KR102660601B1 - 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법 - Google Patents

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심재익
윤종현
이영준
조성욱
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 모바일 로봇(10)이, 제1 플라이휠(35)이 제1 케이스(34)의 내부에서 고속 회전하고, 상기 제1 케이스(34)를 피치(Y) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제1 스테빌라이저(30); 제2 플라이휠(45)이 제2 케이스(44)의 내부에서 상기 제1 플라이휠(35)과 반대 방향으로 고속 회전하고, 상기 제2 케이스(44)를 롤(X) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제2 스테빌라이저(40); 상기 제1, 2 스테빌라이저(30, 40)가 설치된 베이스 프레임(14); 상기 베이스 프레임(14)이 설치된 보디 프레임(12); 및 상기 보디 프레임(12)에 설치되어 탑재 장치(100)의 무게를 측정하는 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24); 를 포함하여 구성하고,
상기 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표가 사전에 설정되며, 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24)로부터 측정된 각 무게 값을 바탕으로 지엠피(ZMP) 좌표()가 계산되고, 상기 지엠피(ZMP) 좌표가 상기 무게 중심(COM) 좌표에 가까워지도록 제1 스테빌라이저(30)에서 제1 토크()를 발생시키거나 제2 스테빌라이저(40)에서 제2 토크()를 발생시킨다.

Description

모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법{Control method for stable operation of mobile robots}
본 발명은 탑재 장치의 무게중심 위치가 임의 위치에 있고, 상기 탑재 장치가 모바일 로봇에 탑재되며, 그 모바일 로봇이 주행할 때 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모바일 로봇은 컨트롤러와 배터리와 모터와 휠이 장착되어 있고, 사용 목적에 따라 다양한 탑재 장치가 장착될 수 있으며, 탑재 장치가 특수목적을 수행하기 위한 작동을 할 수 있다.
모바일 로봇은 예를 들면, 방역 작업에 투입되는 방역 로봇일 수 있고, 음식을 배달하기 위한 서빙 로봇일 수 있으며, 순찰 감시를 위한 보안 로봇일 수 있고, 화재 진압을 위한 소방 로봇일 수 있다. 즉, 모바일 로봇은 다양한 목적으로 사용될 수 있다.
탑재 장치는, 방역 로봇이라면 약재 탱크와 펌프 등이 포함될 수 있고, 서빙 로봇이라면 음식물을 수납할 수 있는 박스일 수 있으며, 보안 로봇이라면 카메라와 조명 장치를 포함할 수 있고, 소방 로봇이라면 소화기 등을 포함하는 소방 장치일 수 있다.
앞서 설명된 탑재 장치는 무게중심이 서로 다를 수 있고, 특히 국물 요리, 음료, 액체로 구성된 물품 등을 옮기는 때 무게중심이 빈번하게 변할 수 있다.
즉, 모바일 로봇은 주행할 때 탑재 장치의 무게중심에 따라 기우뚱거리거나 쓰러지는 등 주행이 불안정해지는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 모바일 로봇이 주행하기 위한 노면은 정의할 수 없는 다양한 형태의 장애물이 존재할 수 있고, 장애물의 예를 들면 주행 경로상의 노면이 훼손되어 도로 파임이 형성되어 있거나, 주행 경로상에 물건이 놓여 있을 수 있다. 물건은 어느 날은 치워져 있을 수 있지만, 어느 날은 새로운 형태의 물건이 놓여 있을 수 있다.
모바일 로봇은 주행할 때 앞서 설명한 바와 같이 주행 경로에는 장애물이 있으면 그 장애물을 통과할 때 덜컹거리거나 기우뚱거리는 등의 주행이 불안한 문제점이 있다.
