KR20180007208A - 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법 - Google Patents

씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기균형로봇에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하인 경우에는 씨엠지를 이용하여 균형을 유지하고 씨엠지가 균형잡을 수 있는 힘을 초과한 경우면 바퀴를 함께 제어하여 균형을 유지하도록 구성한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법에 관한 것으로서, 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇에 있어서, 측면에 구성된 이륜 휠을 구동시켜 상기 자기균형로봇을 전진 또는 후진시키는 로봇구동부; 상기 자기균형로봇의 일측에 구성되어 상기 자기균형로봇이 균형을 잡도록 구성된 CMG; 상기 자기균형로봇에 외부로부터 가해자는 외력을 측정하는 옵져버; 및 외력이 가해진 경우 또는 정지된 경우 상기 옵져버로부터 입력된 외력을 판단하여 소정의 설정값 이내인 경우면 상기 CMG를 구동하고, 상기 옵저버네 의해 측정된 외력을 판단하여 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG 및 상기 로봇구동부를 구동시키되, 상기 로봇구동부를 상기 외력에 대항하는 방향으로 구동시키도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되어, 로봇에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하인 경우에는 씨엠지를 이용하여 균형을 유지하고 씨엠지가 균형잡을 수 있는 힘을 초과한 경우면 바퀴를 제어하여 균형을 유지하도록 하여 정지 상태에서도 안정적으로 균형을 유지하며 오작동이나 또는 외력에 의해 위험에 처하는 일을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법{TWO WHEEL SELF-BALANCING ROBOT AND ITS CONTROL METHOD BY CONTROL MOMENT GYROSCOPE}
본 발명은 씨엠지(Control Moment Gyroscope ; CMG)를 이용한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 한자리에 머물러 있어야 하는 경우에는 자기균형로봇에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하면 자기균형로봇에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하인 경우에는 씨엠지를 이용하여 균형을 유지하고 씨엠지가 균형잡을 수 있는 힘을 초과한 경우 또는 이동할 경우에는 바퀴를 함께 제어하여 균형을 유지하도록 구성한 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법에 관한 것이다.
2001년 미국의 딘 카멘(Dean Kamen)이 개발한 이동수단인 ‘세그웨이(Segway)’는 이륜휠을 이용하여 균형을 잡는 이동수단이다. ‘세그웨이’는 좁은 공간에서도 이동과 회전이 자유롭고 휴머노이드 로봇보다 빠른 속도를 가지고 있어, 로봇 플랫폼에도 주로 활용된다. 하지만 이륜휠을 기반으로 균형을 잡는 시스템이기 때문에 외력이 발생하면 균형을 잡기 위해 많은 움직임을 보인다. 이와 같은 이유로 한 자리에서 작업을 해야 하거나 움직이지 못하는 상황에서 외력을 받는다면 작업을 하지 못하거나 몸체의 균형을 잃을 수 있다.
세그웨이와 같은 이륜형 자기균형로봇은 좁은 공간에서 이동과 회전이 자유롭고 빠르다는 장점을 가지고 있지만 완성품인 세그웨이가 균형을 잃고 쓰러지는 사고가 발생하듯이 외력에 취약한 단점을 가지고 있다. 또한, 외력이 작용했을 때, 몸체의 균형을 잡기 위해 그 위치를 벗어나게 되며, 그 힘이 클수록 더 크게 벗어난다는 단점이 있다. 한 위치에 머무르며 작업을 하는 경우나 움직이지 못하는 상황에서는 자기균형로봇 시스템을 채택하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 2륜형 자기균형로봇에 외력이 가해지면 외력에 대항하는 방향으로 바퀴를 구동시키도록 제어하고 있다. 그러나, 이와 같은 외력에 대항하는 방향으로 구동시키도록 하는 제어는 더 큰 문제를 일으키고 있다. 예컨대, 건널목에 정지한 상태에서 앞에서 외력이 가해지면 앞으로 전진하게 되어 사고의 위험성이 급격하게 증가한다. 마찬가지로 건널목에 정지한 상태에서 뒤로부터 외력이 가지해면 뒤로 이륜형 자기구동로봇을 구동시키게 되어 사람과 부딪치는 등에 의한 사고의 원인이 되는 문제점이 있다.
