KR101901922B1 - Operational parameter setting method for power states estimation of battery in single wheel robot and power states estimation method of battery in single wheel robot and controlling method of single wheel robot - Google Patents

Operational parameter setting method for power states estimation of battery in single wheel robot and power states estimation method of battery in single wheel robot and controlling method of single wheel robot Download PDF

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Abstract

본 발명은 외바퀴로봇에서 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 분석함으로써, 외바퀴로봇의 운전파라미터를 설정하고, 별도의 전자 장치를 부가하지 않더라도 외바퀴로봇에 장착된 하드웨어 시스템에 의해 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하며, 외바퀴로봇의 자세 유지를 안정화시킬 수 있는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법은 플립모터드라이버의 운전특성과 배터리의 운전영역을 매칭시키는 운전매칭단계 및 플립모터드라이버에서 출력되는 전류에 대한 듀티비와 플립모터드라이버에 의한 플립모션의 틸트회수와의 관련성을 바탕으로 플립모션을 발생시키는 전류에 대한 듀티비를 설정하는 듀티비설정단계를 포함한다.
The present invention is characterized in that the operation parameters of the unicycle robot are set by analyzing a flip motion which causes the flywheel to be tilted in the unicycle robot and the operation of the unicycle robot is controlled by the hardware system mounted on the unicycle robot The present invention relates to an operation parameter setting method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot capable of stabilizing the attitude maintenance of a unicycle robot, a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot, and a control method of a unicycle robot.
For this purpose, an operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot includes a driving matching step of matching the operation characteristics of the flip motor driver with the operation region of the battery, a duty ratio of the current output from the flip motor driver, And a duty ratio setting step of setting a duty ratio for a current that generates flip motion based on the relationship between the number of tilt times of the flip motions by the duty ratio setting step.

Description

외바퀴로봇의 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법{OPERATIONAL PARAMETER SETTING METHOD FOR POWER STATES ESTIMATION OF BATTERY IN SINGLE WHEEL ROBOT AND POWER STATES ESTIMATION METHOD OF BATTERY IN SINGLE WHEEL ROBOT AND CONTROLLING METHOD OF SINGLE WHEEL ROBOT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an operation parameter setting method for estimating a power state of a battery of a unicycle robot, a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot, and a control method of a unicycle robot. ESTIMATION METHOD OF BATTERY IN SINGLE WHEEL ROBOT AND CONTROLLING METHOD OF SINGLE WHEEL ROBOT}

본 발명은 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외바퀴로봇에서 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 분석함으로써, 외바퀴로봇의 운전파라미터를 설정하고, 별도의 전자 장치를 부가하지 않더라도 외바퀴로봇에 장착된 하드웨어 시스템에 의해 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하며, 외바퀴로봇의 자세 유지를 안정화시킬 수 있는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of setting an operation parameter for estimating a power state of a battery in a unicycle robot, a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot, and a control method of a unicycle robot. More particularly, And the power state of the battery is estimated by the hardware system mounted on the unicycle robot and the state of the unicycle robot is maintained even if a separate electronic device is not added to the unicycle robot by analyzing the flip motion of the unicycle robot The present invention relates to a method of setting an operation parameter for estimating a power state of a battery in a unicycle robot which can be stabilized, a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot, and a control method of a unicycle robot.

일반적으로, 배터리는 휴대 기기를 비롯하여 많은 장치에 사용되고 있어, 충방전을 관리하는 배터리 관리 시스템이 필수이다. 특히, 기기 가동시에는 배터리의 가동 시간을 보다 정확하게 알 필요가 있고, 그 때문에 배터리의 잔량 예측 장치가 사용되고 있다.Generally, a battery is used in many devices including a portable device, and therefore, a battery management system for managing charge and discharge is essential. In particular, it is necessary to know the operating time of the battery more precisely at the time of operating the apparatus, and therefore, a battery residual amount predicting device is used.

일예로, 외바퀴로봇은 플라이휠이 틸트(tilt)됨에 따라 기울어지면서 방향을 변경하는데, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태가 낮아지면 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션의 틸트회수가 적어지므로, 배터리의 전력상태를 추정하는 것은 배터리에 의해 구동되는 동적시스템에서 매우 중요한 요소가 된다.For example, as the flywheel tilts, the unicycle robot changes its direction while tilting. When the power state of the battery is lowered in the unicycle robot, the number of tilts of the flip motion for tilting the flywheel decreases. Estimation is a very important factor in battery-driven dynamic systems.

이에 대해 종래에는 배터리의 전력상태를 추정하기 위해 디지털 멀티 미터, 측정 저항 등이 이용됨에 따라 외바퀴로봇에는 별도의 전자 장치가 부가적으로 필요하게 되었다.Conventionally, a digital multimeter, a measurement resistor, and the like are used to estimate the power state of a battery, so that a separate electronic device is additionally required for the unicycle robot.

그러나 외바퀴로봇에 별도의 전자 장치가 부가되는 경우, 외바퀴로봇의 부피가 커지고 외바퀴로봇의 균형 제어가 어려워지는 단점이 있다. 또한, 외바퀴로봇에 부가되는 별도의 전자 장치가 고장나는 경우, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 확인하기 어렵고, 사용자가 직접 배터리의 전력상태를 측정해야 하는 번거로움이 있다.However, when a separate electronic device is added to the unicycle robot, the volume of the unicycle robot becomes large and the balance control of the unicycle robot becomes difficult. In addition, when a separate electronic device attached to the unicycle robot fails, it is difficult to check the power state of the battery in the unicycle robot, and the user must directly measure the power state of the battery.

