVING DIRECTION CONTROLLER AND COMPUTER PROGRAM}
본 발명은 일륜차이어도 요(yaw)방향으로 자유자재로 방향 전환할 수 있는 이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
종래, 일륜차를 이동시킬 경우, 본체가 대략 전후방향을 축으로 하는 회전방향(이하, 롤방향) 및 대략 좌우방향을 축으로 하는 회전방향(이하, 피치방향)으로 요동하기 때문에, 롤방향 및 피치방향의 균형을 제어함으로써, 본체가 전도하지 않고 이동 또는 정지하도록 동작을 제어할 필요가 있다. 롤방향 및 피치방향의 균형을 제어하기 위해서는 본체의 기울기를 정확하게 검출할 필요가 있으며, 예를 들어 각속도 센서를 이용해서 각속도를 검출하고, 검출한 각속도를 적분함으로써 본체의 기울기를 추정하는 방법 등이 채용되고 있다(특허문헌 1 참조).
또한 일륜차의 경우, 이륜차와 같이 앞바퀴의 각도를 변경함으로써 용이하게 방향 전환하는 것이 불가능해, 예를 들면 본체를 롤방향 및 피치방향으로 요동시킴으로써, 본체의 대략 연직방향을 축으로 하는 회전방향(이하, 요방향)으로 회전시켜서, 진행하는 방향을 변경하는 경우가 많다. 즉, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 롤방향 및 피치방향으로 정현파 입력을 부여하고, 부여한 양쪽 정현파 입력의 위상을 변동시킴으로써 요각(yaw angle) 변화량을 변동시켜, 소망하는 이동방향으로 방향 전환하도록 바퀴의 요각을 피드백 제어한다.
국제공개 2007/063665호
카사이 타카시 저, '일륜차의 자세제어', 츠쿠바대학 대학원 박사과정 시스템정보공학연구과 석사논문, 2005년 1월, p.1-37
그러나 비특허문헌 1에 개시되어 있는 일륜차에서는 가속도 센서에 의해 중력방향(연직방향)에 대한 본체의 기울기를 검출하고 있는데, 롤방향 및 피치방향에 있어서 연직방향이 균형 상태라고는 할 수 없다. 그 때문에, 연직방향이 균형 상태가 아닐 경우에는 균형 상태로 보정할 수 없다는 문제점이 있었다. 또한 본체의 기울기를 추정하기 위해 자이로 센서 외에 복수의 가속도 센서를 필요로 하므로, 장치 구성의 간소화 및 소형화가 곤란해진다는 문제점도 있었다.
또한 이륜차의 경우에는 본체의 앞 부분에 마련되어 있는 조종하는 것이 가능한 앞바퀴를 조종시키는 액츄에이터의 동작을 제어함으로써 소망하는 이동방향으로 방향 전환할 수 있다. 그러나 일륜차에서는 조종 바퀴와 구동 바퀴가 일치하고 있고, 이동시와 정지시에 마찰 계수가 크게 다르므로, 소망하는 회전각에 대하여 부여해야 할 회전 모멘트를 특정하기가 곤란하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 간편한 구성으로 일륜차의 이동방향을 정밀도 좋게 제어할 수 있는 이동방향 제어장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 제1발명에 따른 이동방향 제어장치는, 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴와, 상기 바퀴의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하는 본체로 구성되며, 상기 본체에, 요방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서와, 본체의 대략 연직방향을 회전 중심축으로 한 로터와, 상기 로터를 회전시키는 요용 모터를 구비하고, 상기 로터의 회전에 수반되는 반동 토크에 따라 상기 본체의 요방향의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 제2발명에 따른 이동방향 제어장치는 제1발명에 있어서, 이동방향의 목표로 하는 상기 바퀴의 요각의 지정을 접수하는 요각 지정 접수부와, 마찰 토크의 크기 및 방향을 포함하는 마찰 토크에 관한 정보를 취득하는 마찰 토크 정보 취득 수단과, 지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하는 요방향 각가속도 산출부와, 산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출하는 반동 토크 산출 수단과, 산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 상기 요용 모터의 동작 지령을 생성하는 요용 모터 동작 지령 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 제3발명에 따른 이동방향 제어장치는 제2발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단은 마찰 토크의 크기 및 방향의 지정을 접수하는 마찰 토크 접수 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 제4발명에 따른 이동방향 제어장치는 제2발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단은 바퀴의 요방향의 회전각을 검출하는 요 회전각 검출 수단과, 요방향의 회전각이 변동을 개시하는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 변동 토크 검출 수단과, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 정마찰(static-friction) 토크의 크기를 산출하는 정마찰 토크 산출 수단을 구비하고, 산출한 정마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 제5발명에 따른 이동방향 제어장치는 제2 또는 제4발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단은 요방향의 회전각이 수속(收束;convergence)되는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 수속 토크 검출 수단과, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 동마찰(dynamic-friction) 토크의 크기를 산출하는 동마찰 토크 산출 수단을 구비하고, 산출한 동마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
다음으로 상기 목적을 달성하기 위해 제6발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴와, 상기 바퀴의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하는 본체로 구성되고, 상기 본체에, 요방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서와, 본체의 대략 연직방향을 회전 중심축으로 한 로터와, 상기 로터를 회전시키는 요용 모터를 구비한 이동방향 제어장치에 탑재되어 있는 컴퓨터로 실행하는 것이 가능한 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터를, 상기 로터의 회전에 수반되는 반동 토크에 따라 상기 본체의 요방향의 회전각을 제어하는 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 한다.