따라서, 세그웨이 플랫폼인 2륜 자기균형로봇과 CMG를 조합하여 외력에 반응하여, 많은 움직임 없이 균형을 유지하는 로봇 플랫폼을 설계할 필요성이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0028376호(발명의 명칭 : 자이로 모멘텀을 이용한 수중로봇)
따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 2륜 자기균형로봇이 한 자리에 멈추어 있는 경우에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하인 경우에는 바퀴를 멈추고 씨엠지를 이용하여 균형을 유지하고 씨엠지가 균형잡을 수 있는 힘을 초과한 경우면 바퀴를 제어하여 균형을 유지하도록 하여 정지 상태에서도 안정적으로 균형을 유지하며 오작동이나 또는 외력에 의해 위험에 처하는 일을 감소시킬 수 있는 이륜 자기균형로봇 및 자기균형로봇의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇은, 측면에 구성된 이륜휠을 구동시켜 상기 자기균형로봇을 전진 또는 후진시키는 로봇구동부; 상기 자기균형로봇의 일측에 구성되어 상기 자기균형로봇이 균형을 잡도록 구성된 CMG; 상기 자기균형로봇에 외부로부터 가해자는 외력을 측정하는 옵저버; 및 옵저버를 판독하여 외력이 가해진 경우 또는 정지된 경우 중, 상기 옵져버로부터 입력된 외력을 판단하여 외력이 소정의 설정값 이내인 경우면 상기 CMG를 구동하고, 상기 옵저버에 의해 측정된 외력을 판단하여 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG 및 상기 로봇구동부를 구동시키되, 상기 로봇구동부를 상기 외력에 대항하는 방향으로 구동시키도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 소정의 설정값은, 상기 CMG가 균형을 잡을 수 있는 충격의 한계값으로 설정하는 것일 수 있다.
상기 로봇구동부는, 상기 로봇에 구성된 이륜휠에 연결되어 이를 구동시키는 휠모터; 상기 휠모터의 회전수를 감지하는 제1 엔코더; 및 상기 자기균형로봇이 전후로 기울어지는 각도를 측정하여 측정된 경사에 대응하여 전진 또는 후진시키는 정보를 제공하는 경사계를 포함하여 구성될 수 있다.
씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇은, 상기 자기균형로봇의 각속도를 측정하여 좌측 또는 우측으로의 방향을 전환하는 자이로센서를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 CMG는, 회전판의 중심을 축으로 하여 회전하는 스핀모터; 상기 스핀모터의 회전축에 직각인 김벌축의 방향으로 회전시키는 김벌모터; 및 상기 스핀모터의 회전수를 감지하는 제2 엔코더를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 CMG는, 상기 김볼축이 2개인 2축 CMG인 것일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법은, 상기 자기균형로봇을 구동시키는 단계; 상기 자기균형로봇에 가해지는 외력을 측정하는 단계; 상기 자기균형로봇에 가해진 외력이 측정된 경우 측정된 외력이 소정의 설정값 이내인 경우면 CMG를 구동시키는 단계; 및 외력이 측정된 경우 측정된 상기 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG를 구동하고 상기 외력이 가해진 방향에 대항하는 방향으로 상기 로봇 구동부를 구동시키도록 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법은, 씨엠지를 이용한 자기균형로봇을 구동하는 단계; 상기 자기균형로봇을 구동시켜 이동하는 단계; 상기 자기균형로봇이 정지하였는지를 판단하는 단계; 상기 자기균형로봇이 정지한 상태인 것으로 판단되면 CMG를 구동하는 단계; 상기 자기균형로봇에 가해지는 외력을 측정하는 단계; 및 상기 자기균형로봇에 가해진 외력이 측정된 경우 측정된 상기 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG를 구동하고 상기 외력이 가해진 방향에 대항하는 방향으로 상기 로봇 구동부를 구동시키도록 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 소정의 설정값은, 상기 CMG가 균형을 잡을 수 있는 충격의 한계값으로 설정하는 것일 수 있다.