대한민국 공개특허공보 제2016-0097680호(발명의 명칭 : 파워 모니터링 시스템 및 장치, 2016. 08. 18. 공개)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0097680 (entitled POWER MONITORING SYSTEM AND APPARATUS, published on Aug. 18, 2016)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외바퀴로봇에서 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 분석함으로써, 외바퀴로봇의 운전파라미터를 설정하고, 별도의 전자 장치를 부가하지 않더라도 외바퀴로봇에 장착된 하드웨어 시스템에 의해 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하며, 외바퀴로봇의 자세 유지를 안정화시킬 수 있는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the conventional problems by analyzing a flip motion in which a flywheel is tilted in a unicycle robot to set operation parameters of a unicycle robot and, A method of estimating the power state of a battery in a unicycle robot by a hardware system and an operation parameter setting method for estimating a power state of the battery in a unicycle robot that can stabilize the attitude maintenance of a unicycle robot and a method of estimating a power state of the battery in a unicycle robot , And a control method of a unicycle robot.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법은 플립모터드라이버의 운전특성과 배터리의 운전영역을 매칭시키는 운전매칭단계; 및 상기 플립모터드라이버에서 출력되는 전류에 대한 듀티비와 상기 플립모터드라이버에 의한 플립모션의 틸트회수와의 관련성을 바탕으로 상기 플립모션을 발생시키는 전류에 대한 듀티비를 설정하는 듀티비설정단계;를 포함한다.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, an operation parameter setting method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to the present invention includes: a driving operation for matching a driving characteristic of a flip- Matching step; And a duty ratio setting step of setting a duty ratio of a current for generating the flip motion based on a relation between a duty ratio of a current output from the flip motor driver and a tilt count of a flip motor by the flip motor driver; .

여기서, 상기 운전매칭단계는, 상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압의 PWM 스위칭주파수를 일정값으로 설정하는 주파수설정단계; 상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압과 상기 전류의 관계를 산출하는 제1산출단계; 상기 전압과 상기 전류가 선형적인 관계를 갖는 전압사용범위를 산출하는 제2산출단계; 및 상기 배터리의 운전영역과 상기 전압사용범위를 매칭시키는 전압매칭단계;를 포함한다.Here, the operation matching step may include: a frequency setting step of setting a PWM switching frequency of a voltage input to the flip motor driver to a constant value; A first calculation step of calculating a relationship between a voltage input to the flip motor driver and the current; A second calculation step of calculating a voltage use range in which the voltage and the current have a linear relationship; And a voltage matching step of matching the operation range of the battery with the voltage use range.

본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법은 상기 플립모션의 틸트회수에 따른 상기 배터리의 전력상태에 관한 배터리추정관계식을 산출하는 관계식산출단계;를 더 포함한다.The operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot according to the present invention further includes a relational expression calculating step of calculating a battery estimation relational expression related to the power state of the battery according to the number of times of tilting of the flip motion.

이때, 상기 배터리추정관계식은 출력되는 전류와 상기 플립모션의 틸트회수의 선형성을 바탕으로 V=K*T인 관계식으로 결정된다. 여기서, V는 배터리의 전력상태이고, K는 선형성에 따른 모션상수이며, T는 상기 플립모션의 틸트회수이고, *는 곱셈을 나타낸다.At this time, the battery estimation relation is determined by the relational expression V = K * T based on the linearity of the output current and the number of times of tilt of the flip motion. Where V is the power state of the battery, K is a motion constant according to the linearity, T is the number of tilt times of the flip motion, and * indicates multiplication.

본 발명에 따른 외바퀴로봇로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법은 상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션에 따른 지연시간을 도출하고, 상기 지연시간을 바탕으로 상기 플립모션의 틸트회수를 보상하는 틸트회수보상단계;를 더 포함한다.The driving parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot according to the present invention comprises: calculating a delay time according to the flip motion based on the operation characteristics of the flip motor driver; And a tilt count compensation step of compensating a tilt count of the tilt counter.

본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법은 상기 배터리추정관계식을 이용하여 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하는 방법이고, 상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션을 구현하는 모션구현단계; 상기 플립모션에 따라 모터엔코더의 분석을 통해 상기 플립모션의 틸트회수를 산출하는 틸트회수산출단계; 및 상기 배터리추정관계식을 이용하여 상기 배터리의 전력상태를 산출하는 전력상태산출단계;를 포함한다.A method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to the present invention is a method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot using the battery estimation relation, and the method for implementing the flip motion based on operation characteristics of the flip motor driver Motion implementation phase; A tilt count calculating step of calculating a tilt count of the flip motion through analysis of a motor encoder according to the flip motion; And a power state calculating step of calculating a power state of the battery using the battery estimation relation.

본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법은 상기 플립모션에 대하여 상기 틸트회수산출단계와 상기 전력상태산출단계를 기설정된 반복횟수동안 반복하여 상기 배터리의 전력상태에 대한 평균값을 산출하는 평균값산출단계;를 더 포함한다.A method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to the present invention includes repeating the tilt count calculation step and the power state calculation step for the flip motion for a preset number of repetitions to calculate an average value And a calculating step.

본 발명에 따른 외바퀴로봇의 제어방법은 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법을 통해 상기 외바퀴로봇을 제어하는 방법이고, 상기 배터리의 전력상태를 바탕으로 플라이휠의 속도와 상기 플립모션의 틸트회수를 조절한다.The control method of the unicycle robot according to the present invention is a method of controlling the unicycle robot through a method of estimating the power state of the battery in the unicycle robot, and controlling the speed of the flywheel and the number of times of the tilting of the flip motion based on the power state of the battery do.

본 발명에 따른 외바퀴로봇의 제어방법은 상기 배터리의 전력상태를 기설정된 기준전력상태와 비교하는 전력상태비교단계; 및 상기 전력상태비교단계의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 기설정된 기준전력상태보다 작은 경우, 상기 플라이휠의 속도를 줄이고, 상기 플립모션의 틸트회수를 높이는 모션제어단계;를 포함한다.The control method of the unicycle robot according to the present invention may further include: comparing a power state of the battery with a predetermined reference power state; And a motion control step of decreasing the speed of the flywheel and increasing the number of times of tilting of the flip motion when the power state of the battery is smaller than a predetermined reference power state as a result of the comparison of the power state comparison step.