또한 제7발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 제6발명에 있어서, 상기 컴퓨터를, 이동방향의 목표로 하는 상기 바퀴의 요각의 지정을 접수하는 요각 지정 접수부, 마찰 토크의 크기 및 방향을 포함하는 마찰 토크에 관한 정보를 취득하는 마찰 토크 정보 취득 수단, 지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하는 요방향 각가속도 산출부, 산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출하는 반동 토크 산출 수단, 산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 상기 요용 모터의 동작 지령을 생성하는 요용 모터 동작 지령 생성부로서 기능시키는 것을 특징으로 한다.
또한 제8발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 제7발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단을, 마찰 토크의 크기 및 방향의 지정을 접수하는 마찰 토크 접수 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 한다.
또한 제9발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 제7발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단을, 바퀴의 요방향의 회전각을 검출하는 요 회전각 검출 수단, 요방향의 회전각이 변동을 개시하는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 변동 토크 검출 수단, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 정마찰 토크의 크기를 산출하는 정마찰 토크 산출 수단, 및 산출한 정마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하는 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 한다.
또한 제10발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 제7 또는 제9발명에 있어서, 상기 마찰 토크 정보 취득 수단을, 요방향의 회전각이 수속되는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 수속 토크 검출 수단, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 동마찰 토크의 크기를 산출하는 동마찰 토크 산출 수단, 및 산출한 동마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하는 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 한다.
제1발명 및 제6발명에서는 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴와, 상기 바퀴의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하는 본체로 구성되어 있다. 상기 본체에, 요방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서와, 본체의 대략 연직방향을 회전 중심축으로 한 로터와, 상기 로터를 회전시키는 요용 모터를 구비하고, 로터의 회전에 수반되는 반동 토크에 따라서 본체의 요방향의 회전각을 제어한다. 이로 인해, 간편한 구성으로 일륜차의 이동방향을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
제2발명 및 제7발명에서는 이동방향의 목표로 하는 바퀴의 요각의 지정을 접수하고, 마찰 토크의 크기 및 방향을 포함하는 마찰 토크에 관한 정보를 취득한다. 지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하고, 산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출한다. 산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 요용 모터의 동작 지령을 생성한다. 이로 인해, 지정을 접수한 요각에 기초해서, 반동 토크를 발생시키는 로터의, 요방향으로 발생시켜야 할 토크를 정밀도 좋게 추정할 수 있고, 로터를 회전시키는 요용 모터의 회전수 및 회전방향을, 지정을 접수한 요각에 대응해서 제어함으로써, 본체의 이동방향을 소망하는 이동방향으로 방향 전환할 수 있게 된다.
여기서 '요각'이란, 본체의 진행방향, 즉 현재의 바퀴의 방향을 기준으로 했을 경우의, 본체의 진행방향과 방향 전환하는 방향의 편차각을 의미한다.
제3발명 및 제8발명에서는 마찰 토크의 크기 및 방향의 지정을 접수함으로써, 바퀴와 노면의 접촉에 의한 마찰 토크를 고려해서 반동 토크를 발생시키는 로터의, 요방향의 회전각 가속도를 추정할 수 있고, 로터를 회전시키는 요용 모터의 회전수 및 회전방향을 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.
제4발명 및 제9발명에서는 바퀴의 요방향의 회전각을 검출하고, 요방향의 회전각이 변동을 개시하는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하고, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 정마찰 토크의 크기를 산출한다. 산출한 정마찰 토크를 마찰 토크로서 취득함으로써, 방향 전환의 개시시에 비교적 큰 정마찰 토크를 고려해서 반동 토크를 발생시키는 로터의, 요방향의 회전각 가속도를 추정할 수 있다.
제5발명 및 제10발명에서는 요방향의 회전각이 수속되는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하고, 검출한 요방향의 토크에 기초해서 동마찰 토크의 크기를 산출한다. 산출한 동마찰 토크를 마찰 토크로서 취득함으로써, 방향 전환시에 생기는 동마찰 토크를 구할 수 있으며, 본체의 이동방향을 소망하는 이동방향으로 정밀도 좋게 방향 전환시킬 수 있게 된다.
상기 구성에 따르면, 지정을 접수한 요각에 기초해서, 반동 토크를 발생시키는 로터의, 요방향으로 발생시켜야 할 토크를 정밀도 좋게 추정할 수 있고, 로터를 회전시키는 요용 모터의 회전수 및 회전방향을, 지정을 접수한 요각에 대응해서 제어함으로써, 본체의 이동방향을 소망하는 이동방향으로 방향 전환하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치를 적용한 일륜차 로봇의 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 2는 피치방향, 롤방향 및 요방향을 설명하는 모식도이다.
도 3은 일륜차 로봇의 이동방향을 제어하는 일례를 나타내는 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치를 적용한 일륜차 로봇의 하부 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 5는 관성 로터와 본체에 생기는 회전 토크를 설명하는 모식도이다.
도 6은 요각으로부터 요각 가속도를 산출하는 순서예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 관성 로터의 회전각 가속도로부터 관성 로터의 회전각을 산출하는 순서예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 지정해야 할 마찰 토크를 특정하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치의 제어 기판의 컨트롤러에 의한 방향 전환 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치에 대하여, 바퀴의 위쪽에 탑재되어 있는 본체가 요동하면서 바퀴의 회전에 의해 전도되지 않고 앞뒤로 이동하는 일륜차 로봇에 적용한 예를 도면에 기초해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치를 적용한 일륜차 로봇의 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다. 도 1(a)는 정면도를, 도 1(b)는 좌측면도를 각각 나타내고 있다. 본 실시형태에 따른 이동방향 제어장치는 일륜차 로봇(1)의 본체(3)의 이동방향이 소망하는 이동방향이 되도록 제어한다.
