KR20190004560A - 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

지면에 접촉하여 회전을 하는 적어도 하나의 휠; 적어도 하나의 휠 각각을 연결하는 프레임상에 설치되는 서스펜션부; 및 서스펜션부의 상부에 위치하여 탑승자를 지지하며, 탑승자의 자세 제어에 따라 틸팅되는 탑승부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티가 개시된다.

Description

퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법{PERSONAL MOBILITY AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 퍼스널 모빌리티 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 퍼스널 모빌리티의 구조 및 퍼스널 모빌리티의 이동을 제어하는 방법에 관한 것이다.
최근, 퍼스널 모빌리티 시장이 급격히 성장하고 있다. 사용자들은 비교적 근거리를 이동할 때 자신만의 퍼스널 모빌리티를 활용하여 간편하게 이동하고 있다.
퍼스널 모빌리티란 전동휠, 전동 킥보드, 전동 스케이트보드, 전기 자전거 등을 포함할 수 있으며, 주로 전기를 동력으로 하여 구동하는 1인용 이동 수단을 말한다. 유해 물질을 배출하지 않고, 그 크기가 작아 이동 수단 및 레져용품으로써 입지를 늘려나가고 있다.
그러나, 아직까지는 퍼스널 모빌리티의 안정성 측면에서 문제의 소지가 있으며, 또한, 퍼스널 모빌리티의 이동을 안정적으로 제어할 수 있는 제어 방법이 제안되어 있지 않은 실정이다. 따라서, 탑승자의 안전을 보장함과 동시에 퍼스널 모빌리티를 효과적으로 제어하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법은 탑승자의 안전을 보장하는 퍼스널 모빌리티를 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법은 퍼스널 모빌리티를 정확하게 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티는,
지면에 접촉하여 회전을 하는 적어도 하나의 휠; 상기 적어도 하나의 휠 각각을 연결하는 프레임상에 설치되는 서스펜션부; 및 상기 서스펜션부의 상부에 위치하여 탑승자를 지지하며, 상기 탑승자의 자세 제어에 따라 틸팅되는 탑승부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 이동 제어 방법은,
탑승자의 자세 제어에 따른 탑승부의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 획득하고, 상기 퍼스널 모빌리티의 현재 속도를 획득하는 단계; 및 상기 틸팅 방향, 틸팅 각도 및 상기 현재 속도에 기초하여 산출되는 목표 속도에 따라 적어도 하나의 휠의 회전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법은 탑승자의 안전을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법은 퍼스널 모빌리티를 정확하게 제어할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티 및 이의 제어 방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 4개의 메카넘 휠에 따른 퍼스널 모빌리티의 이동 방향을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티에 적용 가능한 서스펜션부의 사시도이다.
도 5는 도 4의 서스펜션부에서 제 1 판 부재가 틸팅되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 4의 서스펜션부에서 스프링이 압축되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티의 제어 방법을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 '~부(유닛)', '모듈' 등으로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 '퍼스널 모빌리티'란, 1명 또는 그 이상의 사용자가 탑승하여 이동하는 기기를 의미하며, 퍼스널 모빌리티는 주로 전기를 동력으로 하여 구동될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, LPG, 태양광, 가솔린, 경유 등을 동력으로 하여 구동될 수도 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)는 적어도 하나의 휠(110), 프레임(130), 서스펜션부(150) 및 탑승부(170)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 휠(110)은 지면에 접촉하여 회전을 한다. 적어도 하나의 휠(110)의 회전 운동에 따라 퍼스널 모빌리티(100)가 이동할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)는 4개의 휠(110)을 포함함으로써, 탑승자의 안전을 보장할 수 있다. 즉, 4개의 휠(110)이 4곳의 지점에서 지면에 접촉하기 때문에 퍼스널 모빌리티(100)의 쓰러짐이 방지될 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 4개의 휠(110)은 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)는 다양한 개수의 휠(110)을 포함할 수 있다.
구현예에 따라서, 휠(110)은 4개의 메카넘(mecanum) 휠을 포함할 수 있다. 메카넘 휠이란, 전후진 이동만이 가능한 옴니(omni) 휠과는 달리 전방향 이동이 가능한 휠을 의미한다. 4개의 메카넘 휠 각각의 회전을 독립적으로 제어함으로써, 전진 및 후진 이동 뿐만 아니라, 측면 이동 및 다양한 각도로의 사선 이동도 가능하다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 4개의 메카넘 휠 각각의 회전 방향에 따라 퍼스널 모빌리티(100)는 전후, 좌우 및 사선 등 전방향으로 이동할 수 있다.
