KR102632765B1 - 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇 - Google Patents

회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇 Download PDF

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Abstract

회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇이 제공된다. 상기 주행 상태 관측기는 모바일 로봇의 주행 상태 관측기로서, 상기 모바일 로봇의 하나 이상의 바퀴의 회전각 측정치, 상기 모바일 로봇의 본체의 피치각속도 측정치, 상기 모바일 로봇의 상기 본체의 종방향 가속도 측정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하고, 상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 상기 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하는 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.



상기 는 상기 바퀴의 회전각 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란이고, 상기 는 상기 바퀴의 토크 입력이고, 상기 는 상기 본체의 종방향 가속도 측정치이고, 상기 은 이득임

Description

회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇{DRIVING STATE OBSERVER ESTIMATING ANGULAR VELOCITY, PITCH ANGLE, AND DISTURBANCE, AND MOBILE ROBOT INCLUDING THE SAME}
본 발명은 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇에 관한 것이다.
여러 센서와 액추에이터를 활용하여 모바일 로봇의 조종성과 안전성을 향상시키기 위한 다양한 방법이 연구되어 왔다. 모바일 로봇 제어 알고리즘의 공통적인 목표는 안전성, 강건성 및 기동성을 향상시키고 환경에 의한 외란을 보상하는 것이다. 이를 위해서는 모바일 로봇의 이동 속도 및 기울기와 같은 물리량의 정확한 측정이 필요하다.
공개특허공보 제10-2004-0062492호, 2004.07.07.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기 및 이를 포함하는 모바일 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 주행 상태 관측기는 모바일 로봇의 주행 상태 관측기로서, 상기 모바일 로봇의 하나 이상의 바퀴의 회전각 측정치, 상기 모바일 로봇의 본체의 피치각속도 측정치, 상기 모바일 로봇의 상기 본체의 종방향 가속도 측정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하고, 상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 상기 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하는 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
상기 는 상기 바퀴의 회전각 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란이고, 상기 는 상기 바퀴의 토크 입력이고, 상기 는 상기 본체의 종방향 가속도 측정치이고, 상기 은 이득임.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 모바일 로봇은 모바일 로봇의 본체, 상기 본체와 결합되는 하나 이상의 바퀴, 상기 바퀴의 회전각을 측정하는 엔코더, 상기 본체의 피치각속도를 측정하는 자이로 센서, 상기 본체의 종방향 가속도를 측정하는 가속도 센서, 및 상기 엔코더, 상기 자이로 센서, 상기 가속도 센서와 연결되고, 상기 회전각 측정치, 상기 피치각속도 측정치, 상기 종방향 가속도 측정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기를 포함하고, 상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 상기 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하는 하기 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.
상기 는 상기 바퀴의 회전각 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란이고, 상기 는 상기 바퀴의 토크 입력이고, 상기 는 상기 본체의 종방향 가속도 측정치이고, 상기 은 이득임.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 의하면 모바일 로봇의 동역학을 기반으로 엔코더, 자이로 센서, 가속도 센서의 센서 퓨전을 통해서 모바일 로봇의 이동 속도와 기울어진 상태를 정교하게 계산해낼 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저속으로 구동하는 모터에 대해서도 엔코더의 해상도를 높이지 않더라도 속도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 자이로 센서 측정치의 적분을 통하여 기울기를 계산할 때 발생하는 드리프트 현상을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 모바일 로봇의 로드의 흔들림을 관찰하고 정교하게 판별해낼 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 상태 관측기를 포함한 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 상태를 정의하는 물리량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 환경의 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 동역학(역진자의 동역학) 모델에 사용된 매개변수를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대하여 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 "동역학"은 동역학 모델, 동역학 모델 식 또는 동역학 방정식, 운동 방정식 등을 간략화한 표현으로 대체되어 사용된다. 간략화를 목적으로 일부 수학식의 일부 항목과 관련하여 "벡터" 또는 "행렬"의 표시 및/또는 의미가 생략되어 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주행 상태 관측기는 엔코더, 자이로 센서 및 가속도 센서에 의한 중복된 측정을 통해서 모바일 로봇 제어 강건성을 위한 중요한 물리량인 회전각속도, 피치각 및 외력을 추정한다. 엔코더, 자이로 센서 및 가속도 센서는 상기 물리량을 직접 측정하지 않으며, 센서 퓨전 프레임워크를 기반으로 여러 센서의 측정치들이 결합된다. 본 발명의 실시예에서는 모바일 로봇의 기구학과 동역학을 결합한 수학적 모델을 기반으로 센서 퓨전을 실행한다. 기구학적인 부분은 회전각속도와 피치각을 정교하게 추정하는 것이며, 동역학적인 부분은 외부 환경에 의한 외란을 관찰하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 상태 관측기를 포함한 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 제어 시스템(100)은 주행 상태 관측기(110), 주행 환경 감지기(120), 주행 제어기(130), 각종 센서(140)를 포함한다.
주행 상태 관측기(110)는 모바일 로봇의 바퀴의 회전각 측정치, 모바일 로봇의 본체의 피치각속도 측정치, 모바일 로봇의 본체의 종방향 가속도 측정치를 이용하여 모바일 로봇의 회전각속도, 피치각 및 외란을 추정한다. 주행 상태 관측기(110)는 회전각속도 추정치, 피치각 추정치 및 외란 추정치를 주행 제어기(130)에게 피드백 출력한다.
주행 환경 감지기(120)는 주행 상태 관측기(110) 및 주행 제어기(130)와 연결된다. 주행 환경 감지기(120)는 모바일 로봇의 바퀴의 회전각 측정치, 모바일 로봇의 본체의 피치각속도 측정치, 모바일 로봇의 본체의 종방향 가속도 측정치를 이용하여 모바일 로봇의 주행 환경 감지 결과를 출력한다. 일부 실시예에서, 주행 환경은 평지, 오르막 경사지, 내리막 경사지로 구분될 수 있고, 주행 환경 감지기(120)는 퍼지 알고리즘을 이용하여 주행 환경 감지 결과를 출력할 수 있다.