본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법에 따르면, 외바퀴로봇에서 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 분석함으로써, 외바퀴로봇의 운전파라미터를 설정하고, 별도의 전자 장치를 부가하지 않더라도 외바퀴로봇에 장착된 하드웨어 시스템에 의해 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하며, 외바퀴로봇의 자세 유지를 안정화시킬 수 있다.According to an operation parameter setting method for estimating the power state of a battery in a unicycle robot according to the present invention, a method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot, and a control method for a unicycle robot, a flip motion for tilting a flywheel in a unicycle robot By analyzing the operation parameters of the unicycle robot, it is possible to estimate the power state of the battery in the unicycle robot by the hardware system mounted on the unicycle robot and to stabilize the attitude maintenance of the unicycle robot, without setting additional operation parameters of the unicycle robot .

또한, 본 발명은 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 기계적인 플립모션의 틸트회수와 배터리의 전력상태 사이에 형성되는 선형성으로 인해 배터리의 전력상태 추정을 간편하게 할 수 있다.Further, the present invention can easily estimate the power state of the battery due to the linearity formed between the number of tilt times of the mechanical flip motion and the power state of the battery based on the operation characteristics of the flip motor driver.

또한, 본 발명은 기계적인 플립모션과 배터리의 전압 인가 사이에 발생되는 지연시간 및 반복되는 플립모션에 대한 평균값을 바탕으로 추정되는 배터리의 전력상태의 정확도를 향상시킬 수 있다.Further, the present invention can improve the accuracy of the battery power state estimated based on the delay time generated between the mechanical flip motion and the voltage application of the battery and the average value of the repeated flip motion.

또한, 본 발명은 외바퀴로봇에 별도의 전자 장치가 필요없으므로, 외바퀴로봇의 부피가 커지는 것을 방지하고, 외바퀴로봇의 균형 제어를 안정화시키며, 외바퀴로봇의 동작에 따라 배터리의 전력상태를 간편하게 확인할 수 있다.In addition, since a separate electronic device is not required for the unicycle robot, it is possible to prevent the unicycle robot from becoming bulky, stabilize the balance control of the unicycle robot, and easily check the power state of the battery according to the operation of the unicycle robot .

또한, 본 발명은 배터리의 전력상태를 플립모션의 틸트회수를 측정하는 것과 같이 기계적으로 체크한 다음, 배터리의 전력상태에 따라 플라이휠의 속도와 플립모션의 틸트회수를 조절할 수 있다.Also, the present invention can mechanically check the power state of the battery, such as measuring the number of times of tilting of the flip motion, and then adjust the speed of the flywheel and the number of tilts of the flip motion according to the power state of the battery.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 운전매칭단계에 따라 산출되는 전압과 전류의 선형적인 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 듀티비와 플립모션의 틸트회수 사이의 관련성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 플립모션의 응답특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇의 제어방법을 도시한 도면이다.
1 is a view illustrating a unicycle robot according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a method of setting an operation parameter according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating a linear relationship between voltage and current calculated according to the operation matching step in the operation parameter setting method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the number of tilt times of the flip motion in the operation parameter setting method according to the embodiment of the present invention.
5 is a graph showing response characteristics of flip motions in an operation parameter setting method according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a control method of a unicycle robot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.Hereinafter, an operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot according to the present invention, a method of estimating the power state of the battery in the unicycle robot, and a control method of the unicycle robot will be described with reference to the accompanying drawings do. Here, the present invention is not limited or limited by the examples. Further, in describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇을 도시한 도면이다.First, a unicycle robot according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a view illustrating a unicycle robot according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇은 로봇바디(1)와, 로봇바디(1)의 외주면을 감싸면서 로봇바디(1)에 회전 가능하게 결합되는 외륜(2)과, 상기 로봇바디(1)에 대하여 상기 외륜(2)을 회전시키는 구동모터와, 상기 로봇바디(1)에 회전 가능하게 결합되는 김벌(3)과, 외바퀴로봇의 균형유지를 위한 자이로 효과를 생성하기 위해 상기 김벌(3)에 회전 가능하게 결합되는 플라이휠(4)과, 상기 김벌(3)에 구비되고 상기 플라이휠(4)을 회전시키는 스핀모터(5)와, 상기 김벌(3)에 구비되고 자이로 효과를 생성하기 위해 상기 플라이휠(4)을 틸트시켜 상기 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 구현하는 플립모터(6)와, 상기 구동모터 및 상기 스핀모터(5)와 상기 플립모터(6)의 동작을 제어하는 컨트롤러(7)와, 상기 구동모터 및 상기 스핀모터(5)와 상기 플립모터(6) 그리고 상기 컨트롤러(7)에 전원을 인가하는 배터리를 포함할 수 있다.1, the unicycle robot according to an embodiment of the present invention includes a robot body 1, an outer ring 2 rotatably coupled to the robot body 1 while surrounding an outer circumferential surface of the robot body 1, A driving motor for rotating the outer ring 2 with respect to the robot body 1, a gimbal 3 rotatably coupled to the robot body 1, and a gyro effect for maintaining balance between the outer robot 2 and the robot body 1 A flywheel 4 rotatably coupled to the gimbal 3 in order to rotate the flywheel 4 to rotate the flywheel 4; A flip motor 6 for realizing a flip motion in which the flywheel is tilted by tilting the flywheel 4 to generate a gyro effect, and a drive motor 6 for driving the drive motor, the spin motor 5 and the flip motor 6 A controller (7) for controlling the operation of the motor, the drive motor and the spin motor (5) Group flip motor 6 and may include a battery to supply power to the controller 7.

여기서, 상기 컨트롤러(7)에는 상기 플립모터(6)의 동작을 제어하는 플립모터드라이버가 포함될 수 있다. 상기 플립모터드라이버는 기설정된 운전특성을 나타내게 된다.Here, the controller 7 may include a flip motor driver for controlling the operation of the flip motor 6. The flip motor driver exhibits predetermined operation characteristics.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 운전매칭단계에 따라 산출되는 전압과 전류의 선형적인 관계를 나타내는 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 듀티비와 플립모션의 틸트회수 사이의 관련성을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전파라미터 설정방법에서 플립모션의 응답특성을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a method of setting an operation parameter according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of setting an operation parameter according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the duty ratio and the number of tilt times of the flip motion in the operation parameter setting method according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship It is a graph showing the response characteristics of the flip motion in the parameter setting method.