프레임(130)은 적어도 하나의 휠(110) 각각을 서로 간에 결속시킨다. 도 1은 4개의 휠(110) 각각을 연결하는 프레임(130)을 도시하고 있는데, 프레임(130)의 구조는 휠(110)의 개수 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
서스펜션부(150)는 탑승자에게 가해지는 충격을 완화시키기 위한 완충 기능을 수행하며, 도시된 바와 같이, 프레임(130)의 상부에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 서스펜션부(150)는 완충 기능뿐만 아니라, 퍼스널 모빌리티(100)의 이동 제어를 위한 틸팅(tilting) 기능도 제공할 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.
탑승부(170)는 서스펜션부(150)의 상부에 위치하여 탑승자를 지지한다. 탑승부(170)는 서스펜션부(150)와 고정 결합됨으로써, 탑승부(170) 또한 탑승자의 자세 제어에 따라 틸팅될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 탑승부(170)는 퍼스널 모빌리티(100)의 길이 방향의 x축 및 폭 방향의 y 축 각각을 중심으로 틸팅될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)는 탑승자의 자세 제어에 따라 탑승부(170)가 x축을 기준으로 좌우로 틸팅되거나, y축을 기준으로 전후로 틸팅되는 경우, 틸팅 방향 및 틸팅 각도에 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 탑승자가 좌측 방향으로 몸을 기울임에 따라 탑승부(170)가 x축을 기준으로 회전한 경우, 퍼스널 모빌리티(100)는 이에 따라 좌측으로 이동할 수 있고, 탑승자가 전진 방향으로 몸을 기울임에 따라 탑승부(170)가 y축을 기준으로 회전한 경우, 퍼스널 모빌리티(100)는 이에 따라 전진 이동할 수 있다. 더 나아가, 탑승자가 사선 방향으로 몸을 기울임에 따라 탑승부(170)가 x축 및 y축을 기준으로 회전한 경우, 퍼스널 모빌리티(100) 역시 사선 방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)는 탑승자의 자세 제어에 따라 탑승자의 의도에 맞게 이동할 수 있다. 탑승자의 자세 제어에 따라 이동하기 위해 퍼스널 모빌리티(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 탑승부(170)의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 측정하는 회전 감지 센서(180) 및 각 휠(110)의 회전을 제어하는 제어 장치(190)를 포함할 수 있다. 회전 감지 센서(180)는 자이로(gyro) 센서 또는 imu(Intertial measurement unit) 센서를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 회전 감지 센서(180)가 탑승부(170)의 상부에 결합되어 있는 것으로, 제어 장치(190)가 프레임(130)의 하부에 결합되어 있는 것으로 도시하고 있는데, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 회전 감지 센서(180) 및 제어 장치(190)는 탑승부(170)의 하부, 서스펜션부(150)의 제 1 판 부재(151), 제 2 판 부재(152) 등 당업자에 의해 자명한 범위 내에서 다양한 위치에 결합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)에 적용 가능한 서스펜션부(150)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 서스펜션부(150)에서 제 1 판 부재(151)가 틸팅되는 모습을 도시하는 도면이다. 또한, 도 6은 도 4의 서스펜션부(150)에서 스프링(154)이 압축되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 서스펜션부(150)는 제 1 판 부재(151), 연결 부재(153) 및 제 2 판 부재(152)를 포함할 수 있다.
제 1 판 부재(151)는 연결 부재(153)와 틸팅 가능하게 결합되며, 상부에서 탑승부(170)와 고정 결합된다. 제 1 판 부재(151)는 탑승부(170)와 나사 결합을 할 수 있다.
제 1 판 부재(151)는 연결 부재(153)를 중심으로 틸팅 운동을 할 수 있는데, 이를 위해 제 1 판 부재(151)와 연결 부재(153)는 볼 조인트(ball joint)를 통해 결합될 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하면, 연결 부재(153)의 상부에는 볼(155)이 형성되며, 제 1 판 부재(151)에 형성된 홀(158)에는 개스킷(gasket)(156)이 위치한다. 개스킷(156)의 표면과 볼(155)의 표면은 미끄러짐이 가능하도록 서로 접촉하므로, 이에 의해 탑승자의 자세 제어에 따라 탑승부(170) 및 제 1 판 부재(151)가 틸팅 운동을 할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 탑승자가 자세 제어를 통해 P 방향으로 압력을 가하는 경우, 제 1 판 부재(151) 역시 P 방향으로 틸팅될 수 있다.