도 1(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 일륜차 로봇(1)은 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴(2)와, 바퀴(2)의 회전축에 연결되어 바퀴(2)의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하면서, 요방향으로 방향 전환하는 본체(3)로 구성되어 있다. 도 1(a), (b)의 예에서는 본체(3)를 인간형 로봇으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
여기서 피치방향, 롤방향 및 요방향을 명확히 해 둔다. 도 2는 피치방향, 롤방향 및 요방향을 설명하는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 일륜차 로봇(1)이 xy면상을 x축의 (+)방향으로 전진 또는 x축의 (-)방향으로 후퇴하도록 이동할 경우, y축 둘레의 회전방향이 피치방향이다. y축의 (+)방향을 향해 반시계방향으로 회전했을 경우에는 본체(3)가 전방으로 경사지고, y축의 (+)방향을 향해 시계방향으로 회전했을 경우에는 본체(3)가 후방으로 경사진다. 또한 x축 둘레의 회전방향이 롤방향이고, 본체(3)가 좌우방향으로 요동하는 경우의 회전방향이다. 또한 z축 둘레의 회전방향이 요방향이고, 바퀴(2)의 방향을 x축방향으로부터 기울이는 경우의 회전방향이다.
도 1(a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본체(3)는 피치방향의 회전 각속도인 피치 각속도를 검출하는 피치용 각속도 센서(31), 바퀴(2)의 회전과 연동하여, 바퀴(2)를 회전시키는 피치용 모터(32), 및 피치용 모터(32)의 회전위치 또는 회전속도를 검출하는 피치용 인코더(피치용 회전 센서)(33)를 구비한다. 피치용 각속도 센서(31)는 피치 각속도를 검출하는 도시하지 않은 검출축을 대략 좌우방향을 향하게 해서 본체(3)에 장착되어 있다. 여기서 대략 좌우방향이란, 엄밀한 좌우방향(도 2의 y축방향)에 대하여 약간의 각도 어긋남이 있어도 되는 것을 의미하며, 검출축이 y축방향과 일치하는 것이 바람직하다는 것은 말할 것도 없다. 본체(3)와 바퀴(2)는 바퀴(2)를 회전 자유자재로 지지하는 프레임(4)으로 연결되고, 피치용 모터(32)에 의한 회전은 본체(3)에 구비된 베벨 기어(bevel gear)(5)와 벨트(6)를 통해 바퀴(2)에 전달된다. 프레임(4)은 본체(3)의 일부분이며, 도 1(a), (b)의 예에서 프레임(4)은 본체(3)인 인간형 로봇의 발이 되고 있다. 한편 피치용 각속도 센서는 피치 각속도를 검출할 수 있으면 되고, 자이로 센서에 한정되는 것은 아니다.
또한 상술한 피치방향으로의 전도를 방지하는 구성에 더해, 본체(3)에는, 롤방향의 회전 각속도인 롤 각속도를 검출하는 롤용 각속도 센서(61), 롤방향으로 회전하는 관성 로터(64), 관성 로터(64)의 회전과 연동하여 관성 로터(64)를 회전시키는 롤용 모터(62), 및 롤용 모터(62)의 회전위치 또는 회전속도를 검출하는 롤용 인코더(롤용 회전 센서)(63)를 구비한다. 롤용 각속도 센서(61)는 롤 각속도를 검출하는 도시하지 않은 검출축을 대략 전후방향을 향하게 해서 본체(3)에 장착되어 있다. 여기서 대략 전후방향이란, 엄밀한 전후방향(도 2의 x축방향)에 대하여 약간의 각도 어긋남이 있어도 되는 것을 의미하며, 검출축이 x축방향과 일치하는 것이 바람직하다는 것은 말할 것도 없다. 한편 롤용 각속도 센서는 롤 각속도를 검출할 수 있으면 되고, 자이로 센서에 한정되는 것은 아니다.
또한 본체(3)는 요방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서(71), 요방향으로 회전하는 관성 로터(74), 관성 로터(74)의 회전과 연동하여 관성 로터(74)를 회전시키는 요용 모터(72), 및 요용 모터(72)의 회전위치 또는 회전속도를 검출하는 요용 인코더(요용 회전 센서)(73)를 구비한다. 요용 각속도 센서(71)는 요 각속도를 검출하는 도시하지 않은 검출축을 대략 연직방향을 향하게 해서 본체(3)에 장착되어 있다. 여기서 대략 연직방향이란, 엄밀한 연직방향(도 2의 z축방향)에 대하여 약간의 각도 어긋남이 있어도 되는 것을 의미하며, 검출축이 z축방향과 일치하는 것이 바람직하다는 것은 말할 것도 없다. 한편 요용 각속도 센서는 요 각속도를 검출할 수 있으면 되고, 자이로 센서에 한정되는 것은 아니다.
본체(3)인 인간형 로봇의 등에는 피치용 모터(32), 롤용 모터(62), 요용 모터(72)의 동작을 제어하는 제어 기판(35) 및 전지(36)가 장비되어 있다. 제어 기판(35)에는 피치용 모터(32), 롤용 모터(62), 요용 모터(72)를 회전 구동하는 드라이버, A/D 컨버터, D/A 컨버터, 카운터, 컨트롤러 등이 탑재되어 있다. 컨트롤러는 구체적으로는 마이크로 프로세서, CPU, LSI 등이다. 일륜차 로봇(1)은 피치방향의 균형은 바퀴(2)를 회전시킬 때의 반동 토크를, 롤방향의 균형은 관성 로터(64)를 회전시킬 때의 반동 토크를, 각각 이용해서 균형을 이루도록 제어하고, 요방향으로의 회전각은 관성 로터(74)를 회전시킬 때의 반동 토크를 이용해서 제어하고 있다.
