KR20200097999A - Two-axis apparatus for controling position and driving method thereof - Google Patents

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KR20200097999A KR1020190015535A KR20190015535A KR20200097999A KR 20200097999 A KR20200097999 A KR 20200097999A KR 1020190015535 A KR1020190015535 A KR 1020190015535A KR 20190015535 A KR20190015535 A KR 20190015535A KR 20200097999 A KR20200097999 A KR 20200097999A
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정명진
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한국산업기술대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed are an apparatus for controlling a two-axis position and a driving method of the apparatus for controlling the two-axis position. The apparatus for controlling the two-axis position includes a plurality of gyroscopes and a control unit which controls each of the gyroscopes. Each of the gyroscopes includes: a disk rotated by a control of a first motor; a first motor for rotating the disk based on a first control signal received from the control unit; a second motor which rotates the disk based on a rotation axis orthogonal to a rotation axis of the disk; and a frame fixing the first motor and the second motor.

Description

2축 자세 제어용 장치 및 2축 자세 제어용 장치의 구동 방법{TWO-AXIS APPARATUS FOR CONTROLING POSITION AND DRIVING METHOD THEREOF}2-axis posture control device and 2-axis posture control device drive method {TWO-AXIS APPARATUS FOR CONTROLING POSITION AND DRIVING METHOD THEREOF}

아래 실시예들은 2축 자세 제어 장치 및 구동 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to a two-axis attitude control apparatus and a driving method.

초기에 생산라인 등에서 한 곳에 고정되어 반복 동작을 수행하는 로봇이 도입되어 사용되었으나 최근 기술이 발전함에 따라 이동하며 다양한 기능을 수행하는 모바일 로봇이 등장하고 있다. 모바일 로봇은 관람객을 안내하여 정보를 제공하는 안내 로봇, 장애물을 회피하며 이동하는 청소 로봇, 스마트공장 및 물류창고에서 제품을 운반하는 운송 로봇 등이 있다. 대부분의 모바일 로봇이 4개의 바퀴를 기반으로 이동 기능을 구현하고 있어 직선 주행엔 강하지만 방향 전환 및 제자리 회전에 있어 제한을 가지고 있다.Initially, a robot that is fixed in one place in a production line and performs repetitive motions was introduced and used, but as the recent technology advances, mobile robots that move and perform various functions have appeared. Mobile robots include guide robots that guide visitors and provide information, cleaning robots that move while avoiding obstacles, and transport robots that transport products in smart factories and distribution warehouses. Most mobile robots implement a movement function based on four wheels, so they are strong for straight driving, but have limitations in turning direction and rotating in place.

볼 로봇은 4개의 바퀴를 기반으로 하는 모바일 로봇에 비해 좁은 공간에서 방향전환 등이 자유로워 다양한 목적으로 사용될 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 4개의 바퀴를 기반으로 하는 모바일 로봇의 한계를 보완하기 위하여 볼 로봇이 사용되고 있다. 그러나, 볼 로봇은 지면과의 접촉점이 하나인 구조를 가지고 있어 주행제어에 추가로 균형제어가 요구된다.The ball robot has the advantage that it can be used for various purposes because it is free to change directions in a narrow space compared to a mobile robot based on four wheels. Therefore, a ball robot is used to compensate for the limitation of a mobile robot based on four wheels. However, since the ball robot has a structure in which the contact point with the ground is one, balance control is required in addition to the traveling control.

일 실시예에 따른 2축 자세 제어용 장치는, 복수의 자이로스코프들; 및 상기 자이로스코프들 각각을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자이로스코프들 각각은, 제1 모터의 제어에 의해 회전하는 원판; 상기 제어부로부터 수신한 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원판을 회전시키기 위한 상기 제1 모터; 상기 원판의 회전축과 직교하는 회전축을 기초로 상기 원판을 회전시키는 제2 모터; 및 상기 제1 모터 및 상기 제2모터를 고정시키는 프레임을 포함할 수 있다.An apparatus for controlling a 2-axis attitude according to an embodiment includes: a plurality of gyroscopes; And a control unit for controlling each of the gyroscopes, each of the gyroscopes comprising: a disk rotating under control of a first motor; The first motor for rotating the disk based on a first control signal received from the control unit; A second motor for rotating the disk based on a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the disk; And a frame fixing the first motor and the second motor.

상기 자이로스코프들에서 생성되는 회전력은, 상기 원판 및 상기 프레임의 회전 각속도, 상기 원판의 관성 질량 및 회전 각속도에 비례할 수 있다.The rotational force generated by the gyroscopes may be proportional to the rotational angular speed of the disk and the frame, and the inertial mass and rotational angular speed of the disk.