도 1 및 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법은 운전매칭단계(S1)와, 듀티비설정단계(S2)를 포함하고, 관계식산출단계(S3)를 더 포함하며, 틸트회수보상단계(S4)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 to 5, an operation parameter setting method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention includes an operation matching step S1, a duty ratio setting step S2, , And further includes a relational expression calculating step (S3), and may further include a tilt collecting compensation step (S4).

상기 운전매칭단계(S1)는 상기 플립모터드라이버의 운전특성과 상기 배터리의 운전영역을 매칭시킨다.The operation matching step (S1) matches the operation characteristics of the flip motor driver with the operation region of the battery.

좀더 자세하게, 상기 운전매칭단계(S1)는 상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압의 PWM 스위칭주파수를 일정값으로 설정하는 주파수설정단계(S1-1)와, 상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압과 상기 플립모터드라이버에서 출력되는 전류의 관계를 산출하는 제1산출단계(S1-2)와, 상기 전압과 상기 전류가 선형적인 관계를 갖는 전압사용범위를 산출하는 제2산출단계(S1-3)와, 상기 배터리의 운전영역과 상기 전압사용범위를 매칭시키는 전압매칭단계(S1-4)를 포함할 수 있다.In more detail, the operation matching step (S1) includes a frequency setting step (S1-1) of setting a PWM switching frequency of a voltage input to the flip motor driver to a constant value, A first calculation step (S1-2) of calculating a relationship of a current outputted from the motor driver, a second calculation step (S1-3) of calculating a voltage use range in which the voltage and the current have a linear relationship, And a voltage matching step (S1-4) for matching the operation range of the battery with the voltage use range.

상기 배터리의 전력상태는 컷오프(cut-off) 상태와, 오퍼레이션(operation) 상태와, 새츄레이션(saturation) 상태로 구분할 수 있다. 상기 컷오프 상태에서는 상기 배터리를 충전할 수 없다. 상기 컷오프 상태 이전의 알람 정보는 배터리 시스템을 이용한 어플리케이션에서 고려되어야 한다. 상기 오퍼레이션 상태는 외바퀴로봇의 구동 상태로 상기 컷오프 상태와 상기 새츄레이션 상태 사이의 범위이다. 상기 새츄레이션 상태에서는 상기 배터리가 완전히 충전된다.The power state of the battery can be divided into a cut-off state, an operation state, and a saturation state. The battery can not be charged in the cutoff state. The alarm information before the cutoff state should be considered in an application using the battery system. The operation state is a range between the cutoff state and the saturation state in the driving state of the unicycle robot. The battery is fully charged in the saturation state.

본 발명의 일 실시예에서 상기 배터리는 리퓸-폴리머계로 패키징된 5셀배터리를 예로 설명한다. 그러면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 컷오프 상태는 +15V이고, 상기 오퍼레이션 상태는 +18.5V이며, 상기 새츄레이션 상태는 +20.5V이므로, +15v 내지 +18.5V에서 상기 배터리의 운전영역을 결정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the battery is exemplified as a 5-cell battery packaged in a reperfusion-polymer system. Then, in one embodiment of the present invention, the operation region of the battery is determined at + 15V to + 18.5V since the cutoff state is +15 V, the operation state is +18.5 V, and the saturation state is +20.5 V .

상기 플립모터드라이버의 운전특성에 대하여 상기 플립모터(6)는 2개의 포트에 의해 상기 플립모터드라이버에 접속된다. 하나의 포트는 H브리지가 높은 쪽을 나타내고 다른 하나의 포트는 H브리지가 낮은 쪽을 나타낸다. 이때, 2개의 포트는 상기 플립모터의 부하 전류와, H브리지 동작전류를 갖는다. 이러한 두 종류의 전류는 동일한 하드웨어 H브리지를 공유하므로, 상기 플립모터드라이버의 운전특성은 H브리지 동작전류의 분석에 의해 기설정된다.The flip motor 6 is connected to the flip motor driver by two ports with respect to the operation characteristics of the flip motor driver. One port represents the higher H bridge and the other port represents the lower H bridge. At this time, the two ports have the load current of the flip motor and the H bridge operating current. Since these two types of currents share the same hardware H bridge, the operating characteristics of the flip motor driver are predefined by analysis of the H bridge operating current.

여기서, H브리지 동작전류는 상기 배터리의 전력상태, PWM 스위칭주파수, 정션온도에 의존하게 된다. 이때, 상기 PWM 스우칭주파수는 일정값으로 설정되고, 상기 정션온도의 효과는 무시할 수 있으므로, 상기 플립모터드라이버의 전류 흐름은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 배터리의 전력상태에만 의존하게 된다. 특히, 상기 플립모터드라이버에서 흥미로운 부분(interesting region)은 선형 관계를 나타내는 부분으로 상기 플립모터드라이버의 운전특성에 따른 상기 전압사용범위(+15V 내지 +24V)에는 상기 배터리의 운전영역이 포함되므로, 상기 배터리의 운전영역과 상기 전압사용범위를 매칭시킬 수 있게 된다.Here, the H bridge operating current depends on the power state of the battery, the PWM switching frequency, and the junction temperature. At this time, since the PWM sweep frequency is set to a constant value and the effect of the junction temperature can be ignored, the current flow of the flip motor driver depends only on the power state of the battery as shown in FIG. Particularly, an interesting region in the flip motor driver is a linear relationship, and the operating range of the battery is included in the voltage use range (+ 15V to + 24V) according to the operation characteristics of the flip motor driver. The operating range of the battery and the voltage use range can be matched.

상기 듀티비설정단계(S2)는 상기 전류에 대한 듀티비와 상기 플립모터드라이버에 의한 플립모션의 틸트회수와의 관련성을 바탕으로 상기 플립모션을 발생시키는 전류에 대한 듀티비를 설정한다.The duty ratio setting step S2 sets the duty ratio of the current for generating the flip motion on the basis of the relation between the duty ratio for the current and the number of tilt times of the flip motions by the flip motor driver.