제 1 판 부재(151)와 제 2 판 부재(152) 사이에는 완충 기능을 위한 적어도 하나의 스프링(154)이 제 1 판 부재(151)와 제 2 판 부재(152) 각각에 결합된다. 제 1 판 부재(151)의 상부에서 하부 방향으로 압력이 가해지면, 적어도 하나의 스프링(154)은 압축되고, 가해지는 압력이 중단되면 압축된 스프링(154)은 인장되어 원래의 형상으로 되돌아온다.
서스펜션부(150)의 완충 기능을 위해 제 2 판 부재(152)의 관통 홀에는 리니어 부시(linear bush)(157)가 위치하고, 연결 부재(153)는 리니어 부시(157)의 홀에 삽입 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, P 방향으로 압력이 가해지는 경우, 연결 부재(153)는 리니어 부시(157)를 통해 하부 방향으로 이동하며 그에 따라 스프링(154)이 압축된다. 압력이 중단되면, 스프링(154)의 복원력에 따라 연결 부재(153)는 다시 상부 방향으로 이동하게 된다.
이하에서는, 탑승자의 자세 제어를 감지하여 퍼스널 모빌리티(100)의 이동을 제어하는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
S710 단계에서, 퍼스널 모빌리티(100)는 탑승자의 자세 제어에 따른 탑승부(170)의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 획득한다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전 감지 센서(180)는 탑승자의 자세 제어에 따라 탑승부(170)가 어느 방향으로 틸팅되었는지, 얼마나 틸팅되었는지를 감지할 수 있다.
S720 단계에서, 퍼스널 모빌리티(100)는 퍼스널 모빌리티(100)의 현재 속도를 산출한다. 구체적으로, 퍼스널 모빌리티(100)는 퍼스널 모빌리티(100)가 현재 어느 방향으로 어느 속도로 이동하고 있는지를 산출할 수 있다. 현재 속도의 산출을 위해 퍼스널 모빌리티(100)에 속도 감지 센서(미도시)가 설치될 수 있고, 구현예에 따라서는 후술하는 바와 같이, 각 휠(110)에 설치되는 엔코더를 통해 현재 속도를 산출할 수도 있다.
S730 단계에서, 퍼스널 모빌리티(100)는 S710 단계 및 S720 단계에서 획득한 틸팅 방향, 틸팅 각도 및 현재 속도에 기초하여 퍼스널 모빌리티(100)의 목표 속도를 산출한다. 퍼스널 모빌리티(100)는 탑승부(170)의 틸팅 각도가 0도가 되도록 하는 목표 속도를 산출할 수 있다.
S740 단계에서, 퍼스널 모빌리티(100)는 산출된 목표 속도에 따라 휠(110)의 회전을 제어한다.
퍼스널 모빌리티(100)는 틸팅 각도가 0도가 될 때까지 S710 단계 내지 S740 단계를 계속적으로 수행할 수 있다. 즉, 틸팅 각도가 0도가 될 때까지 연속적으로 틸팅 방향, 틸팅 각도 및 현재 속도를 획득하고, 획득한 값에 따라 목표 속도를 산출하여 휠(110)의 회전을 제어할 수 있다. 따라서, 탑승자가 무게 중심을 중앙으로 유지하여 틸팅 각도가 0도가 되지 않는 이상 휠(110)을 계속적으로 회전시켜 퍼스널 모빌리티(100)가 계속적으로 이동할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 퍼스널 모빌리티(100)는 회전 감지 센서(180), 제어부(830), 모터 제어부(850), 모터(870) 및 엔코더(890)를 포함할 수 있다. 제어부(830) 및 모터 제어부(850)는 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있으며, 메모리(미도시)에 도시된 프로그램에 따라 동작할 수 있다. 제어부(830) 및 모터 제어부(850)는 도 2에 도시된 제어 장치(190)에 포함될 수 있다.