상기 2축 자세 제어용 장치를 구성하는 한 쌍의 자이로스코프들은, 상기 제2 모터의 회전 각속도의 절댓값은 동일하나, 부호가 반대가 되도록 구성되어 한 축 방향의 회전력을 생성시킬 수 있다.A pair of gyroscopes constituting the apparatus for controlling the 2-axis attitude may be configured such that the absolute value of the rotational angular speed of the second motor is the same, but the signs are opposite to generate rotational force in one axis direction.

상기 2축 자세 제어용 장치를 구성하는 자이로스코프들은, 두 쌍으로 구성되어, 상기 네 개의 자이로스코프들은 상기 2축 자세 제어용 장치의 중앙을 기준으로, 동일한 간격으로 배치될 수 있다.The gyroscopes constituting the two-axis posture control device are composed of two pairs, and the four gyroscopes may be disposed at equal intervals with respect to the center of the two-axis posture control device.

상기 2축 자세 제어용 장치는, 중앙에 다른 장치에 상기 2축 제어용 장치를 고정시키기 위한, 고정부가 있고, 상기 고정부를 통해 상기 다른 장치의 하단에 부착되고, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 구동하여 상기 다른 장치의 균형을 유지할 수 있다.The two-axis attitude control device has a fixing part for fixing the 2-axis control device to another device in the center, and is attached to the lower end of the other device through the fixing part, and the first motor and the second motor It is possible to maintain the balance of the other devices by driving.

일 실시예에 따르면, 2축 자세 제어 장치는 좁은 공간에서도 안정적으로 균형제어가 가능한 효과를 가짐으로써, 균형제어가 필요한 장치에 포함될 수 있다.According to an embodiment, the two-axis posture control device has an effect of stably performing balance control even in a narrow space, and thus may be included in a device requiring balance control.

일 실시예에 따르면, 복수 개의 자이로스코프가 포함된 2축 자세 제어 장치를 통해 볼 로봇, 드론 및 세그웨이와 같이 균형제어가 필요한 장치를 한 개 혹은 두 개의 자이로스코프를 활용하여 균형제어 기능을 수행할 때보다, 협소한 장소에서도 안정적이고 효과적으로 균형제어 기능을 수행할 수 있다.According to an embodiment, a device requiring balance control such as a ball robot, a drone, and a segway through a two-axis posture control device including a plurality of gyroscopes may perform a balance control function using one or two gyroscopes. More than ever, the balance control function can be performed stably and effectively even in a narrow place.

도 1은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치를 구성하는 자이로스코프를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 한 쌍으로 구성된 자이로스코프를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 두 쌍의 자이로스코프들로 구성된 2축 자세 제어 장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 단면을 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 고정부를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치가 부착된 볼 로봇을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing a configuration of a two-axis attitude control apparatus according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a gyroscope constituting a two-axis attitude control apparatus according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a pair of gyroscopes according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a two-axis posture control apparatus composed of two pairs of gyroscopes according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a cross section of a two-axis attitude control apparatus according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating a fixing part of a two-axis attitude control device according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram illustrating a ball robot to which a two-axis attitude control device is attached according to an exemplary embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing a configuration of a two-axis attitude control apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 2축 자세 제어용 장치(110)는 제어부(120)와 복수의 자이로스코프들(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus 110 for controlling a 2-axis posture may include a controller 120 and a plurality of gyroscopes 130.

일 실시예에 따르면, 제어부(120)는 2축 자세 제어용 장치(110)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 본 명세서에서 설명되는 2축 자세 제어용 장치(110)의 동작과 관련된 하나 이상의 동작을 수행할 수 있다.According to an embodiment, the controller 120 may control the overall operation of the apparatus 110 for 2-axis posture control. The controller 120 may perform one or more operations related to the operation of the apparatus 110 for controlling a 2-axis posture described herein.

예를 들어, 제어부(120)는 복수의 자이로스코프들(130)에 포함된 각각의 자이로스코프가 회전력을 생성할 수 있도록 자이로스코프의 모터들의 작동을 제어할 수 있다. 여기서 제어부(120)는 제어 신호를 통하여 자이로스코프에 포함된 모터들의 작동 방향 및 속도 등을 제어할 수 있다.For example, the controller 120 may control the operation of motors of the gyroscope so that each gyroscope included in the plurality of gyroscopes 130 can generate rotational force. Here, the controller 120 may control an operation direction and speed of motors included in the gyroscope through a control signal.