상기 플립모터(6)는 상기 전류에 의한 듀티비에 의해 제어될 수 있다. 그러면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전류에 대한 듀티비와 상기 플립모터드라이버에 의한 플립모션의 틸트회수와의 관련성을 나타낸다. 이때, 상기 배터리의 전력상태를 기설정된 전압으로 고정되어 있다. 상기 듀티비는 0 내지 90%에서 10% 간격으로 표시되고, 상기 컨트롤러(7)에 포함되는 타코미터 센서에 의해 9단계로 변화된다. 그러면, 상기 듀티비와 상기 플립모션의 틸트회수 사이의 관계는 10% 내지 70%의 듀티비 내에서 선형 특성을 나타낸다. 70%의 듀티비 이상이 되면 비선형이 확실시되므로, 상기 듀티비설정단계(S2)는 10% 내지 70%의 듀티비에서 하나를 설정하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 배터리의 전력상태는 +20V로 고정된 상태를 이용하였고, 이때, 상기 듀티비는 50%로 설정하였다.The flip motor 6 can be controlled by the current duty ratio. Then, as shown in FIG. 4, the relationship between the duty ratio for the current and the number of times of flip motion tilt by the flip motor driver is shown. At this time, the power state of the battery is fixed to a predetermined voltage. The duty ratio is displayed in an interval of 0 to 90% at 10%, and is changed in nine steps by a tachometer sensor included in the controller 7. [ Then, the relationship between the duty ratio and the number of tilt times of the flip motion exhibits a linear characteristic within a duty ratio of 10% to 70%. When the duty ratio is 70% or more, non-linearity is assured. Therefore, the duty ratio setting step S2 sets one at a duty ratio of 10% to 70%. In an embodiment of the present invention, the power state of the battery is fixed to + 20V, and the duty ratio is set to 50%.

그리고 상기 플립모터드라이버가 적용된 외바퀴로봇에서 상기 배터리의 전력상태와 상기 플립모션의 틸트회수를 측정하면 아래의 [표1]과 같다.The power state of the battery and the number of times of tilting of the flip motion in the unicycle robot to which the flip motor driver is applied are shown in Table 1 below.

배터리의 전력상태(V)Battery power state (V) 플립모터의 틸트회수(회/분)Number of tilt of flip motor (times / minute) 1616 4040 1818 4545 2020 5050 2222 5555 2424 6060

그러면, 상기 관계식산출단계(S3)는 상기 [표1]을 이용하여 상기 플립모션의 틸트회수에 따른 상기 배터리의 전력상태에 관한 배터리추정관계식을 산출한다.Then, the relational expression calculating step S3 calculates a battery estimation relation formula relating to the power state of the battery according to the number of tilt times of the flip motion using the above-mentioned Table 1. [Table 1]

이에 따라 상기 배터리추정관계식은 출력되는 전류와 상기 플립모션의 틸트회수의 선형성을 바탕으로 V=K*T인 관계식으로 결정된다. 여기서, V는 상기 배터리의 전력상태이고, K는 선형성에 따른 모션상수이며, T는 상기 플립모션의 틸트회수이고, *는 곱셈을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 모션상수(K)는 0.4가 된다.Accordingly, the battery estimation relation is determined as a relational expression V = K * T on the basis of the output current and the linearity of the number of times of tilt of the flip motion. Where V is the power state of the battery, K is a motion constant according to linearity, T is the number of tilt times of the flip motion, and * indicates multiplication. In one embodiment of the present invention, the motion constant K is 0.4.

상기 틸트회수보상단계(S4)는 상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션에 따른 지연시간을 도출하고, 상기 지연시간을 바탕으로 상기 플립모션의 틸트회수를 보상하게 된다.The tilt count compensation step S4 derives a delay time according to the flip motion based on the operation characteristics of the flip motor driver and compensates the tilt count of the flip motion based on the delay time.

상기 플립모션은 기계적 지연특성을 갖기 때문에 검출타이밍 결정에 문제가 있을 수 있다. 여기서, 샘플링의 적절한 시간을 결정하기 위해 상기 플립모션의 응답특성을 분석한다.Since the flip motion has a mechanical delay characteristic, there may be a problem in the detection timing determination. Here, the response characteristic of the flip motion is analyzed to determine an appropriate time of sampling.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 플립모터(6)에 10밀리초의 주기를 가진 50%의 듀티비의 펄스가 입력될 때, 도 5와 같은 상기 플립모션의 응답특성이 나타난다. 첫번째, 지연시간은 20밀리초의 지연속성을 갖고, 정상 상태로 진행되고, 2.5초에서 정상 상태 값을 나타낸다.In the embodiment of the present invention, when a pulse having a duty ratio of 50% with a period of 10 milliseconds is inputted to the flip motor 6, the response characteristic of the flip motion as shown in Fig. 5 appears. First, the delay time has a delay property of 20 milliseconds, proceeds to a steady state, and represents a steady state value at 2.5 seconds.

그러므로, T=K1*T1이 된다. 여기서, K1은 상기 지연시간에 따른 보상계수이고, T1은 상기 지연시간에 따른 상기 플립모션의 틸트회수이며, *는 곱셈을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 보상계수(K1)는 1.0275가 된다.Therefore, T = K1 * T1. Here, K1 is a compensation coefficient according to the delay time, T1 is the number of tilt times of the flip motion according to the delay time, and * indicates multiplication. In one embodiment of the present invention, the compensation coefficient K1 is 1.0275.

따라서, 상기 지연시간을 바탕으로 상기 배터리추정관계식을 보상하게 되면, V=K*K1*T1이 된다.Therefore, if the battery estimation relation is compensated based on the delay time, V = K * K1 * T1.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법을 도시한 도면이다.Now, a method for estimating the power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a diagram illustrating a method of estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2 내지 도 5 그리고 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법은 상기 배터리추정관계식을 이용하여 상기 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하는 방법으로, 모션구현단계(S10)와, 틸트회수산출단계(S20)와, 전력상태산출단계(S30)를 포함하고, 평균값산출단계(S40)를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리추정관계식은 상기 플립모터드라이버와 함께 상기 컨트롤러(7)에 포함된다.Referring to FIGS. 1, 2, 5, and 6, a method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention includes estimating a power state of a battery in the unicycle robot using the battery- And may further include a motion implementation step S10, a tilt number calculation step S20, and a power state calculation step S30, and an average value calculation step S40. The battery estimation relation is included in the controller 7 together with the flip motor driver.