KR 10-2391562 B1 KR 10-1740249 B1 KR 10-2007-0072314 A KR 10-0685339 B1 KR 10-2020-0053959 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 탑재 장치의 무게중심에 치우침을 계산하고, 무게중심의 치우침을 스테빌라이저를 이용하여 보상하여 모바일 로봇의 주행을 안정시킬 수 있도록 하는 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 모바일 로봇(10)이 제1 플라이휠(35)이 제1 케이스(34)의 내부에서 고속 회전하고, 상기 제1 케이스(34)를 피치(Y) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제1 스테빌라이저(30); 제2 플라이휠(45)이 제2 케이스(44)의 내부에서 상기 제1 플라이휠(35)과 반대 방향으로 고속 회전하고, 상기 제2 케이스(44)를 롤(X) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제2 스테빌라이저(40); 상기 제1, 2 스테빌라이저(30, 40)가 설치된 베이스 프레임(14); 상기 베이스 프레임(14)이 설치된 보디 프레임(12); 및 상기 보디 프레임(12)에 설치되어 탑재 장치(100)의 무게를 측정하는 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24); 를 포함하여 구성하고,
상기 모바일 로봇(10)의 무게중심(COM) 좌표가 사전에 설정되며, 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24)로부터 측정된 각 무게 값을 바탕으로 지엠피(ZMP) 좌표()가 계산되고, 상기 지엠피(ZMP) 좌표가 상기 무게중심(COM) 좌표에 가까워지도록 제1 스테빌라이저(30)에서 제1 토크()를 발생시키거나 제2 스테빌라이저(40)에서 제2 토크()를 발생시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 상기 지엠피(ZMP) 좌표()가, 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24, i)에서 측정된 힘 값(F1~F4, )과 모바일 로봇(10)의 무게중심(COM) 좌표를 기준으로 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24, i)의 위치()를 이용하여 아래의 수학식으로 계산될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 상기 제1 토크()와 상기 제2 토크()가 아래의 수학식으로 계산될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 상기 제1 스테빌라이저(30)가 복수로 제공되고, 상기 제2 스테빌라이저(40)가 상기 제1 스테빌라이저(30)와 같은 개수로 제공될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 탑재 장치의 무게중심 변화를 실시간으로 계산하고, 스테빌라이저를 제어하여 무게중심 변화에 능동적으로 보상하여 모바일 로봇의 주행을 안정시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에서 스테빌라이저를 설명하기 위한 예시도면이다.
도 3은 스테빌라이저의 내부 구성을 설명하기 위한 예시 단면도이다.
도 4는 관성 모멘트를 설명하기 위한 예시도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법에서 관성 모멘트를 설명하기 위한 예시도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법에서 관성 모멘트를 설명하기 위한 예시도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명하면서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시한 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시할 수 있다.
한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
다른 한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
먼저, 도 1부터 도 3까지를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 하드웨어를 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에서 스테빌라이저를 설명하기 위한 예시도면이다. 도 3은 스테빌라이저의 내부 구성을 설명하기 위한 예시 단면도이다.
모바일 로봇(10)은 모바일 로봇(10)의 골격을 구성하는 보디 프레임(12)과 주행을 위한 휠(16, 18)을 포함하여 구성될 수 있다.
보디 프레임(12)은 베이스 플레이트(14)가 고정될 수 있고, 보디 프레임(12)의 상부에는 탑재 장치(100)가 고정될 수 있다.
탑재 장치(100)는 모바일 로봇(10)의 사용 목적에 따라 방역 장치, 서빙 장치, 보안 장치, 소방 장치 등일 수 있다.
탑재 장치(100)는 모바일 로봇(10)에 얹히는 형태로 서너 곳에서 고정부가 마련되어 고정될 수 있고, 본 발명의 실시예는 4곳에 고정부가 마련되는 예를 설명한다.
보디 프레임(12)의 상부에는 고정부에 제1~4 웨이트 센서(21~24)가 마련될 수 있고, 상기 제1~4 웨이트 센서(21~24)는 상기 탑재 장치(100)로부터 작용하는 무게를 측정할 수 있다.