도 3은 일륜차 로봇(1)의 이동방향을 제어하는 일례를 나타내는 제어 블록도이다. 목표 요각 지정 접수부(301)는 소망하는 이동방향을 목표 요각(θt)으로 해서, 목표 요각(θt)의 지정을 접수한다. 즉, 목표 요각(θt)이란, 현재의 바퀴(2)가 향해 있는 진행방향으로부터의 편차각을 의미한다. 목표 요각(θt) 지정의 접수방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 블루투스(Bluetooth)(등록상표) 등의 무선통신을 통해 외부로부터 지정해야 할 목표 요각(θt)을 수신해도 되고, 제어 기판(35)의 컨트롤러에 메모리를 내장하여, 상기 메모리 내에 사전에 목표 요각(θt)을 기억시켜 두어도 된다. 또한 메모리 카드 등을 삽입하는 것이 가능한 슬롯을 마련해 두고, 목표 요각(θt)이 기억되어 있는 메모리 카드 등을, 매번 삽입함으로써 목표 요각(θt)을 읽혀도 된다. 한편 요방향의 회전각인 요각(θ)이 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t), 예를 들면 1초에 도달한다는 취지의 지정을 접수하는 것이 바람직하다. 요방향의 회전각 가속도인 요각 가속도(ω')를 도달시간(t)의 중간에서 양음 반전시킨 일정값이라고 가정했을 경우, 요 각속도(ω) 및 요각(θ)의 변화를 근사적으로 산출하기 쉬워지기 때문이다(후술하는 도 7(a) 참조).
요방향 각가속도 산출부(302)는 지정을 접수한 목표 요각(θt) 및 요각(θ)이 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)에 기초해서 요각(θ)을 시간 미분함으로써 요 각속도(ω)를 산출하고, 산출한 요 각속도(ω)를 시간 미분함으로써 요각 가속도(ω')(요방향의 회전각 가속도)를 산출한다. 요 각속도(ω)는 요각 가속도(ω')를 도달시간(t)의 중간에서 양음 반전시킨 일정값이라고 가정했을 경우, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과할 때까지는 일정한 비율로 단조 증가하고, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과한 후에는 일정한 비율로 단조 감소한다(후술하는 도 7(b) 참조).
요각 가속도(ω')는 예를 들면 상술한 예에서는, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과할 때까지는 양의 일정값으로서, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과한 후에는 음의 일정값으로서 각각 산출할 수 있다.
반동 토크 산출부(303)에서는 요방향 각가속도 산출부(302)로 산출된 요각 가속도(ω')에 기초해서, 본체(3)를 목표 요각(θt)까지 회전시키기 위해 필요한 회전 토크(T2)를 산출한다. 본체(3)의 요방향의 회전 토크(T2)와 동일한 토크를 관성 로터(74)의 회전에 의한 반동 토크로서 가함으로써 본체(3)의 요각(θ)을 제어할 수 있다(후술하는 도 7(c) 참조).
마찰 토크 접수부(304)는 바퀴(2)와 노면의 마찰 계수에 따른 마찰 토크(Tr)의 지정을 접수한다. 마찰 토크(Tr) 지정 접수는 적어도 마찰 토크(Tr)의 크기 및 방향의 지정을 포함한다. 또한 마찰 토크(Tr) 지정의 접수방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 블루투스(Bluetooth)(등록상표) 등의 무선통신을 통해 외부로부터 마찰 토크(Tr)의 크기 및 방향을 수신해도 된다. 또한 마찰 토크 접수부(304) 대신에 마찰 토크 정보 취득부로서, 제어 기판(35)의 컨트롤러로 마찰 토크(Tr)의 크기 및 방향을 취득해도 되고, 상수로서 제어 기판(35)의 컨트롤러의 메모리 내에 기억시켜 두어도 된다. 또한 메모리 카드 등을 삽입하는 것이 가능한 슬롯을 마련해 두고, 마찰 토크(Tr)의 크기 및 방향이 기억되어 있는 메모리 카드 등을, 매번 삽입함으로써 읽혀서 취득해도 된다.
여기서 마찰 토크(Tr)분만큼 여분으로 반동 토크를 가하지 않으면, 본체(3)는 지정을 접수한 목표 요각(θt)까지 회전할 수 없다. 따라서 관성 로터(74)의 회전에 의해 가해야 할 회전 토크(T1)는 (식 1)로 구할 수 있다.
T1=T2+Tr … (식 1)
관성 로터 각가속도 산출부(305)는 (식 1)에 의해 산출한 회전 토크(T1)에 기초해서 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 산출한다. 즉 관성 로터(74)의 관성 모멘트를 J1로 했을 경우, (식 2)에 의해 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 산출할 수 있다.
ωR'=T1/J1 … (식 2)
요용 모터 동작 지령 생성부(306)는 (식 2)에 의해 산출한 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 2회 적분함으로써, 관성 로터(74)의 회전수(회전각) 및 회전방향을 산출하고, 산출한 회전수(회전각) 및 회전방향으로 요용 모터(72)가 회전하도록 요용 모터(72)의 동작 지령을 생성한다.
한편 (식 1)로 산출한 T1에 변환 계수를 승산함으로써, 관성 로터(74)의 회전수(회전각) 및 회전방향을 산출하고, 산출한 회전수(회전각) 및 회전방향으로 요용 모터(72)가 회전하도록 요용 모터(72)의 동작 지령을 생성하도록 해도 된다.
요용 모터 지령 전압 계산부(307)에서는 생성된 요용 모터(72)의 동작 지령에 대하여, 변환 계수를 승산하여 지령 전압을 계산한다. 요용 DA 컨버터부(308)에서는 드라이버에 지령 전압을 출력하고, 요용 모터(72)의 회전을 제어한다.