회전 감지 센서(180)는 탑승자의 자세 제어에 따른 탑승부(170)의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 측정하여 제어부(830)로 전송한다(①). 엔코더(890)는 적어도 하나의 휠(110) 각각의 현재 각속도를 측정하여 모터 제어부(850)를 통해 제어부(830)로 전송한다(②, ③). 구현예에 따라서는, 엔코더(890)가 모터 제어부(850)를 통하지 않고 직접 현재 각속도를 제어부(830)로 전송할 수도 있다. 각속도-속도 변환부(832)는 모터 제어부(850)로부터 전달되는 현재 각속도로부터 퍼스널 모빌리티(100)의 현재 속도를 측정한다. 즉, 각속도-속도 변환부(832)는 현재 각속도로부터 퍼스널 모빌리티(100)의 현재 속력 및 이동 방향을 측정할 수 있다.
제어부(830)는 틸팅 방향, 틸팅 각도 및 현재 속도에 따라 퍼스널 모빌리티(100)의 목표 속도를 산출한다. 구체적으로, 제어부(830)는 하기의 수학식 1에 따라 목표 속도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서
Figure pat00002
는 목표 속도,
Figure pat00003
는 현재 속도,
Figure pat00004
는 현재 속도로부터 도출되는 퍼스널 모빌리티(100)의 현재 위치,
Figure pat00005
는 틸팅 각도,
Figure pat00006
는 틸팅 각도로부터 산출되는 틸팅 각속도, Kx1, Kx2, Kx3, Kx4는 기 설정되는 상수를 나타낸다.
상기 수학식 1을 살펴보면, 초기에 현재 속도 및 현재 위치가 0인 경우(예를 들어, 퍼스널 모빌리티(100)가 정지하고 있었던 경우), 틸팅 각도 및 틸팅 각속도에 따라 틸팅 각도를 0도로 제어하기 위한 목표 속도가 산출되고, 산출된 목표 속도에 따라 갱신되는 현재 속도, 현재 위치, 틸팅 각도 및 틸팅 각속도로부터 계속적으로 목표 속도가 갱신됨으로써 퍼스널 모빌리티(100)가 이동할 수 있게 된다.
각속도-속도 변환부(832)는 산출된 목표 속도를 목표 각속도로 변환하여 모터 제어부(850)로 전달한다(④). 모터 제어부(850)는 목표 각속도에 따라 적어도 하나의 휠(110) 각각에 연결된 모터(870)의 토크를 제어한다(⑤). 모터(870)의 토크가 제어됨에 따라 각각의 휠(110)은 회전하게 되고(⑥) 그에 따라 퍼스널 모빌리티(100)가 이동할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼스널 모빌리티(100)의 제어 방법을 상세하게 설명하기 위한 도면으로서, 적어도 하나의 휠(110)이 4개의 메카넘 휠(110)을 포함하는 경우를 도시하고 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제어부(830)는 제 1 목표 속도 산출부(834), 제 2 목표 속도 산출부(836) 및 각속도-속도 변환부(832)를 포함하고, 4개의 메카넘 휠(110a, 110b, 110c, 110d)에 연결된 제 1 모터(870a) 내지 제 4 모터(870d) 각각에는 제 1 모터 제어부(850a), 제 2 모터 제어부(850b), 제 3 모터 제어부(850c) 및 제 4 모터 제어부(850d)가 연결될 수 있다. 도 9는 모터 제어부(850a, 850b, 850c, 850d)를 4개의 블록으로 도시하고 있는데, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 하나의 모터 제어부가 4개의 모터(870a, 870b, 870c, 870d) 각각을 독립적으로 제어할 수도 있음은 자명하다.
회전 감지 센서(180)는 탑승부(170)의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 측정하여 제어부(830)로 전달한다. 구체적으로, 회전 감지 센서(180)는 탑승부(170)의 제 1 방향(예를 들어, y축을 기준으로 한 회전 방향)으로의 제 1 틸팅 각도(θ)를 제 1 목표 속도 산출부(834)로 전달하고, 탑승부(170)의 제 2 방향(예를 들어, x축을 기준으로 한 회전 방향)으로의 제 2 틸팅 각도(Φ)를 제 2 목표 속도 산출부(836)로 전달한다.
또한, 제 1 모터 제어부(850a), 제 2 모터 제어부(850b), 제 3 모터 제어부(850c) 및 제 4 모터 제어부(850d) 각각은 제 1 휠(110a), 제 2 휠(110b), 제 3 휠(110c) 및 제 4 휠(110d) 각각의 현재 각속도(w1, w2, w3, w4)를 각속도-속도 변환부(832)로 전달한다. 현재 각속도 각각은 제 1 휠(110a), 제 2 휠(110b), 제 3 휠(110c) 및 제 4 휠(110d)에 연결된 엔코더에 의해 측정될 수 있다.