주행 제어기(130)는 주행 상태 관측기(110) 및 주행 환경 감지기(120)와 연결된다. 주행 제어기(130)는 주행 상태 관측기(110)로부터 수신한 모바일 로봇의 회전각속도 추정치, 피치각 추정치 및 외란 추정치와 주행 환경 감지기(120)로부터 수신한 주행 환경 감지 결과를 이용하여 모바일 로봇의 제어 입력을 출력한다. 제어 입력은 예를 들어 모바일 로봇의 바퀴의 토크 입력을 포함할 수 있다. 주행 제어기(130)는 피드백 입력된 회전각속도 추정치, 피치각 추정치 및 외란 추정치를 이용하여 전동 모터 등에 의해 생성해야 하는 적절한 토크 입력을 계산할 수 있다.
각종 센서(140)는 엔코더, 자이로 센서, 가속도 센서를 포함할 수 있다. 엔코더는 모바일 로봇의 바퀴의 회전각을 측정할 수 있다. 자이로 센서는 모바일 로봇의 본체의 피치각속도를 측정할 수 있다. 가속도 센서는 모바일 로봇의 본체의 종방향, 횡방향 또는 수직방향 가속도를 측정할 수 있다. 엔코더, 자이로 센서, 가속도 센서는 주행 상태 관측기(110)와 연결되고, 각각 측정치를 주행 상태 관측기(110)에 출력할 수 있다. 일부 실시예에서, 모바일 로봇이 일부 바퀴에만 구동력을 전달하는 경우 엔코더는 해당 바퀴의 회전각만 측정할 수 있다.
명확하게 도시하지 않았으나, 모바일 로봇은 소정의 형상의 본체, 상기 본체와 결합되는 하나 이상의 바퀴, 및 상기 바퀴를 구동하기 위한 액추에이터(예: 전동 모터)를 포함하여 구성될 수 있다. 모바일 로봇은 예를 들어 4개의 바퀴를 포함할수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라 모바일 로봇은 AGV(Automated Guided Vehicle) 또는 AMR(Autonomous Mobile Robots)의 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 상태를 정의하는 물리량을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 환경의 예시를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, ()는 모바일 로봇의 종방향 속도를, 는 바퀴의 회전각을, 는 중력을, 는 모바일 로봇의 피치각(종방향 기울기)를 각각 나타낸다.
도 3을 참조하면, 모바일 로봇의 주행 환경에 대한 예시가 제시된다. 모바일 로봇의 일반적인 주행 환경은 평지, 오르막 경사지, 내리막 경사지로 구분될 수 있다. (a)는 평지를, (b)는 오르막 경사지를, (c)는 내리막 경사지를 각각 도시한 것이다. 모바일 로봇의 주행 제어기(130)는 각 주행 환경에 따라 토크 입력을 조절할 수 있다. 주행 제어기(130)는 주행 환경 감지 결과를 주행 환경 감지기(120)로부터 수신할 수 있으며, 주행 환경 감지기(120)는 주행 상태 관측기(110)에 의해 관측된 주행 상태를 기반으로 모바일 로봇의 주행 환경을 인식할 수 있음은 상술한 바와 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 로봇의 동역학(역진자의 동역학) 모델에 사용된 매개변수를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 모바일 로봇과 역진자 간의 움직임의 유사성으로 인해서, 모바일 로봇의 이동은 바퀴가 달린 역진자와 동일한 동역학으로 모델링할 수 있다.
여기서,는 바퀴의 중심으로부터 진자(즉, 모바일 로봇의 본체)의 질량 중심까지의 거리를, 는 진자의 피치각을, 은 진자의 질량을, 은 바퀴의 질량을, 은 바퀴의 반지름을, 상기 는 바퀴의 회전각을, 는 바퀴에 입력되는 토크를, 는 종방향 이동 거리를 각각 나타낸다.
이로써 모바일 로봇의 동역학은 하기 수학식 1과 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 2]
여기서, 와 는 복수의 상태에 대한 댐핑 계수를 각각 나타낸다.
모바일 로봇의 일반적인 주행 조건에서 바퀴의 회전각속도 는 소정의 값보다 크지 않으므로 모바일 로봇의 바퀴와 지면 사이에 미끄러짐은 없다고 가정할 수 있다. 이 같은 가정에서 종방향 속도 는 와 동일하다.
상기 수학식 1과 수학식 2는 피치각 가 소정의 값보다 작고 피치각속도 가 충분히 작다고 가정할 경우 선형화할 수 있고, 여기에 외란항을 포함시키면 최종 동역학 모델은 하기 수학식 3과 수학식 4로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
여기서, 는 바퀴의 움직임에 대한 외란을, 는 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란을 각각 나타낸다.
상기 수학식 3과 수학식 4에 대하여 관성을 분리해내면, 모바일 로봇의 동역학 모델은 하기 수학식 5와 수학식 6으로 다시 표현될 수 있다.
[수학식 5]
[수학식 6]
상기 수학식 5와 수학식 6을 이용하면, 모바일 로봇의 전체적인 상태와 동역학이 하기 수학식 7과 같이 상태-공간 형식으로 표현될 수 있다.
[수학식 7]
여기서, 는 주행 상태 관측기(110)에 의해 관찰되는 모바일 로봇의 주행 상태를 나타내며, 하기 수학식 8로 표현될 수 있다.
[수학식 8]
여기서, 는 모바일 로봇의 바퀴의 회전각 측정치이고, 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 는 모바일 로봇의 본체의 피치각 추정치이고, 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란을 나타낸다.
본 발명의 일부 실시예에서, 하나의 물리량이 여러 센서에 의해서 중복 측정될 수 있다. 예를 들어, 바퀴의 회전각속도는 엔코더와 가속도 센서를 이용하여 중복 측정하고, 피치각은 자이로 센서와 가속도 센서를 이용하여 중복 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 각각의 센서에 의해서 측정되는 값은 하기 수학식 9로 표현될 수 있다.
[수학식 9]
여기서, 는 엔코더의 측정치를, 는 자이로 센서의 측정치를, ()는 가속도 센서의 종방향 가속도 측정치를, ()는 가속도 센서의 수직방향 가속도 측정치를 각각 나타낸다.
수학식 9에서 각각의 센서의 측정치들은 상술한 피치각 가 소정의 값보다 작은 조건에서 선형화되어 하기 수학식 10으로 표현될 수 있다.
[수학식 10]
여기서, 는 센서들의 출력 벡터를 나타내며, 하기 수학식 11로 표현될 수 있다.
[수학식 11]
상기 수학식 7과 수학식 11을 이용하면, 주행 상태 관측기의 상태 방정식은 하기 수학식 12로 표현될 수 있다.
[수학식 12]
주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하게된다.
여기서, 은 주행 상태 관측기의 이득을 나타내며, 칼만 필터와 같은 다양한 방법으로 설계할 수 있다.
상술한 본 발명에 의하면 모바일 로봇의 동역학을 기반으로 엔코더, 자이로 센서, 가속도 센서의 센서 퓨전을 통해서 모바일 로봇의 이동 속도와 기울어진 상태를 정교하게 계산해낼 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저속으로 구동하는 모터에 대해서도 엔코더의 해상도를 높이지 않더라도 속도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 자이로 센서 측정치의 적분을 통하여 기울기를 계산할 때 발생하는 드리프트 현상을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 모바일 로봇의 로드의 흔들림을 관찰하고 정교하게 판별해낼 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 모바일 로봇의 주행 상태 관측기로서,
    상기 모바일 로봇의 하나 이상의 바퀴의 회전각 측정치, 상기 모바일 로봇의 본체의 피치각속도 측정치, 상기 모바일 로봇의 상기 본체의 종방향 가속도 측정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 바퀴의 회전각속도, 본체의 피치각 및 외란을 추정하고,
    상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 상기 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하는 하기 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 주행 상태 관측기.
    [수학식 1]
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,