여기서 지정을 접수한 목표 요각(θt)에 기초한 요용 모터(72)의 회전수 및 회전방향의 산출방법에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치를 적용한 일륜차 로봇(1)의 하부 구성을 모식적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다. 도 4(a)는 정면도를, 도 4(b)는 좌측면도를 각각 나타내고 있다.
도 4에서는 요방향의 관성 로터(74)의 회전 중심축 및 요용 모터(72)의 회전 중심축의 연장상에 바퀴(2)의 중심점이 위치하도록 배치되어 있다. 따라서 관성 로터(74)의 회전에 의한 반동 토크는 마찰 토크분만큼 감소하지만 본체(3)의 방향 전환에 직접적으로 작용한다.
도 5는 관성 로터(74)와 본체(3)에 생기는 회전 토크를 설명하는 모식도이다. 도 5(a)는 관성 로터(74)의 평면도를 나타내고 있으며, 원형 평판상의 관성 로터(74)가 본체(3)의 중심축을 회전 중심축으로 해서 배치되어 있다. 관성 로터(74)의 접선방향의 힘을 F1(N), 회전 토크를 T1로 하고, 관성 로터(74)의 반경을 R1(m)로 한다.
도 5(b)는 관성 로터(74)를 장착한 본체(3)의 측면을 나타내는 모식도이고, 도 5(c)는 본체(3)에 연결되어 있는 바퀴(2)와 노면이 접촉하는 접지면을 나타내는 모식도이다. 도 5(c)에서는 바퀴(2)와 노면이 접촉하는 접지면(51)이 원형이라고 가정하고, 접지면(51)의 접선방향의 힘을 F2(N), 회전 토크를 T2로 하고, 접지면(51)의 반경을 R2(m)로 한다.
목표 요각(θt)의 지정을 접수했을 경우, 현재의 진행방향, 즉 바퀴(2)의 현재의 진행방향으로부터 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)에 따라 요 각속도(ω)를 산출한다. 도 6은 요각(θ)으로부터 요각 가속도(ω')를 산출하는 순서예를 나타내는 그래프이다. 도 6(a)는 바퀴(2)의 현재의 진행방향으로부터의 요각(θ)의 시간변화를 나타내는 그래프이며, 지정을 접수한 목표 요각(θt)에, 마찬가지로 지정을 접수한 도달시간(t)에 도달한다. 도 6(a)의 예에서는 목표 요각(θt)이 30도(약 0.5rad), 도달시간(t)이 1초인 취지의 지정을 접수했을 경우를 나타내고 있으며, 2개의 이차함수를 0.5초 경과시에 연결한 시간변화가 되도록 요각(θ)의 시간변화를 근사하고 있다.
도 6(b)는 바퀴(2)에 회전 토크를 가한 이후의 요 각속도(ω)의 시간변화를 나타내는 그래프이고, 도 6(c)는 바퀴(2)에 회전 토크를 가한 이후의 요각 가속도(ω')의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에서는 목표 요각(θt)=0.5(rad)에 도달시간(t)=1초에 도달하도록, 0.5초까지는 일정한 요각 가속도(ω')로 요 각속도(ω)가 1(rad/s)까지 증가하고, 0.5초 경과 후에는 일정한 요각 가속도(ω')로 요 각속도(ω)가 0(rad/s)까지 감소하고 있다.
도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 요각 가속도(ω')는 요 각속도(ω)를 시간 미분한 값, 즉 본 실시형태에서는 0.5초까지는 요각 가속도(ω')가 일정값인 2(rad/s2)이고, 0.5초 경과 후에는 요각 가속도(ω')가 일정값인 -2(rad/s2)이다.
요각 가속도(ω')가 구해진 시점에서, 본체(3)의 관성 모멘트(J2)에 의해, 본체(3)를 목표 요각(θt)까지 회전시키기 위해 필요한 요방향의 회전 토크(T2)를 산출할 수 있다. 즉, (식 3)에 의해 요방향의 회전 토크(T2)를 산출한다.
T2=J2×ω' … (식 3)
여기서 본체(3)의 질량 m(kg)을 5(kg)으로 하고, 바퀴(2)와 노면이 접촉하는 접지면(51)의 반경 R2(m)을 0.05(m)로 했을 경우, 본체(3)의 관성 모멘트 J2(kg㎡)는 (식 4)로 구해진다.
J2=m×R22/2=5×0.05×0.05/2
=6.25×10-3(kg㎡) … (식 4)
이것을 (식 3)에 대입함으로써, 본체(3)를 목표 요각(θt)인 30도까지 회전시키기 위해 필요한 요방향의 회전 토크(T2)는 6.25×10-3×2=0.0125(N·m)가 된다.
바퀴(2)와 노면이 접촉하는 접지면(51)이 매우 작아 마찰 토크(Tr)를 무시할 수 있는 크기라면, 본체(3)의 요방향의 회전 토크(T2)와 동일한 토크를 관성 로터(74)의 회전에 의한 반동 토크로서 가함으로써 본체(3)의 이동방향을 제어할 수 있다. 관성 로터(74)의 관성 모멘트(J1)와 산출한 회전 토크(T1)에 기초해서, 관성 로터(74)에 가해야 할 회전각 가속도(ωR')를 산출한다.
먼저, 관성 로터(74)의 관성 모멘트 J1(kg㎡)는 관성 로터(74)의 질량을 M(kg)으로 하고, (식 5)에 의해 산출할 수 있다. 여기서 관성 로터(74)의 질량 M(kg)을 0.134(kg)으로 하고, 관성 로터(74)의 반경 R1(m)을 0.024(m)로 한다.