각속도-속도 변환부(832)는 제 1 현재 각속도(w1), 제 2 현재 각속도(w2), 제 3 현재 각속도(w3) 및 제 4 현재 각속도(w4)에 기초하여 퍼스널 모빌리티(100)의 제 1 방향(예를 들어, x축 방향)의 제 1 현재 속도(
Figure pat00007
)와 제 2 방향(예를 들어, y축 방향)의 제 2 현재 속도(
Figure pat00008
)를 산출한다. 각속도-속도 변환부(832)는 제 1 현재 속도(
Figure pat00009
)를 제 1 목표 속도 산출부(834)로 전달하고, 제 2 현재 속도(
Figure pat00010
)를 제 2 목표 속도 산출부(836)로 전달한다. 메카넘 휠에 포함된 각 휠(110a, 110b, 110c, 110d)의 각속도에 따라 모빌리티의 속도를 산출하는 방법은 Pakpoom Viboonchaicheep 등의 연구인 'Position Rectification Control for Mecanum Wheeled Omni-directional Vehicles'를 참조할 수 있다.
제 1 목표 속도 산출부(834)는 제 1 틸팅 각도(θ) 및 제 1 현재 속도(
Figure pat00011
)에 따라 제 1 방향(예를 들어, x축 방향)으로의 제 1 목표 속도(
Figure pat00012
)를 산출하고, 제 2 목표 속도 산출부(836)는 제 2 틸팅 각도(Φ) 및 제 2 현재 속도(
Figure pat00013
)에 따라 제 2 방향(예를 들어, y축 방향)으로의 제 2 목표 속도(
Figure pat00014
)를 산출한다. 제 1 목표 속도(
Figure pat00015
)와 제 2 목표 속도(
Figure pat00016
)는 상기 수학식 1에 따라 산출될 수 있다.
제 1 목표 속도(
Figure pat00017
)와 제 2 목표 속도(
Figure pat00018
)는 각속도-속도 변환부(832)로 전달되고, 각속도-속도 변환부(832)는 제 1 목표 속도(
Figure pat00019
)와 제 2 목표 속도(
Figure pat00020
)에 기초하여 제 1 목표 각속도(W1_goal), 제 2 목표 각속도(W2_goal), 제 3 목표 각속도(W3_goal) 및 제 4 목표 각속도(W4_goal)를 산출한다.
제 1 목표 각속도(W1_goal)는 제 1 모터 제어부(850a)로 전달되고, 제 2 목표 각속도(W2_goal)는 제 2 모터 제어부(850b)로 전달되고, 제 3 목표 각속도(W3_goal)는 제 3 모터 제어부(850c)로 전달되고, 제 4 목표 각속도(W4_goal)는 제 4 모터 제어부(850d)로 전달된다.
제 1 모터 제어부(850a)는 제 1 목표 각속도(W1_goal)에 따라 제 1 모터(870a)의 토크를 제어하고, 제 2 모터 제어부(850b)는 제 2 목표 각속도(W2_goal)에 따라 제 2 모터(870b)의 토크를 제어하고, 제 3 모터 제어부(850c)는 제 3 목표 각속도(W3_goal)에 따라 제 3 모터(870c)의 토크를 제어하고, 제 4 모터 제어부(850d)는 제 4 목표 각속도(W4_goal)에 따라 제 4 모터(870d)의 토크를 제어한다.
제 1 휠(110a), 제 2 휠(110b), 제 3 휠(110c) 및 제 4 휠(110d) 각각은 모터(870a, 870b, 870c, 870d)들의 독립적인 제어에 따라 회전하게 되고, 퍼스널 모빌리티(100)는 이동하게 된다. 퍼스널 모빌리티(100)는 탑승자가 전후 방향으로 무게 중심을 이동시키거나, 좌우 방향으로 무게 중심을 이동시키거나 또는 사선 방향으로 무게 중심을 이동시키더라도 그에 따라 전후 이동, 좌우 이동 또는 사선 이동을 할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 작성된 프로그램은 매체에 저장될 수 있다.
