KR101555930B1 - 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템 - Google Patents

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KR101555930B1
KR101555930B1 KR1020130149829A KR20130149829A KR101555930B1 KR 101555930 B1 KR101555930 B1 KR 101555930B1 KR 1020130149829 A KR1020130149829 A KR 1020130149829A KR 20130149829 A KR20130149829 A KR 20130149829A KR 101555930 B1 KR101555930 B1 KR 101555930B1
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김동헌
김연균
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경남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 모바일단말이 가리키는 방향의 변화에 따라 탑승로봇의 이동 방향이 제어되는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템에 관한 것이다.

Description

모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템{Control system of Personal Riding Robot using mobile terminal}
본 발명은 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 모바일단말이 가리키는 방향의 변화에 따라 탑승로봇의 이동 방향이 제어되는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템에 관한 것이다.
최근 IT 기술의 발달로 인하여 스마트폰과 같은 모바일단말의 성능이 대폭 향상되고 가속도 센서, 자이로 센서 및 지자기 센서를 포함하는 다양한 센서들이 탑재되고 있어서 모바일단말을 이용해서 로봇을 제어하고자 하는 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
또한, 모바일단말을 이용하여 로봇을 제어하고자 할 때에는 로봇 제어를 위한 어플리케이션(Application, App)을 모바일단말에 설치하면 별도의 장치를 제작할 필요없이 로봇의 제어가 가능하다.
또한, 모바일단말을 이용한 로봇제어는 대개 모바일단말의 터치 인터페이스를 이용하여 사용자의 제어명령을 입력받는 방식으로 구현되고 있다. 즉, 사용자는 모바일단말의 화면에서 표시되는 방향 버튼을 확인하고, 특정 방향버튼을 눌러서 로봇이 이동하는 방향을 지정할 수 있도록 구비되고 있다.
한편, 로봇이 사용자가 탑승할 수 있도록 발판 또는 좌석이 구비된 탑승로봇인 경우, 탑승자가 탑승로봇에 탑승한 후 원하는 방향으로 이동하기 위하여 모바일단말의 화면을 상시 확인하여야 하므로 탑승로봇의 제어가 곤란하고 충돌 및 사고의 위험이 높아지는 문제점이 발생하게 되었다.
본 발명자들은 탑승로봇에 탑승자가 탑승한 상태에서 모바일단말의 화면을 확인하지 않고도 원하는 방향으로 탑승로봇을 제어할 수 있게 하고자 연구 노력한 결과, 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 탑승자가 모바일단말의 화면을 확인하지 않고 전방을 주시하면서 탑승로봇의 이동방향을 제어할 수 있는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 모바일단말; 상기 모바일단말에 저장되며, 상기 모바일단말이 좌,우로 회전되었을 때 가리키는 방향을 방향각으로 계산하고 무선신호에 탑재하여 외부로 전송하도록 기능하는 탑승로봇 제어 어플리케이션; 및 바퀴가 구비되며, 상기 모바일단말에서 전송된 무선신호를 수신하여 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션에서 계산된 방향각에 따라 이동방향이 제어되어, 상기 모바일단말이 가리키는 방향 또는 상기 모바일단말이 회전한 방향으로 이동하도록 구비된 탑승로봇;을 포함하고, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션은, 상기 모바일단말이 가리키는 방향의 방향각을 절대 방향각으로 계산하는 절대방향 제어모드; 및 특정 방향각인 기준 방향각이 설정된 후 상기 모바일단말이 좌,우로 회전되었을 때 상기 기준 방향각과의 변화값을 상대 방향각으로 계산하는 상대방향 제어모드;를 포함하고, 상기 탑승로봇은, 상기 탑승로봇이 바라보는 방향의 방향각을 측정하는 아이엠유(IMU) 모듈; 및 상기 탑승로봇의 현재 방향각을 상기 무선신호에서 수신된 모바일단말의 절대 방향각 또는 상기 모바일단말의 상대 방향각과 비교하여, 상기 탑승로봇이 이동할 방향을 계산한 후 상기 바퀴를 구동시키는 제어신호로 출력하는 엠씨유(MCU) 모듈;을 포함하며, 절대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 바퀴의 모터 속도를 아래의 수학식 5로 계산하여 제어하고, 또한, 상대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 바퀴의 모터 속도를 아래의 수학식 6으로 계산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템을 제공한다.
[수학식 5]
Figure 112015030855618-pat00016