상기 모션구현단계(S10)는 상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션을 구현한다. 상기 모션구현단계(S10)는 상기 외바퀴로봇에서 상기 배터리의 전원을 상기 플립모터(6)에 인가하는 동작으로 구현될 수 있다.The motion implementation step S10 implements the flip motion based on the operation characteristics of the flip motor driver. The motion implementation step S10 may be implemented by applying the power of the battery to the flip motor 6 in the unicycle robot.

상기 틸트회수산출단계(S20)는 상기 플립모션에 따라 상기 플립모터(6)에 구비된 모터엔코더의 분석을 통해 상기 플립모션의 틸트회수를 산출한다. 상기 틸트회수산출단계(S20)는 상기 컨트롤러(7)의 제어에 의해 실시될 수 있다.The tilt count calculation step S20 calculates the tilt count of the flip motion through the analysis of the motor encoder provided in the flip motor 6 according to the flip motion. The tilt count calculation step S20 may be performed under the control of the controller 7.

상기 전력상태산출단계(S30)는 상기 배터리추정관계식을 이용하여 상기 배터리의 전력상태를 산출한다. 상기 전력상태산출단계(S30)는 상기 컨트롤러(7)의 제어에 의해 실시될 수 있다.The power state calculation step S30 calculates the power state of the battery using the battery estimation relation. The power state calculating step S30 may be performed under the control of the controller 7.

상기 평균값산출단계(S40)는 상기 플립모션에 대하여 상기 틸트회수산출단계(S20)와 상기 전력상태산출단계(S30)를 기설정된 반복횟수동안 반복하여 상기 배터리의 전력상태에 대한 평균값을 산출한다. 상기 평균값산출단계(S40)를 거침에 따라 상기 배터리의 전력상태에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.The average value calculation step S40 calculates an average value of the power state of the battery by repeating the tilt number calculation step S20 and the power state calculation step S30 for the flip motion for a preset number of repetitions. The accuracy of the power state of the battery can be improved through the average value calculation step S40.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇의 제어방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇의 제어방법을 도시한 도면이다.Hereinafter, a method for controlling a unicycle robot according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating a control method of a unicycle robot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1과 도 2 내지 도 5 및 도 6 그리고 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇의 제어방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법을 통해 외바퀴로봇을 제어하는 방법으로 상기 배터리의 전력상태를 바탕으로 상기 플라이휠(4)의 속도와 상기 플립모션의 틸트회수를 조절하게 된다. 그러면, 상기 배터리의 전력상태가 낮아지더라도 상기 오퍼레이션 상태에서와 동일한 자이로 효과를 생성하여 상기 외바퀴로봇의 균형유지를 안정화시킬 수 있다.Referring to FIGS. 1, 2, 5, 6, and 7, a method for controlling a unicycle robot according to an embodiment of the present invention includes a method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot according to an embodiment of the present invention. The speed of the flywheel 4 and the number of tilts of the flip motions are controlled based on the power state of the battery. Thus, even if the power state of the battery is lowered, the same gyro effect as in the operation state can be generated and the balance of the unicycle robot can be stabilized.

좀더 자세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 외바퀴로봇의 제어방법은 전력상태비교단계(S100)와, 모션제어단계(S200)를 포함하고, 모션조절단계(S300)를 더 포함하며, 모션유지단계(S400)를 더 포함할 수 있다.More specifically, the control method of the unicycle robot according to an embodiment of the present invention includes a power state comparison step (S100) and a motion control step (S200), and further includes a motion control step (S300) (S400).

상기 전력상태비교단계(S100)는 상기 배터리의 전력상태를 기설정된 기준전력상태와 비교한다. 여기서, 기설정된 기준전력상태는 상기 전압의 범위를 나타낼 수 있고, 최소값과 최대값을 가지게 된다. 그러면, 상기 전력상태비교단계(S100)는 상기 배터리의 전력상태와 상기 최소값을 비교하는 최소값비교단계(S110)과, 상기 배터리의 전력상태와 상기 최대값을 비교하는 최대값비교단계(S120)으로 구분할 수 있다.The power state comparison step S100 compares the power state of the battery with a predetermined reference power state. Here, the predetermined reference power state can indicate the range of the voltage, and has a minimum value and a maximum value. The power state comparison step S100 may include a minimum value comparison step S110 for comparing the power state of the battery with the minimum value, and a maximum value comparison step S120 for comparing the power state of the battery and the maximum value .

상기 모션제어단계(S200)는 상기 전력상태비교단계(S100)의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 기설정된 기준전력상태보다 작은 경우, 상기 플라이휠(4)의 속도를 줄이고, 상기 플립모션의 틸트회수를 높일 수 있다. 상기 모션제어단계(S200)는 상기 최소값비교단계(S110)의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 상기 최소값보다 작은 경우 실시될 수 있다. 상기 모션제어단계(S200)는 상기 컷오프 상태에 근접할 때, 상기 배터리의 낭비를 줄이고, 상기 배터리의 충전을 알릴 수 있다.If the power state of the battery is smaller than a preset reference power state as a result of the comparison of the power state comparison step S100, the motion control step S200 may reduce the speed of the flywheel 4, The number of times can be increased. The motion control step S200 may be performed when the power state of the battery is smaller than the minimum value as a result of the comparison of the minimum value comparison step S110. The motion control step S200 may reduce the waste of the battery and notify the charging of the battery when it is close to the cutoff state.

상기 모션조절단계(S300)는 상기 전력상태비교단계(S100)의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 기설정된 기준전력상태보다 큰 경우, 상기 플라이휠(4)의 속도를 높이고, 상기 플립모션의 틸트회수를 줄일 수 있다. 상기 모션조절단계(S300)는 상기 최대값비교단계(S120)의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 상기 최대값보다 큰 경우 실시될 수 있다. 상기 모션조절단계(S300)는 상기 새츄레이션 상태에서 상기 배터리의 낭비를 줄일 수 있다.If the power state of the battery is greater than a preset reference power state as a result of the comparison of the power state comparing step S100, the motion adjusting step S300 may increase the speed of the flywheel 4, The number of times can be reduced. The motion adjusting step S300 may be performed when the power state of the battery is greater than the maximum value as a result of the comparison in the maximum value comparing step S120. The motion adjusting step S300 may reduce the waste of the battery in the state of the saturation.