따라서 본 발명의 이륜 자기균형로봇 및 로봇의 제어 방법은 로봇에 가해지는 힘을 측정하여 일정 수준 이하인 경우에는 씨엠지를 이용하여 균형을 유지하고 씨엠지가 균형잡을 수 있는 힘을 초과한 경우이거나 이동할 경우면 바퀴를 제어하여 균형을 유지하도록 하여 정지 상태에서도 안정적으로 균형을 유지하며 오작동이나 또는 외력에 의해 위험에 처하는 일을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 찍은 사진.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 제어하는 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 제어하는 과정을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 찍은 사진이며, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 자기균형로봇(100)은 로봇구동부(110), CMG(120), 옵저버(130) 및 제어부(140)로 구성된다.
로봇구동부(110)는 휠모터(112)에 의해 휠(114)을 구동시켜 자기균형로봇(100)을 전진 또는 후진시키킨다.
로봇구동부(110)는 이륜휠(114)을 함께 또는 개별적으로 구동시키는 휠모터(112), 휠모터(112)의 회전수를 감지하는 제1 엔코더(113) 및 자기균형로봇(100)의 균형을 감지하는 경사계(115)를 포함하여 구성된다. 전술한 바와 같이, 로봇구동부(110)는 이륜휠(114)을 개별적으로 구동시키는 경우에는 2개의 휠모터(112)를 사용한다. 또는 로봇구동부(110)는 그랭크축에 의해 연결된 이륜휠(114)을 구동시키는 경우에는 1개의 휠모터(112)를 사용할 수 있다.
로봇구동부(110)의 이륜휠(114)은 지면에 닿도록 양측면에 구성되며, 자기균형로봇(100)은 이륜휠(114)의 회전에 의해 전진 또는 후진 동작한다. 또한, 경사계(115)가 경사 각도를 인지하여 자기균형로봇(100)을 전진, 정지 또는 후진한다. 예컨대, 자기균형로봇(100)은 경사계(115)가 감지한 앞으로 기울어진 각도에 따라 전진하게 되며 기울어지는 각도가 클수록 빠른 속도로 전진한다. 또한, 자기균형로봇(100)은 경사계(115)가 감지한 뒤로 기울어지는 각도를 감지하여 정지 또는 후진하게 된다. 예컨대, 자기균형로봇(100)이 앞으로 기동 중에 경사계(115)가 뒷쪽으로 기울어지는 것을 감지하게 되면, 정지하게 되고, 정지된 후에 뒤로 기울어지는 것을 감지하게 되면 후진하게 된다. 좌회전 및 우회전은 핸들에 의해 조작될 수 있다.
제1 엔코더(113)는 휠모터(112)의 회전수를 감지하여 진행한 것리 및 속도를 인지할 수 있다.
CMG(120)는 자기균형로봇(100)의 일측에 구성되어 자기균형로봇(100)이 균형을 잡도록 구성된다. 도 1의 사진에서는 CMG(120)가 상부에 배치한 상태이지만, 이는 자기균형로봇(100)을 시험하기 위한 시제품인 것으로 반드시 위에 배치하는 것은 아니며, 본체의 내측에 실장하여 구성할 수 있다. 한편, CMG(120)는 어느 정도의 하중을 갖는 1개 이상의 회전판(122)이 2개의 축 방향으로 회전하면서 균형을 잡도록 구성된 장치이다.
따라서, CMG(120)는 하나의 회전판(122)에 2개의 모터(124, 126)를 갖는다. 즉, 회전판(122)을 회전판(122)의 중심을 축으로 회전시키는 스핀모터(124)와 스핀모터(124)의 직각방향으로 회전시키는 김벌모터(Gimbal Motor)(126)로 구성된다. CMG(120)의 회전판(122)이 2가지 방향으로 회전하면서 평형이 유지되므로 팽이처럼 쓰러지지 않고 자세를 유지하게 된다. CMG(120)의 회전판(122)이 스핀모터(124)에 의해 회전하면서 유지하고 조건이 충족되면 김벌모터(Gimbal Motor)(126)에 의해 다른 축으로 회전하게 된다.
제2 엔코더(128)는 스핀모터(124)의 회전수를 감지한다. 예컨대, 정지 상태와 같이 큰 힘을 필요로 하지 않는 경우에는 제2 엔코더(128)의 회전수를 회전량을 적정한 수준으로 유지한다. 또는 외부로부터 충격이 가해진 경우에는 더 큰 회전수로 회전하도록 하여 균형을 유지하며, 외부로의 충격이 가해진 경우에는 김벌모터(126)에 의해 회전한다. 또는 더 큰 충격이 가해지면, 제 2 엔코더(128)의 회전을 더 크게하여 균형을 유지한다.