여기서, vl은 좌측 바퀴의 모터 속도이고, vr은 우측 바퀴의 모터 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
Figure 112015030855618-pat00017
는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
Figure 112015030855618-pat00018
는 모바일단말에서 수신된 절대방향각이며, θc는 탑승로봇(130)이 회전하는 각도인 회전각을 뜻함.
[수학식 6]
Figure 112015030855618-pat00019

여기서, vl은 좌측 바퀴의 모터 속도이고, vr은 우측 바퀴의 모터 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
Figure 112015030855618-pat00020
는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
Figure 112015030855618-pat00021
는 모바일단말에서 수신된 절대방향각이며, θc는 탑승로봇(130)이 회전하는 각도인 회전각을 뜻함.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무선신호는 1byte의 제어명령 및 1byte의 방향각으로 이루어진 통신패킷이다.
삭제
삭제
바람직한 실시예에 있어서, 상기 탑승로봇은, 상기 바퀴를 각각 구동하는 좌,우측 모터; 상기 엠시유 모듈의 제어신호에 따라 상기 좌,우측 모터의 토크를 각각 제어하는 좌,우측 모터 드라이버; 및 상기 바퀴의 전방 또는 후방에 배치되는 보조 바퀴;를 더 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템에 의하면, 탑승로봇 제어 어플리케이션이 저장된 모바일단말이 가리키는 방향에 따라 탑승로봇의 이동 방향이 제어되므로, 탑승로봇을 제어할 때 모바일단말의 화면을 확인하지 않고도 탑승로봇의 이동 방향을 제어할 수 있어 탑승로봇 제어의 편리성이 향상되고 충돌 및 사고의 위험은 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어 어플리케이션의 화면을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선신호를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차등 구동 로봇 모델을 나타내는 도면.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어시스템을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어 어플리케이션의 화면을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선신호를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어시스템은, 사용자가 발판 또는 좌석에 탑승한 상태에서 전방 또는 가고자 하는 방향을 주시하면서 이동할 수 있게 하며, 모바일단말(110), 탑승로봇 제어 어플리케이션(120) 및 탑승로봇(130)을 포함한다.
상기 모바일단말(110)은 후술할 탑승로봇(130)을 제어하기 위한 것으로, 바람직하게는 스마트폰으로 구비되고 사용자가 일상생활에서 전화통화, 인터넷 검색 및 게임 등의 다양한 활동을 할 수 있게 하며, 상기 사용자가 후술할 탑승로봇(130)에 탑승하였을 때에는 컨트롤러로서 기능하게 된다.
또한, 상기 모바일단말(110)은 지자기 센서가 탑재되고, 또한, 외부장치로 특정 정보 및 제어명령을 전송할 수 있도록 블루투스 모듈(132)이 구비되며, 이외에 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함하는 다양한 센서장치 및 카메라 장치가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 지자기 센서는 지자기를 측정한 측정값을 제공하여 상기 모바일단말(110)이 가리키는 방향에 대한 방향각을 계산할 수 있게 한다. 한편, 상기 지자기 센서 이외에도 가속도 센서 또는 자이로 센서를 이용하여 상기 모바일단말(110)이 가리키는 방향 또는 상기 모바일단말(110)이 회전한 방향을 측정 및 계산하도록 구비할 수도 있다.
또한, 상기 모바일단말(110)과 같이 다양한 센서가 구비되고 어플리케이션을 구동시킬 수 있는 태블릿PC를 사용하여 후술할 탑승로봇(130)을 제어하도록 구비할 수도 있다.
상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)에 저장되어 상기 모바일단말(110)이 후술할 탑승로봇(130)을 제어하도록 기능하는 것으로, 상기 지자기센서에서 지자기를 측정한 측정값을 이용하여 상기 모바일단말(110)이 가리키는 방향을 계산한 후 무선신호에 탑재하여 후술할 탑승로봇(130)으로 전송하는 기능을 갖는다. 이때, 상기 무선신호는 바람직하게 블루투스 신호로 구비될 수 있다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)이 상기 지자기센서를 이용하여 100㎜/sec의 시간 간격마다 지자기를 측정하게 하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)을 이용하여 후술할 탑승로봇(130)을 제어할 때에는 절대방향 제어모드 또는 상대방향 제어모드로 설정하여 후술할 탑승로봇(130)의 이동방향을 제어할 수 있다. 또한, 상기 절대방향 제어모드 및 상대방향 제어모드는 상기 모바일단말(110)의 화면에 표시되어 사용자가 전환할 수 있도록 구비된다.