상기 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 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 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 퍼스널 모빌리티 110: 휠
130: 프레임 150: 서스펜션부
151: 제 1 판 부재 152: 제 2 판 부재
153: 연결 부재 154: 스프링
155: 볼 156: 개스킷
157: 리니어 부시 170: 탑승부
180: 회전 감지 센서 190: 제어 장치
830: 제어부 832: 각속도-속도 변환부
834: 제 1 목표 속도 산출부 836: 제 2 목표 속도 산출부
850: 모터 제어부 870: 모터
890: 엔코더

Claims (16)

  1. 지면에 접촉하여 회전을 하는 적어도 하나의 휠;
    상기 적어도 하나의 휠 각각을 연결하는 프레임상에 설치되는 서스펜션부; 및
    상기 서스펜션부의 상부에 위치하여 탑승자를 지지하며, 상기 탑승자의 자세 제어에 따라 틸팅되는 탑승부를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 휠은,
    4개의 메카넘 휠(mecanum wheel)을 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션부는,
    상기 탑승부와 고정 결합되는 제 1 판 부재;
    상기 제 1 판 부재의 틸팅이 가능하도록 상기 제 1 판 부재에 결합되는 연결 부재; 및
    상기 제 1 판 부재의 하부에서 상기 연결 부재와 결합되는 제 2 판 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서스펜션부는,
    상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 판 부재 사이에서 상기 제 1 판 부재와 상기 제 2 부재 각각에 결합되는 적어도 하나의 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 서스펜션부는,
    상기 제 2 판 부재에 형성된 홀에 삽입되는 리니어 부시(linear bush)를 더 포함하며,
    상기 연결 부재는 상기 리니어 부재의 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 연결 부재와 상기 제 1 판 부재는,
    볼 조인트(ball joint)를 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 퍼스널 모빌리티는,
    상기 탑승부의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 측정하는 회전 감지 센서; 및
    상기 회전 감지 센서의 측정 결과에 따라 상기 적어도 하나의 휠의 회전을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 회전 감지 센서에 의해 측정된 틸팅 방향 및 틸팅 각도에 기초하여 상기 퍼스널 모빌리티의 목표 속도를 산출하고, 상기 산출된 목표 속도에 따라 상기 적어도 하나의 휠의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 퍼스널 모빌리티의 현재 속도를 더 고려하여 상기 목표 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 적어도 하나의 휠에 연결된 엔코더에 의해 측정된 현재 각속도에 기초하여 상기 퍼스널 모빌리티의 현재 속도를 산출하는 각속도-속도 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기의 수학식 1에 따라 상기 목표 속도를 산출하되,
    [수학식 1]
    Figure pat00021


    상기 수학식 1에서
    Figure pat00022
    는 목표 속도,
    Figure pat00023
    는 현재 속도,
    Figure pat00024
    는 현재 속도로부터 도출되는 현재 위치,
    Figure pat00025
    는 틸팅 각도,
    Figure pat00026
    는 틸팅 각도로부터 산출되는 틸팅 각속도, Kx1, Kx2, Kx3, Kx4는 기 설정되는 상수인 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 틸팅 각도가 0도가 되도록 하는 상기 목표 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 휠은 4개의 메카넘 휠을 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 탑승부의 틸팅 방향 및 틸팅 각도에 따라 상기 4개의 메카넘 휠 각각의 회전을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제 1 틸팅 방향에 해당하는 제 1 틸팅 각도 및 제 2 틸팅 방향에 해당하는 제 2 틸팅 각도를 획득하고,
    상기 4개의 메카넘 휠에 연결된 엔코더에 의해 측정된 현재 각속도들로부터 산출되는 상기 퍼스널 모빌리티의 현재 속도, 상기 제 1 틸팅 각도 및 제 2 틸팅 각도에 기초하여 제 1 방향으로의 제 1 목표 속도 및 제 2 방향으로의 제 2 목표 속도를 산출하고,
    상기 제 1 목표 속도 및 제 2 목표 속도에 기초하여 도출되는 상기 4개의 메카넘 휠 각각의 목표 각속도에 따라 상기 4개의 메카넘 휠 각각의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 퍼스널 모빌리티.
  15. 퍼스널 모빌리티의 이동 제어 방법에 있어서,
    탑승자의 자세 제어에 따른 탑승부의 틸팅 방향 및 틸팅 각도를 획득하고, 상기 퍼스널 모빌리티의 현재 속도를 획득하는 단계; 및
    상기 틸팅 방향, 틸팅 각도 및 상기 현재 속도에 기초하여 산출되는 목표 속도에 따라 적어도 하나의 휠의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 제어 방법.
  16. 하드웨어와 결합하여 제15항의 이동 제어 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 프로그램.
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