위 실시예에서, 복수의 자이로스코프들(130)을 구성하고 있는 각각의 자이로스코프는 각운동량 보존의 원리를 이용한 장치로서, 제1 모터, 원판, 제 2 모터, 프레임을 포함할 수 있다. 제 1 모터는 제어부(120)로부터 수신한 제 1 제어 신호에 기초하여 원판을 회전시킬 수 있다. 또한, 제 2 모터는 제 1 모터에 의해 생성된 원판의 회전축과 직교하는 회전축을 기준으로, 제어부(120)로부터 수신한 제2 제어 신호에 기초하여 원판을 회전시킬 수 있다. 프레임은 제 1 모터와 제 2 모터를 고정시킬 수 있다.In the above embodiment, each gyroscope constituting the plurality of gyroscopes 130 is a device using the principle of angular momentum conservation, and may include a first motor, a disk, a second motor, and a frame. The first motor may rotate the original plate based on the first control signal received from the controller 120. In addition, the second motor may rotate the disk based on a second control signal received from the controller 120 based on a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the disk generated by the first motor. The frame may fix the first motor and the second motor.

복수의 자이로스코프들(130)에서 생성되는 회전력(T)은 원판 및 프레임의 회전 각속도(

Figure pat00001
), 원판의 관성 질량(IZ) 및 회전 각속도(w)에 비례할 수 있다. 한 쌍의 자이로스코프에 의해 생성되는 회전력은 다음과 같은 수학식으로 표현될 수 있다.The rotational force (T) generated by the plurality of gyroscopes 130 is the rotational angular velocity (
Figure pat00001
), it can be proportional to the inertia mass (I Z ) of the disk and the rotational angular velocity (w). The rotational force generated by a pair of gyroscopes can be expressed by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, θ는 프레임의 회전 각도를 의미할 수 있다.Here, θ may mean the rotation angle of the frame.

또한, 2축 자세 제어용 장치(110)를 구성하는 자이로스코프들(130)은 4개의 자이로스코프들로 구성될 수 있다. 4개의 자이로스코프들은 2개씩 한 쌍을 이룰 수 있다. 한 쌍을 이루는 2개의 자이로스코프들은 한 축 방향의 회전력을 생성하여, 4개의 자이로스코프들은 두 축 방향의 회전력을 생성시킬 수 있다.In addition, the gyroscopes 130 constituting the apparatus 110 for 2-axis posture control may be composed of four gyroscopes. Four gyroscopes can form a pair of two. Two gyroscopes in a pair generate rotational force in one axis direction, and four gyroscopes can generate rotational force in two axis directions.

자이로스코프들(130)은 2축 자세 제어용 장치(110)의 중앙을 기준으로 앞, 뒤, 오른쪽 및 왼쪽에 배치될 수 있다. 자이로스코프들(130)은 일정한 간격으로 배치되어 2축 자세 제어용 장치(110)가 효과적으로 균형제어를 할 수 있도록 작동될 수 있다.The gyroscopes 130 may be disposed on the front, rear, right and left sides of the center of the device 110 for controlling a 2-axis posture. The gyroscopes 130 may be arranged at regular intervals so that the two-axis posture control device 110 can be operated to effectively perform balance control.

2축 자세 제어용 장치(110)는 다른 장치에 2축 자세 제어용 장치(110)를 고정시킬 수 있는 고정부를 포함할 수 있다. 2축 자세 제어용 장치(110)는 중앙에 위치한 고정부를 통해 다른 장치의 하단에 부착될 수 있다. 다른 장치의 하단에 부착된 2축 자세 제어용 장치(110)의 제어부(120)는 자이로스코프들(130)에 포함된 모터들에 제어 신호를 전송하여 다른 장치의 균형을 유지할 수 있도록 2축 자세 제어용 장치(110)를 제어할 수 있다.The two-axis posture control device 110 may include a fixing unit capable of fixing the two-axis posture control device 110 to another device. The two-axis posture control device 110 may be attached to a lower end of another device through a centrally located fixing part. The control unit 120 of the 2-axis posture control device 110 attached to the bottom of the other device transmits a control signal to the motors included in the gyroscopes 130 to maintain the balance of the other devices. The device 110 can be controlled.

이하에서는, 도면들을 참조하여 2축 자세 제어용 장치를 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for controlling a 2-axis attitude will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치를 구성하는 자이로스코프를 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating a gyroscope constituting a two-axis attitude control apparatus according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 2축 자세 제어 장치를 구성하는 자이로스코프(200)는 원판(210), 제 1 모터(220), 제 1 프레임(230), 제 2 모터(240) 및 제 2 프레임(250)을 포함할 수 있다. 원판(210)은 제1 모터(220)에 의해 회전될 수 있다. 원판(210)은 제 1 프레임(230)에 의해 고정될 수 있고, 제 1 프레임(230)은 제 2 모터(240)에 의해 회전될 수 있다. 제 2 프레임(250)은 제 2 모터(240)를 고정시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, the gyroscope 200 constituting the two-axis attitude control device includes a disk 210, a first motor 220, a first frame 230, a second motor 240, and a second frame ( 250). The disk 210 may be rotated by the first motor 220. The disk 210 may be fixed by the first frame 230, and the first frame 230 may be rotated by the second motor 240. The second frame 250 may fix the second motor 240.