여기서, 상기 절대방향 제어모드는 지구의 지자기를 기준으로 하는 절대 방향각을 계산하여 후술할 탑승 로봇이 상기 절대 방향각에 맞춰 좌측 또는 우측 방향으로 이동하게 하며, 상기 상대방향 제어모드는 특정 방향을 기준 방향각으로 설정한 후 상기 모바일단말(110)이 현재 가리키는 방향각과 상기 기준 방향각 간의 변화값을 상대 방향각으로 계산하여 후술할 탑승로봇(130)이 상기 상대 방향각에 맞춰 좌측 또는 우측으로 이동하게 한다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)을 상기 절대방향 제어모드로 설정한 경우, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)이 좌,우로 회전되었을 때 가리키는 방향의 방향각인 절대 방향각을 계산한 후 상기 절대 방향각을 상기 무선신호에 탑재하여 후술할 탑승로봇(130)으로 전송하도록 기능하게 된다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)을 상기 상대방향 제어모드로 설정한 경우, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)이 상기 지자기 센서에서 측정된 제 1측정값을 기준 방향각으로 설정한 후 상기 모바일단말(110)이 좌,우로 회전되었을 때 상기 지자기 센서에서 측정된 제 2측정값을 상기 제 1측정값과 비교하여 변화값인 상대 방향각을 계산하도록 기능한다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)이 상기 상대 방향각을 상기 무선신호에 탑재하여 후술할 탑승로봇(130)으로 전송하도록 기능하게 된다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)이 상기 방향각 이외에 사용자로부터 상기 모바일단말(110)에 입력된 제어명령을 상기 무선신호에 탑재하여 후술할 탑승로봇(130)으로 전송하도록 구비된다. 여기서, 상기 무선신호에 탑재되는 통신 패킷은 1byte의 제어명령 및 1byte의 방향각으로 이루어지며 상기 통신 패킷은 일정한 시간 간격마다 후술할 탑승로봇(130)으로 전송된다.
또한, 상기 제어명령은 예컨대, ‘#’, ‘$’, ‘&’, ‘%’, 또는 ‘!’ 문자로 구비되어 첫 번째 1byte를 이루도록 구비되며, ‘#’은 절대방향 이동모드, ‘%’는 절대방향 회전모드, ‘$’는 상대방향 이동모드, ‘&’는 상대방향 회전모드, ‘!’는 정지모드를 뜻한다.
또한, 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)은 상기 모바일단말(110)의 절대 방향각 또는 상기 모바일단말(110)의 상대 방향각을 상기 1byte의 방향각으로 탑재할 수도 있으나 바람직하게 0 내지 180 사이의 특정 값을 전환하여 탑재하도록 구비된다.
상기 탑승로봇(130)은 상기 사용자가 탑승할 수 있는 발판 또는 좌석이 구비되고 이동이 가능하도록 구비된 것으로, 상기 모바일단말(110)에서 전송되는 무선신호를 수신하여 상기 무선신호에 탑재된 방향각에 따라 이동 방향이 제어되고, 상기 모바일단말(110)이 가리키는 방향 또는 상기 모바일단말(110)이 회전한 방향으로 이동하도록 구비되며, 바퀴(131), 블루투스 모듈(132), 아이엠유(IMU) 모듈(133), 엠씨유(MCU) 모듈(134), 좌,우측 모터(135), 좌,우측 모터 드라이버(136) 및 보조 바퀴(137)를 포함한다.
또한, 상기 탑승로봇(130)은 1인용 교통수단으로 사용될 수 있으며, 사용자가 탑승하지 않은 상태에서도 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)이 저장된 모바일단말(110)에 의해 원격조종될 수도 있다.
또한, 상기 탑승로봇(130)은 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)이 저장된 모바일단말(110)에 의해 실시간으로 이동하는 방향이 제어되게 구비될 수 있다.
상기 바퀴(131)는 상기 탑승로봇(130)의 이동을 가능하게 하는 것으로, 상기 탑승로봇(130)의 좌측과 우측에 각각 구비되며 차등구동(differential drive) 방식으로 구동되도록 구비된다. 즉, 상기 탑승로봇(130)을 직진 또는 후진시킬 경우 좌측 및 우측 바퀴(131)가 동일한 속도 및 방향으로 회전하고, 상기 탑승로봇(130)을 좌측 또는 우측으로 회전시킬 경우에는 좌측 및 우측 바퀴(131)가 서로 다른 방향으로 회전하도록 구비된다.
상기 블루투스 모듈(132)은 상기 모바일단말(110)에서 전송되는 무선신호를 수신하기 위한 것이며, 바람직하게, 상기 모바일단말(110)에 저장된 탑승로봇 제어 어플리케이션(120)에 의해 상기 무선신호에 탑재된 제어명령 및 방향각을 일정한 시간 간격마다 수신하도록 구비된다.
상기 아이엠유(IMU) 모듈(133)은 상기 탑승로봇(130)이 바라보는 방향을 측정하기 위한 것으로, 측정된 탑승로봇(130)의 방향을 후술할 엠씨유 모듈(134)로 전송하여 후술할 엠씨유 모듈(134)이 상기 탑승로봇(130)을 좌측 또는 우측 방향으로 이동시킬지 계산할 수 있게 한다.
또한, 상기 아이엠유 모듈(133)은 적어도 3개의 축 상에서 상기 탑승로봇(130)이 바라보는 방향 및 자세를 측정할 수 있도록 구비될 수 있으며, 바람직하게는 상기 탑승로봇(130)의 이동관성을 측정할 수 있는 가속도계와 회전관성을 측정할 수 있는 자이로계 및 방향각을 측정할 수 있는 자계로 이루어진 통합 유니트(Unit)로 구비될 수 있다.
또한, 상기 아이엠유 모듈(133)은 AHRS(Attitude Heading Reference System)으로 구비되어 상기 탑승로봇(130)의 자세와 상기 탑승로봇(130)의 방향각을 측정할 수 있도록 구비될 수 있다. 한편, 상기 아이엠유 모듈(133)을 통합 유니트로 구비하지 않고 상기 탑승로봇(130)이 바라보는 방향의 방향각을 측정하는 지자기 센서만으로 구비될 수도 있을 것이다.
상기 엠씨유(MCU) 모듈(134)은 상기 탑승로봇(130)을 제어하기 위한 것으로, 상기 탑승로봇(130)이 이동 또는 정지하거나, 좌측 또는 우측으로 방향을 전환할 수 있도록 상기 한 쌍의 바퀴(131) 중 적어도 하나의 바퀴(131)를 구동시키는 제어신호를 출력하게 된다.
또한, 상기 엠씨유 모듈(134)은 상기 아이엠유 모듈(133)에서 측정된 방향각을 통해 상기 탑승로봇(130)이 현재 바라보는 방향을 인식하고, 상기 모바일단말(110)에서 수신된 무선신호를 분석하여 사용자가 가고자하는 방향을 인식한 후 상기 탑승로봇(130)이 이동할 방향 및 각도를 계산하여 상기 제어신호로 출력하도록 구비된다.