도면에는 2개의 회전판(122)을 갖는 CMG(120)가 도시되어 있다. 이와 같이 회전판(122)이 2개인 CMG(120)를 2축 CMG로 칭하기로 하며, 회전판(122)이 1개인 CMG(120)를 1축 CMG로 칭하기로 한다. 따라서, 2축 CMG(120)로 구현되는 경우에는 2개의 스핀모터(122)와 2개의 김볼모터(124)가 사용되며, 1축 CMG(120)로 구현되는 경우에는 1개의 스핀모터(122)와 1개의 김볼모터(124)가 사용된다.
옵저버(130)는 외력을 감지하는 센서이다. 옵저버(130)는 압력센서(132)와 자이로센서(134)로 구성된다. 옵저버(130)는 압력센서(132)와 자이로센서(134)의 정보를 함께 이용하여 외력을 감지한다. 예컨대, 정지상태에서 외부로부터 충격이 가해지면 압력센서(132)가 이를 외부로부터의 힘을 감지하고 자기균형로봇(100)은 외력에 의해 흔들리게 된다. 이때, 자이로센서(134)가 자기균형로봇(100)의 움직임을 파악하여 힘이 가해진 방향을 판단한다. 즉, 압력센서는 힘의 양을 감지하고 자이로센서(134)는 힘이 가해진 방향을 감지하여 해당 힘이 가해진 방향으로 구동하도록 한다.
한편, 자이로센서(134)는 자기균형로봇(100)의 각속도를 측정하여 좌측 또는 우측으로의 방향을 전환하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 전술한 실시예에서는 자이로센서(134)가 방향전환하기 위한 정보를 제공하는 것으로 설명되었지만, 핸들의 꺽는 각도에 따라 좌우 방향전환하기 위한 정보를 제공할 수 있다.
제어부(140)는 로봇구동부(110)의 동작을 감지하여 자기균형로봇(100)의 온오프를 감지한다. 자기균형로봇(100)이 온된 상태에서 제어부(140)는 정지 상태와 동작 상태로 구분하여 제어한다. 예컨대, 자기균형로봇(100)이 켜지면 바로 정지 상태이지만, 정지상태로 인지하지 않는다. 즉, 제어부(140)는 자기균형로봇(100)이 동작하기 전의 상태는 정지로 인지하지 않도록 한다.
제어부(140)는 로봇구동부(110)가 동작하는 상태에서 외력이 가해진 경우 옵져버(130)로부터 입력된 외력의 방향과 힘을 인지한다. 제어부(140)는 외력의 힘이 소정의 설정값 이내인 경우면, CMG(120)를 구동시키도록 제어한다. 즉, 외력이 가해진 경우에는 CMG(120)가 동작한다. 여기서 소정의 설정값은 CMG(120)가 균형을 잡을 수 있는 충격의 한계값이 될 수 있다. 따라서, 소정의 설정값은 CMG(120)의 레졸루션(resolution)값에 따라 변하는 값일 수 있다. 예컨대, 실험적으로 CMG(120)가 충격값의 한계가 500N(Newton)인 경우에는 500N이 설정값이 될 수 있다.
제어부(140)는 상기 옵저버(130)에 의해 측정된 외력을 판단하여 소정의 설정값을 초과한 경우면 CMG(120)와 로봇구동부(110)를 함께 구동시킨다. 이때, 제어부(140)는 로봇구동부(110)를 통해서 외력이 작용하는 방향에 대항하는 방향으로 횔(114)이 회전하도록 제어한다. 즉, 외력이 소정의 설정값을 초과하는 경우에는 CMG(120)와 로봇구동부(110)를 함께 구동시켜 큰 외력에 의해 자기균형로봇(100)이 균형을 잃고 쓰러지는 것을 방지한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, S202단계에서 제어부(140)는 사용자가 전원을 온(on)시키는 동작과 같은 명령에 의해 자기균형로봇(100)이 온된 이후에 로봇구동부(110)에 의해 자기균형로봇(100)이 구동되는 것을 인지한다.
S204단계에서, 제어부(140)는 로봇구동부(110)의 동작을 감지하고 로봇구동부(110)의 동작에 의해 자기균형로봇(100)이 이동하는 것을 인지한다.