J1=M×R12/2=0.134×0.024×0.024/2
=3.86×10-5(kg㎡) … (식 5)
구해진 관성 로터(74)의 관성 모멘트 J1(kg㎡) 및 관성 로터(74)의 회전에 의한 반동 토크, 즉 본체(3)의 요방향의 회전 토크(T2)와 동일한 크기를 가지는 회전 토크(T1)에 기초해서, (식 6)에 의해 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 산출할 수 있다.
ωR'=T1/J1
=0.0125(N·m)/3.86×10-5(kg㎡)
=324(rad/s2) … (식 6)
관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')가 구해짐으로써, 도 6에 나타내는 순서와 반대로 2회 적분함으로 인해 관성 로터(74)의 회전각(θR)을 구할 수 있고, 관성 로터(74)의 회전각(θR)으로부터 관성 로터(74)의 회전 각속도(ωR)를 구할 수 있다. 도 7은 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')로부터 관성 로터(74)의 회전각(θR)을 산출하는 순서예를 나타내는 그래프이다.
도 7(a)는 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')의 도달시간(t)까지의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 본 실시형태에서는 산출한 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')는 0.5초까지는 일정값인 324(rad/s2)이고, 0.5초 경과 후에는 일정값인 -324(rad/s2)이다.
도 7(b)는 관성 로터(74)의 회전 각속도(ωR)의 도달시간(t)까지의 시간변화를 나타내는 그래프이고, 도 7(c)는 관성 로터(74)의 회전각(θR)의 도달시간(t)까지의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 관성 로터(74)의 회전 각속도(ωR)는 산출한 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 적분함으로써, 0.5초까지는 일정한 회전각 가속도(ωR')로 회전 각속도(ωR)가 162(rad/s)까지 증가하고, 0.5초 경과 후에는 일정한 회전각 가속도(ωR')로 회전 각속도(ωR)가 0(rad/s)까지 감소하고 있다.
따라서 회전 각속도(ωR)가 162(rad/s)가 되도록 매초 약 25.8회전, 즉 매분 1547회전으로 관성 로터(74)를 회전시킴으로써, 소망하는 반동 토크를 본체(3)에 가할 수 있다.
또한 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 관성 로터(74)의 회전각(θR)은 산출한 관성 로터(74)의 회전 각속도(ωR)를 적분함으로써, 도달시간(t)=1초로 일정한 회전각(θR)이 81(rad)로 수속된다. 따라서 관성 로터(74)는 회전각(θR)이 81(rad), 즉 약 4640도까지 도달시간(t)=1초 사이에 회전한다. 따라서 관성 로터(74)가 1초 사이에 약 12.9회전함으로써, 지정을 접수한 목표 요각(θt)으로 본체(3)를 방향 전환할 수 있다.
한편 실제로는 접지면(51)에서의 점성 마찰 계수(μ)에 기초한 마찰 토크(Tr)는 무시할 수 있는 크기가 아니며, 마찰 토크(Tr)분만큼 여분으로 반동 토크를 가하지 않으면, 본체(3)는 지정을 접수한 목표 요각(θt)까지 회전할 수 없다.
여기서 마찰 토크(Tr)는 중력 가속도(g)를 9.8(m/s2)로 했을 경우, (식 7)로 구할 수 있다.
Tr=μ·m·g·R2 … (식 7)
따라서 관성 로터(74)의 회전에 의해 가해야 할 회전 토크(T1)는 (식 1)에 나타내는 바와 같이 (T2+Tr)이 된다.
마찰 토크(Tr)는 바퀴(2)와 노면이 접촉하는 접지면(51)에 있어서의 점성 마찰 계수(μ)에 따라 크기가 변동된다. 도 8은 지정해야 할 마찰 토크(Tr)를 특정하는 방법을 설명하는 그래프이다. 도 8(a)는 관성 로터(74)가 회전을 개시하고나서 요각 θ(rad)의 실제 시간변화를 나타내는 그래프이고, 도 8(b)는 관성 로터(74)가 회전을 개시하고나서 요방향의 토크 τ(N·m)의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 요방향의 토크 τ(N·m)는 관성 로터(74)가 회전을 개시하고나서 일정한 비율로 증가하는 데 반해, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 요각(θ)은 관성 로터(74)가 회전을 개시하고나서 일정 시간 후인 시각(t1)까지는 변화되지 않는다. 이것은, 접지면(51)에서의 마찰 토크(Tr)가 정마찰력에 기초한 마찰 토크를 넘어설 때까지는 회전을 개시하지 않고, 정마찰력에 기초한 마찰 토크를 넘은 시점, 즉 시각(t1)부터 본체(3)가 요방향의 회전을 개시하기 때문이다.
따라서 시각(t1)에서의 요방향의 토크 τ1(N·m)에 대응하는 회전 토크가 정마찰 토크라고 생각할 수 있다. 따라서 마찰 토크(Tr)로서 요방향의 토크 τ1(N·m)에 대응하는 회전 토크를 지정했을 경우, 지정을 접수한 목표 요각(θt)으로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
한편 일단 본체(3)가 요방향으로 회전을 개시했을 경우에는, 점성 마찰 계수(μ)는 크게 감소된다. 따라서 마찰 토크(Tr)로서 요방향의 토크 τ1(N·m)에 대응하는 회전 토크를 지정했을 경우, 가하는 반동 토크가 과대해지는 경향이 생기기 쉽다. 따라서 본체(3)가 요방향으로 회전하고 있는 상태에서의 동마찰 토크를 마찰 토크(Tr)로서 지정해도 된다.