또한, 상기 엠씨유 모듈(134)은 상기 무선신호에서 수신된 상기 모바일단말(110)의 절대 방향각 또는 상기 모바일단말(110)의 상대 방향각에 따라 상기 탑승로봇(130)의 좌측 바퀴(131) 또는 우측 바퀴(131)를 구동하여 상기 탑승로봇(130)의 방향각을 조정하며, 또한, 상기 무선신호에 탑재된 특정 제어명령에 따라 상기 탑승로봇(130)이 이동 또는 정지하도록 제어하게 된다.
상기 좌,우측 모터(135)는 상기 한 쌍의 바퀴(131)를 회전시키기 위한 것으로, BLDC 모터로 구비될 수 있으며, 각각의 바퀴(131)에 각 모터가 연결되어 회전력을 제공하도록 구비된다.
또한, 상기 좌,우측 모터(135)는 후술할 좌,우측 모터 드라이버(136)에 의해 구동 또는 정지하도록 구비되며, 회전 속도 및 회전 방향이 제어되게 된다.
상기 좌,우측 모터 드라이버(136)는 상기 좌,우측 모터(135)를 각각 제어하기 위한 것으로, 상기 엠씨유 모듈(134)의 제어신호에 따라 상기 좌,우측 모터(135)의 토크 및 회전 방향을 제어하도록 구비된다.
또한, 상기 좌,우측 모터 드라이버(136)는 상기 엠씨유 모듈(134)에서 전송된 제어신호에 따라 상기 좌,우측 모터(135)를 정회전, 역회전 또는 정지시키며, 또한, 상기 좌,우측 모터(135)의 토크를 빠르게 하거나 느리게 한다.
상기 보조 바퀴(137)는 상기 탑승로봇(130)이 안정적으로 운행할 수 있도록 균형을 잡아주기 위한 것으로, 상기 한 쌍의 바퀴(131)의 전방 또는 후방에 배치되며, 상기 한 쌍의 바퀴(131)와는 소정 간격이 이격되게 구비된다.
또한, 상기 보조 바퀴(137)는 평면 상에서 보았을 때 상기 한 쌍의 바퀴(131)와 함께 삼각형의 꼭지점 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 보조 바퀴(137)는 상기 탑승로봇(130)이 균형을 유지하기 위해 복잡한 퍼지 알고리즘 또는 신경망 회로 알고리즘을 포함하는 제어 알고리즘을 사용하지 않고도 쉽게 안정성을 유지할 수 있게 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차등 구동 로봇 모델을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 탑승로봇 제어시스템은, 차등 구동 로봇 모델을 기준으로 동작하도록 구비되며, 탑승로봇(130)의 엠씨유 모듈은 상기 차등 구동 로봇 모델을 이용하여 좌측 바퀴 또는 우측 바퀴를 구동시키게 된다.
상기 차등 구동 로봇 모델은 현재 위치와 기준 프레임에 대한 방위각으로 이루어진 세 개의 벡터를 포함하며, 아래의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112013111000988-pat00001
여기서, θc는 탑승로봇(130)이 회전하는 각도인 회전각을 뜻하며, 탑승로봇(130)의 한 쌍의 바퀴의 중심(P)을 기준으로 x축 방향 또는 y축 방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 차등 구동 로봇 모델은 상기 탑승로봇(130)의 선속도 및 각속도를 아래의 수학식 2를 이용하여 계산한다.
[수학식 2]
Figure 112013111000988-pat00002
여기서, v는 탑승로봇(130)의 선속도를 뜻하며 w는 탑승로봇(130)의 각속도를 뜻한다.
또한, 상기 차등 구동 로봇 모델의 선속도 및 각속도를 정리하면 아래의 수학식 3 및 수학식 4로 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112013111000988-pat00003
[수학식 4]
Figure 112013111000988-pat00004
여기서, vr 및 vl은 우측 모터 및 좌측 모터의 pwm값이며, 2dc는 탑승로봇(130)의 한 쌍의 바퀴 간의 수평거리를 뜻한다.
또한, 상기 차등 구동 로봇 모델은 상기 탑승로봇(130)의 절대방향 제어모드 및 상대방향 제어모드에 따라 좌,우측 모터의 속도를 제어하게 된다.
먼저, 절대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 모터의 속도를 아래의 수학식 5로 계산하여 제어하게 된다.
[수학식 5]
Figure 112013111000988-pat00005
여기서, vl은 좌측 모터의 속도이고, vr은 우측 모터의 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
Figure 112013111000988-pat00006
는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
Figure 112013111000988-pat00007
는 모바일단말에서 수신된 절대방향각을 뜻한다.
또한, 상대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 모터의 속도를 아래의 수학식 6으로 계산하여 제어하게 된다.
[수학식 6]
Figure 112013111000988-pat00008
여기서, vl은 좌측 모터의 속도이고, vr은 우측 모터의 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
Figure 112013111000988-pat00009
는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
Figure 112013111000988-pat00010
는 모바일단말에서 수신된 절대방향각을 뜻한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : 모바일단말 120 : 탑승로봇 제어 어플리케이션
130 : 탑승로봇 131 : 바퀴
132 : 블루투스 모듈 133 : 아이엠유 모듈
134 : 엠씨유 모듈 135 : 좌,우측 모터
136 : 좌,우측 모터 드라이버 137 : 보조 바퀴