    상기 는 상기 바퀴의 중심으로부터 상기 본체의 질량 중심까지의 거리이고, 상기 는 상기 본체의 질량이고, 상기 는 상기 바퀴의 질량이고, 상기 는 상기 바퀴의 반지름이고, 상기 는 중력이고, 와 는 댐핑 계수이고,
    상기 는 상기 바퀴의 회전각 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란이고, 상기 는 상기 바퀴의 토크 입력이고, 상기 는 상기 본체의 종방향 가속도 측정치이고, 상기 은 이득임
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 모바일 로봇의 본체;
    상기 본체와 결합되는 하나 이상의 바퀴;
    상기 바퀴의 회전각을 측정하는 엔코더;
    상기 본체의 피치각속도를 측정하는 자이로 센서;
    상기 본체의 종방향 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및
    상기 엔코더, 상기 자이로 센서, 상기 가속도 센서와 연결되고, 상기 회전각 측정치, 상기 피치각속도 측정치, 상기 종방향 가속도 측정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 바퀴의 회전각속도, 본체의 피치각 및 외란을 추정하는 주행 상태 관측기를 포함하고,
    상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학 기반 추정에 관한 항 과 상기 측정치 기반 오차 수정에 관한 항 을 포함하는 하기 수학식 4로 표현되는 것을 특징으로 하는 모바일 로봇.
    [수학식 4]
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,
    ,