S206단계에서, 자기균형로봇(100)이 이동 중에 외력이 가해졌는 지의 여부를 판단한다. 일 실시예에서, 제어부(140)는 외력을 감지하기 위해 제1 엔코더(113)의 엔코더 값에 관한 변화율을 주기적으로 측정할 수 있고, 변화율이 특정 기준 이상으로 증가되거나 특정 기준 이하로 감소되면 외력이 가해진 것으로 판단할 수 있다.
S206단계에서, 이동 중에 외력이 가해진 것으로 판단되면 제어부(140)는 연결된 옵저버(130)로부터 측정된 외력 정보를 수신한다(S208).
S210단계에서, 제어부(140)는 수신된 외력 정보를 판독하여 측정된 외력이 소정의 설정값 이내인지의 여부를 판단한다.
S210단계에서, 제어부(140)는 수신된 외력 정보를 판독하여 측정된 외력이 소정의 설정값 이내인 경우면 CMG(120)를 구동시킨다(S212단계).
S210단계에서, 제어부(140)는 수신된 외력 정보를 판독하여 측정된 외력이 소정의 설정값을 초과한 경우면 CMG(120)와 로봇구동부(110)를 함께 구동시킨다(S214단계). 특히, 제어부(140)는 자이로센서(134)에 의해 외력이 작용한 방향을 인지하여 로봇구동부(110)를 외력이 작용한 방향에 대항하는 방향으로 구동시키도록 제어한다. 예컨대, 뒤에서 외력이 가해지 경우면, 로봇구동부(110)를 구동시켜 자기균형로봇(100)을 후진시킨다. 일 실시예에서, 제어부(140)는 외력이 소정의 설정값을 초과한 경우면 외력의 크기에 비례하는 적어도 하나의 단계를 통해 대항력을 단계적으로 제공할 수 있다. 이하, 제어부(140)는 다음의 수학식에 따라 단계의 개수와 각 단계에서의 대항력을 제공할 수 있고, 외력이 소정의 설정값 이내인 경우에는 로봇구동부(110)를 제외한 CMG(120)를 구동시킬 수 있다.
[수학식]
(1) 단계의 개수(N) = ［ 외력의 크기(F) / 특정 대항력(fm) ］
여기에서, ［ ］은 올림 함수, N은 자연수, 특정 대항력(fm)은 주어진 모터에서 안정적으로 생성될 수 있는 힘으로서 최대 대항력(fmax)보다 적음
(2) i 단계에서의 대향력(fi) = ((i-1) 단계에서의 대항력(f(i-1)) + 최대 대항력(fmax) - (f(i-1)/(fmax - fm))) / i
여기에서, i는 자연수, 0 단계에서의 대항력은 0에 해당
즉, (2) 함수는 초기에는 최대 대항력으로 동작되고 차츰 대항력을 감소시키는 것을 의미함
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씨엠지를 이용한 자기균형로봇을 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, S302단계에서 제어부(140)는 사용자의 전원을 온시키는 동작과 같은 동작 명령에 의해 자기균형로봇(100)이 온 된 이후에 로봇구동부(110)에 의해 자기균형로봇(100)이 구동되는 것을 인지한다.
S304단계에서 제어부(140)는 로봇구동부(110)의 동작을 감지하고 로봇구동부(110)의 동작에 의해 상기 자기균형로봇(100)이 이동하는 것을 인지한다.
S306단계에서 제어부(140)는 로봇구동부(110)의 동작을 감지하여 자기균형로봇(100)이 정지하였는지의 여부를 판단한다. 제어부(140)는 로봇구동부(110)에 휠모터(112)의 회전을 감지하는 제1 엔코더(113)의 정보를 판독하여 자기균형로봇(100)의 정지 여부를 판단할 수 있다.
S306단계에서의 판단 결과 자기균형로봇(100)이 정지한 상태인 것으로 판단되면 CMG(120)를 구동시킨다(S308단계).
S310단계에서 정지한 상태에서 외력이 가해졌는 지의 여부를 판단한다.
S310단계에서 판단하여 이동 중에 외력이 가해진 것으로 판단되면 제어부(140)는 연결된 옵저버(130)로부터 측정된 외력 정보를 수신한다(S312).
S314단계에서 수신된 외력 정보가 소정의 설정값을 초과하는 지의 여부를 판단한다(S314단계).