이 경우, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 관성 로터(74)가 회전을 개시하고 도달시간(t)의 중간 시각(tm)을 경과한 후, 시각(t2)에는 목표 요각(θt)에 수속된다. 이것은, 접지면(51)에서의 마찰 토크가, 관성 로터(74)에 의한 반동 토크와 균형이 맞았기 때문이다. 따라서 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 시각(t2)에 있어서의 요방향의 토크 τ2(N·m)에 대응하는 회전 토크가 동마찰 토크라고 생각할 수 있다. 따라서 마찰 토크(Tr)로서 요방향의 토크 τ2(N·m)에 대응하는 회전 토크를 지정했을 경우, 지정을 접수한 목표 요각(θt)에 의해 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 이동방향 제어장치의 제어 기판(35)의 컨트롤러에 의한 방향 전환 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다. 제어 기판(35)의 컨트롤러는 목표 요각(θt)의 지정을 접수한다(스텝 S901). 목표 요각(θt) 지정의 접수방법은 특별히 한정되지 않으며, 블루투스(Bluetooth)(등록상표) 등의 무선통신을 통해 외부로부터 지정해야 할 목표 요각(θt)을 수신해도 되고, 제어 기판(35)의 컨트롤러에 메모리를 내장하여 상기 메모리 내에 사전에 목표 요각(θt)을 기억시켜 두어도 된다. 또한 메모리 카드 등을 삽입하는 것이 가능한 슬롯을 마련해 두고, 목표 요각(θt)이 기억되어 있는 메모리 카드 등을 매번 삽입함으로써 목표 요각(θt)을 읽혀도 된다. 한편 요방향의 회전각인 요각(θ)이 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)에 대해서는, 목표 요각(θt)의 지정을 접수하는 동시에 접수해도 되고, 일정 시간으로서 사전에 컨트롤러의 메모리에 기억해 두어도 된다.
컨트롤러는 지정을 접수한 목표 요각(θt)을 2회 시간 미분함으로써 요각 가속도(ω')를 산출한다(스텝 S902). 요 각속도(ω)는 요각 가속도(ω')를 도달시간(t)의 중간에서 양음 반전시킨 일정값이라고 가정했을 경우, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과할 때까지는 일정한 비율로 단조 증가하고, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간의 2분의 1이 경과한 후에는 일정한 비율로 단조 감소한다.
가정한 요 각속도(ω)를 시간 미분함으로써 요각 가속도(ω')를 산출할 수 있다. 상술한 예에서는, 요각 가속도(ω')는 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과할 때까지는 양의 일정값으로서, 목표 요각(θt)에 도달할 때까지의 도달시간(t)의 2분의 1이 경과한 후에는 음의 일정값으로서, 각각 산출할 수 있다.
컨트롤러는 산출된 요각 가속도(ω')에 기초해서 본체(3)를 목표 요각(θt)까지 회전시키기 위해 필요한 회전 토크(T2)를 산출한다(스텝 S903). 컨트롤러는 바퀴(2)와 노면의 점성 마찰 계수(μ)에 따른 마찰 토크(Tr)의 지정을 접수한다(스텝 S904). 컨트롤러는 산출한 회전 토크(T2)와 지정을 접수한 마찰 토크(Tr)를 가산하여, 관성 로터(74)의 회전에 의해 가해야 할 회전 토크(T1)를 산출한다(스텝 S905).
컨트롤러는 산출한 회전 토크(T1)에 기초해서 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 산출하고(스텝 S906), 산출한 관성 로터(74)의 회전각 가속도(ωR')를 2회 적분함으로써, 관성 로터(74)의 회전수(회전각) 및 회전방향을 산출하고(스텝 S907), 산출한 회전수(회전각) 및 회전방향으로 요용 모터(72)가 회전하도록 요용 모터(72)의 동작 지령을 생성한다(스텝 S908). 한편 스텝 S906 내지 스텝 S908은 스텝 S905에서 산출한 회전 토크(T1)에 변환 계수를 승산함으로써, 관성 로터(74)의 회전수(회전각) 및 회전방향을 산출하고, 산출한 회전수(회전각) 및 회전방향으로 요용 모터(72)가 회전하도록 요용 모터(72)의 동작 지령을 생성하도록 해도 된다. 컨트롤러는 생성한 요용 모터(72)의 동작 지령에 대하여 변환 계수를 승산하여 지령 전압을 계산하고, 드라이버에 지령 전압을 출력한다(스텝 S909).
컨트롤러는 도달시간(t)이 경과했는지 아닌지를 판단하고(스텝 S910), 컨트롤러가 도달시간(t)이 경과하지 않았다고 판단했을 경우(스텝 S910:NO), 컨트롤러는 경과 대기 상태가 된다. 컨트롤러가 도달시간(t)이 경과했다고 판단했을 경우(스텝 S910:YES), 컨트롤러는 현재의 요각을 취득하여(스텝 S911), 목표 요각(θt)과의 차분각을 산출한다(스텝 S912).
컨트롤러는 산출한 차분각이 소정값보다 작은지 아닌지를 판단하고(스텝 S913), 컨트롤러가 차분각이 소정값 이상이라고 판단했을 경우(스텝 S913:NO), 컨트롤러는 산출한 차분각을 새로운 목표 요각(θt)으로 설정하고(스텝 S914), 처리를 스텝 S902로 되돌려서 상술한 처리를 반복한다. 컨트롤러가, 산출한 차분각이 소정값보다 작다고 판단했을 경우(스텝 S913:YES), 컨트롤러는 방향 전환이 완료되었다고 판단하고 처리를 종료한다.