Claims (5)

  1. 모바일단말;
    상기 모바일단말에 저장되며, 상기 모바일단말이 좌,우로 회전되었을 때 가리키는 방향을 방향각으로 계산하고 무선신호에 탑재하여 외부로 전송하도록 기능하는 탑승로봇 제어 어플리케이션; 및
    바퀴가 구비되며, 상기 모바일단말에서 전송된 무선신호를 수신하여 상기 탑승로봇 제어 어플리케이션에서 계산된 방향각에 따라 이동방향이 제어되어, 상기 모바일단말이 가리키는 방향 또는 상기 모바일단말이 회전한 방향으로 이동하도록 구비된 탑승로봇;을 포함하고,
    상기 탑승로봇 제어 어플리케이션은,
    상기 모바일단말이 가리키는 방향의 방향각을 절대 방향각으로 계산하는 절대방향 제어모드; 및
    특정 방향각인 기준 방향각이 설정된 후 상기 모바일단말이 좌,우로 회전되었을 때 상기 기준 방향각과의 변화값을 상대 방향각으로 계산하는 상대방향 제어모드;를 포함하고,
    상기 탑승로봇은,
    상기 탑승로봇이 바라보는 방향의 방향각을 측정하는 아이엠유(IMU) 모듈; 및
    상기 탑승로봇의 현재 방향각을 상기 무선신호에서 수신된 모바일단말의 절대 방향각 또는 상기 모바일단말의 상대 방향각과 비교하여, 상기 탑승로봇이 이동할 방향을 계산한 후 상기 바퀴를 구동시키는 제어신호로 출력하는 엠씨유(MCU) 모듈;을 포함하며,
    절대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 바퀴의 모터 속도를 아래의 수학식 5로 계산하여 제어하고, 또한, 상대방향 제어모드의 경우에는 좌,우측 바퀴의 모터 속도를 아래의 수학식 6으로 계산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템.
    [수학식 5]
    Figure 112015030855618-pat00022