S314단계에서 판단하여 가해진 외력이 소정의 설정값을 초과하는 경우에는 CMG(120)와 로봇구동부(110)를 함께 구동시킨다(S316단계). 특히 제어부(140)는 자이로센서(134)에 의해 외력이 작용한 방향을 인지하여 로봇구동부(110)를 제어하여 자기균형로봇(100) 외력이 작용한 방향에 대항하는 방향으로 구동시키도록 한다. 예컨대, 뒤에서 외력이 가해지 경우면, 로봇구동부(110)를 구동시켜 자기균형로봇(100)을 후진시킬 수 있다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 자기균형로봇 110 : 로봇구동부
112 : 휠모터 113 : 제1 엔토더
114 : 휠 115 : 경사계
117 : 자이로센서 120 : CMG
122 : 회전판 124 : 스핀모터
126 : 김벌모터 128 : 제2 엔코더
130 : 옵저버 140 : 제어부

Claims (9)

  1. 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇에 있어서,
    측면에 구성된 이륜 휠을 구동시켜 상기 자기균형로봇을 전진 또는 후진시키는 로봇구동부;
    상기 자기균형로봇의 일측에 구성되어 상기 자기균형로봇이 균형을 잡도록 구성된 CMG;
    상기 자기균형로봇에 외부로부터 가해자는 외력을 측정하는 옵져버; 및
    외력이 가해진 경우 또는 정지된 경우 상기 옵져버로부터 입력된 외력을 판단하여 소정의 설정값 이내인 경우면 상기 CMG를 구동하고, 상기 옵저버네 의해 측정된 외력을 판단하여 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG 및 상기 로봇구동부를 구동시키되 상기 로봇구동부를 상기 외력에 대항하는 방향으로 구동시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 설정값은, 상기 CMG가 균형을 잡을 수 있는 충격의 한계값으로 설정하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로봇구동부는,
    상기 로봇에 구성된 이륜휠에 연결되어 이를 구동시키는 휠모터;
    상기 휠모터의 회전수를 감지하는 제1 엔코더; 및
    상기 자기균형로봇이 전후로 기울어지는 각도를 측정하여 측정된 경사에 대응하여 전진 또는 후진시키는 정보를 제공하는 경사계를 포함하는 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자기균형로봇의 각속도를 측정하여 좌측 또는 우측으로의 방향을 전환하는 자이로센서를 더 포함하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  5. 제1항에 있어서, 상기 CMG는,
    회전판의 중심을 축으로 하여 회전하는 스핀모터;
    상기 스핀모터의 회전축에 직각인 김벌축의 방향으로 회전시키는 김벌모터; 및
    상기 스핀모터의 회전수를 감지하는 제2 엔코더를 포함하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  6. 제1항에 있어서, 상기 CMG는,
    상기 김볼축이 2개인 2축 CMG인 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇.
  7. 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법에 있어서,
    상기 자기균형로봇을 구동시키는 단계;
    상기 자기균형로봇에 가해지는 외력을 측정하는 단계;
    상기 자기균형로봇에 가해진 외력이 측정된 경우 측정된 외력이 소정의 설정값 이내인 경우면 CMG를 구동시키는 단계; 및
    외력이 측정된 경우 측정된 상기 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG를 구동하고 상기 외력이 가해진 방향에 대항하는 방향으로 상기 로봇 구동부를 구동시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법.
  8. 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법에 있어서,
    씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇을 구동하는 단계;
    상기 자기균형로봇을 구동시켜 이동하는 단계;
    상기 자기균형로봇이 정지하였는 지를 판단하는 단계;
    상기 자기균형로봇이 정지한 상태인 것으로 판단되면 CMG를 구동하는 단계;
    상기 자기균형로봇에 가해지는 외력을 측정하는 단계; 및
    상기 자기균형로봇에 가해진 외력이 측정된 경우 측정된 상기 소정의 설정값을 초과한 경우면 상기 CMG를 구동하고 상기 외력이 가해진 방향에 대항하는 방향으로 상기 로봇 구동부를 구동시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법.
  9. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 설정값은,
    상기 CMG가 균형을 잡을 수 있는 충격의 한계값으로 설정하는 것인 씨엠지를 이용한 이륜 자기균형로봇의 제어 방법.
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