탑재 장치(100)는 탑재 장치(100)마다 무게중심의 위치가 각각 다를 수 있고, 특히 액체를 포함하는 물품이 탑재되면 모바일 로봇(10)의 주행 속도와 이동 경로상의 노면 상태에 따라 무게중심이 실시간으로 변화할 수 있다. 또한, 모바일 로봇(10)의 주행 방향과 선회 방향에 따라 모바일 로봇(10)의 무게중심이 빈번하게 변화할 수 있다. 또한, 모바일 로봇(10)이 정지상태일 때와 주행상태일 때에 무게중심이 변할 수 있다.
즉, 무게중심이 변한다는 의미는 모바일 로봇(10)의 자세를 불안정하게 하는 요소로써 예컨대, 모바일 로봇(10)이 기울어지거나 흔들릴 가능성이 있고, 이러하면 각 제1~4 웨이트 센서(21~24)에서 검출되는 무게 값이 서로 다를 수 있다.
한편으로, 보디 프레임(12)의 내부에는 스테빌라이저가 구성될 수 있다.
스테빌라이저의 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이 베이스 플레이트(14)에 제1, 2 스테빌라이저(30, 40)가 배치될 수 있다.
제1 스테빌라이저(30)는 베이스 플레이트(14)에 제1 브래킷(31)과 제1 틸티 모터(32)가 설치되고, 제1 브래킷(31)과 제1 틸티 모터(32)에는 제1 케이스(34)가 회전할 수 있게 설치된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 제1 케이스(34)는 외형 형상이 원반 형태로 제공될 수 있고, 제1 케이스(34)의 한쪽에 제1 샤프트 브래킷(33)이 설치되고, 제1 샤프트 브래킷(33)은 상기 제1 브래킷(31)에 베어링 등의 기계요소로 설치되는 것이다.
상기 제1 틸티 모터(32)는 제어부의 제1 제어 값에 따라 제1 케이스(34)의 기울기 각도를 조절할 수 있다.
제1 케이스(34)는 내부에 요(Z) 축을 중심으로 회전할 수 있도록 제1 플라이휠(35)이 설치되고, 제1 플라이휠(35)은 인너 모터에 의해 고속 회전할 수 있다.
제2 스테빌라이저(40)는 제1 스테빌라이저(30)와 전체적인 구성이 같지만, 플라이휠의 요(Z) 축이 기울어지는 방향이 다르다.
좀 더 상세하게 설명하면 제1 스테빌라이저(30)의 제1 플라이휠(35)은 제1 케이스(34)를 피치(Y) 축을 기준으로 기울기가 기울어지게 배치되고, 제2 플라이휠(45)은 상기 제1 플라이휠(35)과 반대 방향으로 고속 회전하고, 제2 케이스(44)를 롤(X) 축을 기준으로 기울기가 기울어지게 배치된다.
제2 스테빌라이저(40)는 베이스 플레이트(14)에 제2 브래킷(41)과 제2 틸티 모터(42)가 설치되고, 제2 브래킷(41)과 제2 틸티 모터(42)에는 제2 케이스(44)가 회전할 수 있게 설치된다.
제2 케이스(44)는 외형 형상이 원반 형태로 제공될 수 있고, 제2 케이스(44)의 한쪽에 제2 샤프트 브래킷(43)이 설치되고, 제2 샤프트 브래킷(43)은 상기 제2 브래킷(41)에 베어링 등의 기계요소로 설치되는 것이다.
상기 제2 틸티 모터(42)는 제어부의 제2 제어 값에 따라 제2 케이스(44)의 기울기 각도를 조절할 수 있다.
제2 케이스(44)는 내부에 요(Z) 축을 중심으로 회전할 수 있도록 제2 플라이휠(45)이 설치되고, 제2 플라이휠(45)는 인너 모터에 의해 고속 회전할 수 있다.