    여기서, vl은 좌측 바퀴의 모터 속도이고, vr은 우측 바퀴의 모터 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
    Figure 112015030855618-pat00023
    는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
    Figure 112015030855618-pat00024
    는 모바일단말에서 수신된 절대방향각이며, θc는 탑승로봇(130)이 회전하는 각도인 회전각을 뜻함.

    [수학식 6]
    Figure 112015030855618-pat00025

    여기서, vl은 좌측 바퀴의 모터 속도이고, vr은 우측 바퀴의 모터 속도이고, sm은 탑승로봇(130)의 전진을 위한 상수의 속도값이고,
    Figure 112015030855618-pat00026
    는 탑승로봇(130)의 절대 방향각에 대한 비례제어기이며, kp는 탑승로봇(130)의 방향에 대한 비례상수이며,
    Figure 112015030855618-pat00027
    는 모바일단말에서 수신된 절대방향각이며, θc는 탑승로봇(130)이 회전하는 각도인 회전각을 뜻함.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무선신호는 1byte의 제어명령 및 1byte의 방향각으로 이루어진 통신패킷인 것을 특징으로 하는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 탑승로봇은,
    상기 바퀴를 각각 구동하는 좌,우측 모터;
    상기 엠씨유 모듈의 제어신호에 따라 상기 좌,우측 모터의 토크를 각각 제어하는 좌,우측 모터 드라이버; 및
    상기 바퀴의 전방 또는 후방에 배치되는 보조 바퀴;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일단말을 이용한 탑승로봇 제어시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007139710A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Advanced Telecommunication Research Institute International 歩行補助ロボット

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