상기 모션유지단계(S400)는 상기 전력상태비교단계(S100)의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 기설정된 기준전력상태에 포함되는 경우, 상기 플라이휠(4)의 속도와 상기 플립모션의 틸트회수를 유지시킬 수 있다. 상기 모션유지단계(S400)는 상기 오퍼레이션 상태를 안정되게 유지시킬 수 있다.If the power state of the battery is included in the predetermined reference power state as a result of the comparison of the power state comparison step S100, the motion retention step S400 may include a step of comparing the speed of the flywheel 4 with the tilt number of the flip motion Can be maintained. The motion holding step (S400) can stably maintain the operation state.

상술한 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법과, 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법, 그리고 외바퀴로봇의 제어방법에 따르면, 상기 외바퀴로봇에서 상기 플라이휠(4)이 틸트되도록 하는 플립모션을 분석함으로써, 상기 외바퀴로봇의 운전파라미터를 설정하고, 별도의 전자 장치를 부가하지 않더라도 상기 외바퀴로봇에 장착된 하드웨어 시스템에 의해 상기 외바퀴로봇에서 상기 배터리의 전력상태를 추정하며, 상기 외바퀴로봇의 자세 유지를 안정화시킬 수 있다. 또한, 상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 기계적인 상기 플립모션의 틸트회수와 상기 배터리의 전력상태 사이에 형성되는 선형성으로 인해 상기 배터리의 전력상태 추정을 간편하게 할 수 있다.According to the operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in the unicycle robot, the power state estimation method of the battery in the unicycle robot, and the control method of the unicycle robot, the flywheel 4 is tilted in the unicycle robot The operation parameters of the unicycle robot are set by analyzing the flip motion and the power state of the battery is estimated by the unicycle robot by the hardware system mounted on the unicycle robot even if a separate electronic device is not added, It is possible to stabilize the posture of the robot. In addition, the power state estimation of the battery can be simplified due to the linearity formed between the mechanical tilt count of the flip motion and the power state of the battery based on the operation characteristics of the flip motor driver.

또한, 기계적인 상기 플립모션과 상기 배터리의 전원 인가 사이에 발생되는 지연시간 및 반복되는 상기 플립모션에 대한 평균값을 바탕으로 추정되는 상기 배터리의 전력상태의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the accuracy of the power state of the battery, which is estimated on the basis of the delay time generated between the mechanical flip motion and the power supply of the battery and the average value of the repeated flip motions.

또한, 상기 외바퀴로봇에 별도의 전자 장치가 필요없으므로, 상기 외바퀴로봇의 부피가 커지는 것을 방지하고, 상기 외바퀴로봇의 균형 제어를 안정화시키며, 상기 외바퀴로봇의 동작에 따라 상기 배터리의 전력상태를 간편하게 확인할 수 있다. 또한, 상기 배터리의 전력상태를 상기 플립모션의 틸트회수를 측정하는 것과 같이 기계적으로 체크한 다음, 상기 배터리의 전력상태에 따라 상기 플라이휠(4)의 속도와 상기 플립모션의 틸트회수를 조절할 수 있다.Further, since no separate electronic device is required for the unicycle robot, it is possible to prevent the volume of the unicycle robot from becoming large, to stabilize the balance control of the unicycle robot, and to easily check the power state of the battery according to the operation of the unicycle robot . In addition, the power state of the battery may be mechanically checked such as to measure the number of times of tilting of the flip motion, and then the speed of the flywheel 4 and the number of tilts of the flip motion may be adjusted according to the power state of the battery .

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Modify or modify the Software.

1: 로봇바디 2: 외륜 3: 김벌
4: 플라이휠 5: 스핀모터 6: 플립모터
7: 컨트롤러 S1: 운전매칭단계 S1-1: 주파수설정단계
S1-2: 제1산출단계 S1-3: 제2산출단계 S1-4: 전압매칭단계
S2: 듀티비설정단계 S3: 관계식산출단계 S4: 틸트회수보상단계
S10: 모션구현단계 S20: 틸트회수산출단계 S30: 전력상태산출단계
S40: 평균값산출단계 S100: 전력상태비교단계 S110:최소값비교단계
S120: 최대값비교단계 S200: 모션제어단계 S300: 모션조절단계
S400: 모션유지단계
1: Robot body 2: Paddle 3: Gimbal
4: flywheel 5: spin motor 6: flip motor
7: Controller S1: Operation matching step S1-1: Frequency setting step
S1-2: first calculation step S1-3: second calculation step S1-4: voltage matching step
S2: Duty ratio setting step S3: Relational expression calculating step S4: Tilt count compensation step
S10: Motion implementation step S20: Tilt number calculation step S30: Power state calculation step
S40: average value calculation step S100: power state comparison step S110: minimum value comparison step
S120: maximum value comparison step S200: motion control step S300: motion adjustment step
S400: Motion retention phase

Claims (8)