이하, 도 4부터 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법을 설명한다. 도 4는 관성 모멘트를 설명하기 위한 예시도면이다. 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법에서 관성 모멘트를 설명하기 위한 예시도면이다.
제1, 2 플라이휠(35, 45)는 요(Z) 축을 중심으로 고속 회전하면 회전 관성이 형성된다.
회전 관성은 제1, 2 플라이휠(35, 45)이 고속으로 회전하면 요(Z) 축의 초기 자세를 유지하려는 힘이다.
즉, 제1 플라이휠(35)이 고속 회전하는 동안에 제1 케이스(34)가 기울어지면 기울어지는 방향과 반대 방향으로 반력이 발생하여 제1 케이스(34)를 기울어지기 전의 자세로 되돌려지려는 반력이 생긴다.
제2 플라이휠(45)은 제1 플라이휠(35)과 마찬가지로 고속 회전하는 동안에 회전 관성이 생기고 그 회전 관성 때문에 제2 케이스(44)가 기울어졌을 때 기울어지기 전의 자세로 되돌려지려는 반력이 생긴다.
관성 모멘트는 도 4를 참조하여 설명하면, 관성모멘트가 I인 디스크가 ω의 등속도로 회전하면, 회전 운동량(L)은 관성모멘트와 등속도의 곱으로 계산할 수 있다. L=Iω이다. 여기서 디스크는 제1, 2 플라이휠(35, 45)로 이해할 수 있다.
회전하는 디스크를 Y축 방향으로 의 속도로 만큼 회전하면 토크가 발생한다. 토크는 회전 운동량의 시간에 따른 변화는 해당물체에 작용하는 토크와 같다.
회전하는 디스크에 작용하는 토크는 수학식 1로 계산할 수 있다.
여기서, 는 토크, I는 관성모멘트, ω는 회전 등속도이다.
본 발명의 실시예에서 제1 브래킷(31) 또는 제2 브래킷(41)의 X축 방향으로 반발 토크(T)는 관성모멘트(I)와 회전 변위량(α)과 회전 속도의 곱으로 계산할 수 있다. 이다.
본 발명의 실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 스테빌라이저(30)와 제2 스테빌라이저(40)로 구성되고, 제1 스테빌라이저(30)는 제1 플라이휠(35)를 갖고, 제2 스테빌라이저(40)는 제2 플라이휠(45)를 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법에서 작동 원리를 설명하기 위한 예시도면으로써 구성요소를 단순화하고 플라이휠에서 발생하는 반발 토크를 나타낸 것이다.
도 5에 기재된 수학식에서 각 부호의 설명은 다음과 같다.
: 등속도 로 회전하는 제1 스테빌라이저(30)의 회전 운동량
: 제1 스테빌라이저(30)의 회전운동 변화량
: 제1 스테빌라이저(30)의 제1 플라이휠(35)을 피치(pitch, Y) 축을 기준으로 회전한 각도와 각속도
: 제1 스테빌라이저(30)에 의해 발생하는 제1 토크
: 등속도 로 회전하는 제2 스테빌라이저(40)의 회전 운동량
: 제2 스테빌라이저(40)의 회전운동 변화량
: 제2 스테빌라이저(40)의 제2 플라이휠(45)을 롤(roll, X) 축을 기준으로 회전하는 각도와 각속도
: 제2 스테빌라이저(40)에 의해 발생하는 제2 토크
제1 스테빌라이저(30)의 제1 플라이휠(35)과 제2 스테빌라이저(40)의 제2 플라이휠(45)은 서로 반대 방향으로 회전하고, 이로써 요(Yaw, Z) 축방향으로의 회전 힘을 상쇄시킬 수 있다.
제1 스테빌라이저(30)의 제1 플라이휠(35)을 피치(Pitch, Y) 축을 기준으로 만큼 회전시켜서 롤(Roll, X) 축을 기준으로 기울어지는 제1 토크()를 발생시켜 롤(Roll) 방향으로의 회전을 상쇄시킬 수 있다.