    상기 는 상기 바퀴의 중심으로부터 상기 본체의 질량 중심까지의 거리이고, 상기 는 상기 본체의 질량이고, 상기 는 상기 바퀴의 질량이고, 상기 는 상기 바퀴의 반지름이고, 상기 는 중력이고, 와 는 댐핑 계수이고,
    상기 는 상기 바퀴의 회전각 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 회전각속도 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각 추정치이고, 상기 는 상기 본체의 피치각속도 측정치이고, 상기 는 상기 바퀴의 움직임에 대한 외란이고, 는 상기 본체의 피치 방향 움직임에 대한 외란이고, 상기 는 상기 바퀴의 토크 입력이고, 상기 는 상기 본체의 종방향 가속도 측정치이고, 상기 은 이득임
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 주행 상태 관측기의 상태 공간 모델은 상기 모바일 로봇의 동역학에 기반하고, 상기 모바일 로봇의 동역학은 하기 수학식 7로 표현되는 모바일 로봇.
    [수학식 7]

  8. 제7항에 있어서,
    상기 모바일 로봇의 동역학은 역진자의 동역학과 동일하게 모델링되고, 상기 본체의 피치각이 소정의 값보다 작은 가정에 따라 선형화되고, 상기 외란을 고려하여 하기 수학식 8로 표현되는 모바일 로봇.
    [수학식 8]

  9. 제8항에 있어서,
    상기 주행 상태 관측기와 연결되고, 상기 회전각속도 추정치, 상기 피치각 추정치, 상기 외란 추정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 제어 입력을 출력하는 주행 제어기를 더 포함하는 모바일 로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주행 상태 관측기 및 상기 주행 제어기와 연결되고, 상기 회전각속도 추정치, 상기 피치각 추정치, 상기 외란 추정치를 이용하여 상기 모바일 로봇의 주행 환경을 감지하는 주행 환경 감지기를 더 포함하고,
    상기 주행 제어기는 상기 주행 환경 감지 결과를 더 이용하여 상기 모바일 로봇의 제어 입력을 출력하는 모바일 로봇.
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