로봇바디와, 상기 로봇바디의 외주면을 감싸면서 상기 로봇바디에 회전 가능하게 결합되는 외륜과, 상기 로봇바디에 대하여 상기 외륜을 회전시키는 구동모터와, 상기 로봇바디에 회전 가능하게 결합되는 김벌과, 상기 김벌에 회전 가능하게 결합되고 균형유지를 위한 자이로 효과를 생성하는 플라이휠과, 상기 김벌에 구비되고 상기 플라이휠을 회전시키는 스핀모터와, 상기 김벌에 구비되고 자이로 효과를 생성하기 위해 상기 플라이휠을 틸트시켜 상기 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션을 구현하는 플립모터와, 상기 플립모터의 동작을 제어하는 플립모터드라이버를 포함하고, 상기 구동모터 및 상기 스핀모터의 동작을 제어하는 컨트롤러와, 상기 구동모터, 상기 스핀모터, 상기 플립모터 및 상기 컨트롤러에 전원을 인가하는 배터리를 포함하는 외바퀴로봇에서 상기 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법으로서,
상기 플립모터드라이버의 운전특성과 상기 배터리의 운전영역을 매칭시키는 운전매칭단계; 및
상기 플립모터드라이버에서 출력되는 전류에 대한 듀티비와 상기 플립모터드라이버에 의해 상기 플라이휠이 틸트되도록 하는 플립모션의 틸트회수와의 관련성을 바탕으로 상기 플립모션을 발생시키는 전류에 대한 듀티비를 설정하는 듀티비설정단계;를 포함하고,
상기 운전매칭단계는,
상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압의 PWM 스위칭주파수를 일정값으로 설정하는 주파수설정단계;
상기 플립모터드라이버에 입력되는 전압과 상기 전류의 관계를 산출하는 제1산출단계;
상기 전압과 상기 전류가 선형적인 관계를 갖는 전압사용범위를 산출하는 제2산출단계; 및
상기 배터리의 운전영역과 상기 전압사용범위를 매칭시키는 전압매칭단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법.
1. A robot arm comprising: a robot body; an outer ring surrounding the outer periphery of the robot body and rotatably coupled to the robot body; a driving motor for rotating the outer ring with respect to the robot body; A flywheel provided on said gimbal and for rotating said flywheel; and a tilting mechanism for tilting said flywheel provided on said gimbal to produce a gyro effect A controller for controlling operations of the driving motor and the spin motor, and a controller for controlling the operation of the driving motor and the spin motor, A spin motor, the flip motor, and a battery for applying power to the controller An operation parameter setting method for estimating the power state of the battery in oebakwi robot,
A driving matching step of matching an operation characteristic of the flip motor driver with an operation region of the battery; And
A duty ratio of the current for generating the flip motion is set based on the relationship between the duty ratio of the current output from the flip motor driver and the number of tilts of the flip motion to be tilted by the flip motor driver And a duty ratio setting step,
Wherein the operation matching step comprises:
A frequency setting step of setting a PWM switching frequency of a voltage input to the flip motor driver to a constant value;
A first calculation step of calculating a relationship between a voltage input to the flip motor driver and the current;
A second calculation step of calculating a voltage use range in which the voltage and the current have a linear relationship; And
And a voltage matching step of matching the operating range of the battery with the voltage range of use of the battery.
제1항에 있어서,
상기 플립모션의 틸트회수에 따른 상기 배터리의 전력상태에 관한 배터리추정관계식을 산출하는 관계식산출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a relational expression calculating step of calculating a battery estimation relation relating to a power state of the battery according to the number of tilts of the flip motion.
제2항에 있어서,
상기 배터리추정관계식은 출력되는 전류와 상기 플립모션의 틸트회수의 선형성을 바탕으로 V=K*T인 관계식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법.
여기서, V는 배터리의 전력상태이고, K는 선형성에 따른 모션상수이며, T는 상기 플립모션의 틸트회수이고, *는 곱셈을 나타낸다.
3. The method of claim 2,
Wherein the battery estimating relation is determined by a relation of V = K * T based on the output current and the linearity of the number of times of tilt of the flip motion.
Where V is the power state of the battery, K is a motion constant according to the linearity, T is the number of tilt times of the flip motion, and * indicates multiplication.
제3항에 있어서,
상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션에 따른 지연시간을 도출하고, 상기 지연시간을 바탕으로 상기 플립모션의 틸트회수를 보상하는 틸트회수보상단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정을 위한 운전파라미터 설정방법.
The method of claim 3,
Further comprising a tilt count compensating step of deriving a delay time according to the flip motion based on an operation characteristic of the flip motor driver and compensating the tilt count of the flip motion based on the delay time, A method for setting operation parameters for estimating the power state of a battery in a robot.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 상기 배터리추정관계식을 이용하여 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태를 추정하는 방법이고,
상기 플립모터드라이버의 운전특성을 바탕으로 상기 플립모션을 구현하는 모션구현단계;
상기 플립모션에 따라 모터엔코더의 분석을 통해 상기 플립모션의 틸트회수를 산출하는 틸트회수산출단계; 및
상기 배터리추정관계식을 이용하여 상기 배터리의 전력상태를 산출하는 전력상태산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법.
A method for estimating a power state of a battery in a unicycle robot using the battery estimation relation formula according to any one of claims 2 to 4,
A motion implementation step of implementing the flip motion based on operation characteristics of the flip motor driver;
A tilt count calculating step of calculating a tilt count of the flip motion through analysis of a motor encoder according to the flip motion; And
And calculating a power state of the battery using the battery estimation relation. The method of claim 1, further comprising:
제5항에 있어서,
상기 플립모션에 대하여 상기 틸트회수산출단계와 상기 전력상태산출단계를 기설정된 반복횟수동안 반복하여 상기 배터리의 전력상태에 대한 평균값을 산출하는 평균값산출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법.
6. The method of claim 5,
And calculating an average value of the power state of the battery by repeating the tilt count calculation step and the power state calculation step for the flip motion for a predetermined repetition number of times A method for estimating a power state of a battery.
제5항에 기재된 외바퀴로봇에서 배터리의 전력상태 추정방법을 통해 상기 외바퀴로봇을 제어하는 방법이고,
상기 배터리의 전력상태를 바탕으로 상기 플라이휠의 속도와 상기 플립모션의 틸트회수를 조절하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 제어방법.
A method for controlling a mobile robot according to claim 5,
And controlling the speed of the flywheel and the number of tilts of the flip motion based on the power state of the battery.
제7항에 있어서,
상기 배터리의 전력상태를 기설정된 기준전력상태와 비교하는 전력상태비교단계; 및
상기 전력상태비교단계의 비교 결과, 상기 배터리의 전력상태가 기설정된 기준전력상태보다 작은 경우, 상기 플라이휠의 속도를 줄이고, 상기 플립모션의 틸트회수를 높이는 모션제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외바퀴로봇의 제어방법.
8. The method of claim 7,
Comparing a power state of the battery with a predetermined reference power state; And
And a motion control step of decreasing the speed of the flywheel and increasing the number of tilts of the flip motion when the power state of the battery is smaller than a predetermined reference power state as a result of the comparison of the power state comparison step Control method of a unicycle robot.
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