제2 스테빌라이저(40)의 제2 플라이휠(45)을 롤(Roll, X) 축 기준으로 만큼 회전시켜서 피치(Pitch, Y) 축을 기준으로 제2 토크()를 발생시켜 피치(Pitch) 방향으로의 회전을 상쇄시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 지엠피(Zero moment point, ZMP) 좌표를 이용하여 제1, 2 스테빌라이저의 작동을 결정할 수 있다. 이는 도 6과 수학식 2 및 수학식 3을 참조하여 설명한다.
설계프로그램(CAD) 데이터를 기반으로 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표()를 취득할 수 있다.
지엠피(ZMP) 좌표()는, 각 웨이트 센서(21~24, i)에서 측정된 힘 값(F1~F4, )과 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표가 원점인 로컬 좌표계를 기준으로 각 웨이트 센서(21~24, i)의 위치()를 이용하여 계산한다. 여기서 지엠피(ZMP) 좌표도 무게 중심(COM)과 같은 좌표계를 기준으로 계산될 수 있다.
p x 절대 값이 '0'보다 크거나 p y 절대 값이 '0'보다 크면, 지엠피(ZMP)가 무게 중심(COM)으로부터 멀어지는 것으로 이해할 수 있다.
는 제1 스테빌라이저(30)에서 발생시킨 제1토크이다.
는 제2 스테빌라이저(40)에서 발생시킨 제2토크이다.
제1, 2 스테빌라이저(30, 40)의 토크는 지엠피(ZMP) 좌표가 무게 중심(COM) 좌표로부터 멀어지면 지엠피(ZMP) 좌표가 무게 중심(COM) 좌표 쪽으로 이동하도록 토크를 발생시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 탑재 장치(100)로부터 제1~4 웨이트 센서(21~24)에 작용하는 무게 값을 바탕으로 지엠피(ZMP) 좌표 계산하고, 지엠피(ZMP) 좌표가 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표에 가까워지도록 제1, 2 스테빌라이저(30, 40)에서 토크를 발생시키고 이로써 지엠피(ZMP) 좌표가 무게 중심(COM) 좌표와 일치되거나 가까워지도록 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법은, 모바일 로봇(10)이 주행할 때 실시간으로 지엠피(ZMP) 좌표를 계산하고, 지엠피(ZMP) 좌표가 무게 중심(COM) 좌표와 일치되거나 가까워지도록 제어함으로써 모바일 로봇(10)이 기우뚱거리거나 불안정함을 해소하여 주행을 안정시킬 수 있다.
한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇(10)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 스테빌라이저(30)가 복수로 제공될 수 있고, 상기 제2 스테빌라이저(40)가 상기 제1 스테빌라이저(30)와 같은 개수로 제공될 수 있다.
제1 플라이휠(35)와 제2 플라이휠(45)은 서로 반대방향으로 같은 회전 속도로 운동할 수 있다.
도 7에는 제1 플라이휠(35)이 포함된 제1 스테빌라이저(30)가 복수로 제공된 예가 나타나 있고, 제2 스테빌라이저(40)는 제1 스테빌라이저(30)와 같은 개수로 제공된 예가 나타나 있다.
앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법의 모바일 로봇(10)은, 롤(roll: X) 축과, 피치(pitch: Y) 축으로의 기울어짐에 대응할 수 있지만, 각각의 회전에 대응하는 스테빌라이저의 개수가 단수(1개)이기 때문에 장치가 동작하는 동안 요(yaw: Z) 축으로 회전을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 도 5에서 제1 스테빌라이저(30)가 작동하여 최초의 회전 운동량 가 만큼 롤(X) 축으로 증가하면 요(Z) 축으로 회전 운동량은 만큼 감소하기 때문에 요(Z) 축으로 회전이 발생하여 모바일 로봇(10)의 작동에 미세한 불안정한 요소가 될 수 있다.