이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 지정을 접수한 목표 요각(θt)에 기초해서, 반동 토크를 발생시키는 관성 로터(74)의, 요방향으로 발생시켜야 할 회전각 가속도(ωR')를 정밀도 좋게 추정할 수 있고, 관성 로터(74)를 회전시키는 요용 모터(72)의 회전수 및 회전방향을 제어함으로써, 본체(3)를 소망하는 이동방향으로 방향 전환하는 것이 가능해진다.
한편 상술한 실시형태는 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경할 수 있음은 말할 것도 없다. 예를 들면 마찰 토크로서, 정마찰 계수에 기초한 정마찰 토크, 동마찰 계수에 기초한 동마찰 토크를 지정하는 것에 한정되지 않으며, 예를 들면 시각(t1)까지는 정마찰 토크, 시각(t1) 경과 후에는 동마찰 토크,와 같은 식으로 마찰 토크의 지정을 가변으로 해도 된다.
11 일륜차 로봇(이동방향 제어장치)
2 바퀴
3 본체
35 제어 기판
36 전지
71 요용 각속도 센서
72 요용 모터
73 요용 인코더(요용 회전 센서)
74 관성 로터(로터)
m 본체 질량
M 관성 로터 질량
J1 회전 중심축 둘레의 관성 로터의 관성 모멘트
J2 회전 중심축 둘레의 본체의 관성 모멘트

Claims (10)

  1. 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴와, 상기 바퀴의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하는 본체로 구성되는 일륜차 로봇의 이동방향 제어장치로서,
    상기 본체에,
    요(yaw)방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서와,
    본체의 연직방향을 회전 중심축으로 한 로터와,
    상기 로터를 회전시키는 요용 모터를 포함하며,
    상기 로터의 회전에 수반되는 반동 토크에 따라 상기 본체의 요방향의 회전각을 제어하고,
    이동방향의 목표로 하는 상기 바퀴의 요각의 지정을 접수하는 요각 지정 접수부와,
    마찰 토크의 크기 및 방향을 포함하는 마찰 토크에 관한 정보를 취득하는 마찰 토크 정보 취득 수단과,
    지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하는 요방향 각가속도 산출부와,
    산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출하는 반동 토크 산출 수단과,
    산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 상기 요용 모터의 동작 지령을 생성하는 요용 모터 동작 지령 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동방향 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단은,
    마찰 토크의 크기 및 방향의 지정을 접수하는 마찰 토크 접수 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동방향 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단은,
    바퀴의 요방향의 회전각을 검출하는 요 회전각 검출 수단과,
    요방향의 회전각이 변동을 개시하는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 변동 토크 검출 수단과,
    검출한 요방향의 토크에 기초해서 정마찰(static-friction) 토크의 크기를 산출하는 정마찰 토크 산출 수단을 포함하고,
    산출한 정마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동방향 제어장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단은,
    요방향의 회전각이 수속(收束;convergence)되는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 수속 토크 검출 수단과,
    검출한 요방향의 토크에 기초해서 동마찰(dynamic-friction) 토크의 크기를 산출하는 동마찰 토크 산출 수단을 포함하고,
    산출한 동마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 이동방향 제어장치.
  6. 전후방향으로 회전해서 이동하는 바퀴와, 상기 바퀴의 회전축에 연결되어 상기 바퀴의 위쪽에서 피치방향 및 롤방향으로 요동하는 본체로 구성되는 일륜차 로봇의 이동방향 제어장치에 탑재되어 있는 컴퓨터로 실행하는 것이 가능한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터판독가능 기록매체로서,
    상기 본체에,
    요방향의 회전 각속도인 요 각속도를 검출하는 요용 각속도 센서와,
    본체의 연직방향을 회전 중심축으로 한 로터와,
    상기 로터를 회전시키는 요용 모터를 포함한 이동방향 제어장치에 탑재되어 있는 컴퓨터로 실행하는 것이 가능한 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터를,
    상기 로터의 회전에 수반되는 반동 토크에 따라 상기 본체의 요방향의 회전각을 제어하는 수단,
    이동방향의 목표로 하는 상기 바퀴의 요각의 지정을 접수하는 요각 지정 접수부,
    마찰 토크의 크기 및 방향을 포함하는 마찰 토크에 관한 정보를 취득하는 마찰 토크 정보 취득 수단,
    지정을 접수한 요각에 기초해서 요방향의 회전각 가속도를 산출하는 요방향 각가속도 산출부,
    산출한 요방향의 회전각 가속도에 기초해서 반동 토크를 산출하는 반동 토크 산출 수단,
    산출한 반동 토크와 취득한 마찰 토크에 관한 정보에 기초해서 상기 요용 모터의 동작 지령을 생성하는 요용 모터 동작 지령 생성부로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터판독가능 기록매체.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단을, 마찰 토크의 크기 및 방향의 지정을 접수하는 마찰 토크 접수 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터판독가능 기록매체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단을,
    바퀴의 요방향의 회전각을 검출하는 요 회전각 검출 수단,
    요방향의 회전각이 변동을 개시하는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 변동 토크 검출 수단,
    검출한 요방향의 토크에 기초해서 정마찰 토크의 크기를 산출하는 정마찰 토크 산출 수단, 및
    산출한 정마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하는 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터판독가능 기록매체.
  10. 제6항 또는 제9항에 있어서,
    상기 마찰 토크 정보 취득 수단을,
    요방향의 회전각이 수속되는 시각에 있어서의 요방향의 토크를 검출하는 수속 토크 검출 수단,
    검출한 요방향의 토크에 기초해서 동마찰 토크의 크기를 산출하는 동마찰 토크 산출 수단, 및
    산출한 동마찰 토크를 상기 마찰 토크로서 취득하는 수단으로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터판독가능 기록매체.
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