요(Z) 축으로의 회전에 대응하기 위해서는 플라이휠이 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 스테빌라이저를 한 방향의 회전에 대응하도록 하면 요(Z) 축으로의 회전을 발생시키지 않으면서 모바일 로봇(10)을 안정되게 제어할 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 4개의 스테빌라이저를 배치하면 롤(X) 축으로 회전에 대응하는 제3, 4 스테빌라이저의 각 플라이휠이 서로 반대방향으로 회전하면서 보디 프레임(12)도 반대방향으로 회전시키려는 힘이 생성되고, 롤(X) 축의 회전 운동량을 변화시키면서 요(Z) 축의 회전 운동량의 변화를 상쇄시킬 수 있다.
이로써 모바일 로봇(10)은 어느 하나의 플라이휠이 고속 회전하면서 회전 관성으로 자세를 안정할 때 미세하게 발생할 수 있는 요(yaw: Z) 축으로 회전 운동을 억제하여 모바일 로봇(10)의 주행 자세를 더욱 확실하게 안정시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 해당 업계 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어 방법은 모바일 로봇의 주행 안정화를 하는 데에 이용할 수 있다.
10: 모바일 로봇 12: 보디 프레임
14: 베이스 플레이트 16, 18: 휠
21, 22, 23, 24: 제1~4 웨이트 센서 30, 40: 제1, 2 스테빌라이저
31, 41: 제1, 2 브래킷 32, 42: 제1, 2 틸티 모터
33, 43: 제1, 2 샤프트 브래킷 34, 44: 제1, 2 케이스
35, 45: 제1, 2 플라이휠 100: 탑재 장치

Claims (4)

  1. 모바일 로봇(10)은,
    제1 플라이휠(35)이 제1 케이스(34)의 내부에서 고속 회전하고, 상기 제1 케이스(34)를 피치(Y) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제1 스테빌라이저(30);
    제2 플라이휠(45)이 제2 케이스(44)의 내부에서 상기 제1 플라이휠(35)과 반대 방향으로 고속 회전하고, 상기 제2 케이스(44)를 롤(X) 축을 기준으로 기울기가 제어되는 제2 스테빌라이저(40);
    상기 제1, 2 스테빌라이저(30, 40)가 설치된 베이스 프레임(14);
    상기 베이스 프레임(14)이 설치된 보디 프레임(12); 및
    상기 보디 프레임(12)에 설치되어 탑재 장치(100)의 무게를 측정하는 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24); 를 포함하여 구성하고,
    상기 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표가 사전에 설정되며,
    상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24)로부터 측정된 각 무게 값을 바탕으로 지엠피(ZMP) 좌표()가 계산되고,
    상기 지엠피(ZMP) 좌표가 상기 무게 중심(COM) 좌표에 가까워지도록 제1 스테빌라이저(30)에서 제1 토크()를 발생시키거나 제2 스테빌라이저(40)에서 제2 토크()를 발생시키는 것;
    을 포함하는 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    지엠피(ZMP) 좌표()는, 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24, i)에서 측정된 힘 값(F1~F4, )과 모바일 로봇(10)의 무게 중심(COM) 좌표를 기준으로 상기 제1 내지 제4 웨이트 센서(21~24, i)의 위치()를 이용하여 아래의 수학식으로 계산되는 것;
    을 포함하는 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법.

  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 토크()와 상기 제2 토크()는, 아래의 수학식으로 계산되는 것;
    을 포함하는 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스테빌라이저(30)가 복수로 제공되고,
    상기 제2 스테빌라이저(40)가 상기 제1 스테빌라이저(30)와 같은 개수로 제공되는 것;
    을 포함하는 모바일 로봇의 주행 안정화를 위한 제어 방법.
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