일 실시예에 따르면, 원판(210)은 제 1 모터(220)에 의해 z축을 기준으로 w 각속도로 회전될 수 있고, 제1 프레임(230)은 제 2 모터(240)에 의해 y축을 기준으로

Figure pat00003
각속도로 회전될 수 있다. 여기서, 제 1 프레임 및 제 2 프레임의 회전 각도 θ에 의하여, 자이로스코프(200)의 회전력 T에는 회전축 x 성분 외에도, 회전축 z성분이 존재할 수 있다. 회전축 z성분을 제거하기 위하여 자이로스코프(200) 두 개가 한 쌍을 이룰 수 있다.According to an embodiment, the disk 210 may be rotated at an angular velocity w with respect to the z-axis by the first motor 220, and the first frame 230 is rotated with respect to the y-axis by the second motor 240
Figure pat00003
It can be rotated at angular speed. Here, in addition to the rotation axis x component, the rotation axis z component may exist in the rotation force T of the gyroscope 200 by the rotation angle θ of the first frame and the second frame. Two gyroscopes 200 may form a pair in order to remove the rotation axis z component.

도 3은 일 실시예에 따른 한 쌍으로 구성된 자이로스코프를 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a pair of gyroscopes according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 제1 자이로스코프와 제2 자이로스코프는 한 쌍으로 구성될 수 있다. 한 쌍으로 구성된 자이로스코프들에 의해 생성되는 회전력은 다음과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 3, a first gyroscope and a second gyroscope may be configured as a pair. The rotational force generated by a pair of gyroscopes can be expressed as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

도 3에서 나타난 T1과 T2의 크기는 동일할 수 있다.The sizes of T 1 and T 2 shown in FIG. 3 may be the same.

일 실시예에 따르면, 한 쌍을 구성하고 있는 각각의 자이로스코프의 회전력은 회전축 x1성분과 더불어, 회전축 z1성분 및 z2성분이 생성될 수 있는데, 제2 모터 회전 각속도의 절댓값은 동일하나, 부호가 반대가 되도록 두 개의 자이로스코프를 한 쌍으로 구성함으로써 자이로스코프의 회전력 중 회전축 z1 성분 및 z2 성분이 제거될 수 있다.According to an embodiment, the rotational force of each gyroscope constituting a pair may generate a rotational axis x1 component, as well as a rotational axis z1 component and z2 component, and the absolute value of the rotational angular velocity of the second motor is the same, but the sign is By configuring the two gyroscopes to be opposite, the rotation axis z1 component and z2 component of the rotational force of the gyroscope can be removed.

도 4는 일 실시예에 따른 두 쌍의 자이로스코프들로 구성된 2축 자세 제어 장치를 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a two-axis posture control apparatus composed of two pairs of gyroscopes according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 두 쌍의 자이로스코프들(410)이 2축 자세 제어 장치의 중앙에 위치한 고정부(420)를 중심으로 같은 간격으로 사방에 배치될 수 있다. 하나의 2축 자세 제어 장치에 4개의 자이로스코프들(410)이 두 쌍을 이뤄 구성됨으로써, 2축 자세 제어 장치의 균형제어를 보다 효과적으로 작동할 수 있도록 할 수 있다.Referring to FIG. 4, two pairs of gyroscopes 410 may be disposed in all directions at equal intervals around the fixing part 420 located at the center of the 2-axis posture control device. Since two pairs of four gyroscopes 410 are formed in one two-axis posture control device, the balance control of the two-axis posture control device can be more effectively operated.

도 5는 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 단면을 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a cross section of a two-axis attitude control apparatus according to an exemplary embodiment.

도 5를 참조하면, 4개의 자이로스코프들(510)은 2축 자세 제어 장치의 고정부(520)를 중심으로 사방에 배치될 수 있다. 두 쌍의 자이로스코프들(510)은 각 쌍의 자이로스코프들을 통해 각 축 방향의 회전력들을 생성할 수 있다. 두 쌍의 자이로스코프들(510)을 통해 생성된 두 축 방향의 회전력은 독립적으로 제어될 수 있다. 2축 자세 제어 장치는 이를 통해 균형제어를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 5, four gyroscopes 510 may be disposed in all directions around the fixing part 520 of the two-axis posture control device. Two pairs of gyroscopes 510 may generate rotational forces in each axial direction through each pair of gyroscopes. The rotational force in the two axial directions generated through the two pairs of gyroscopes 510 may be independently controlled. The two-axis attitude control device can perform balance control through this.

일 실시예에서, 2축 자세 제어 장치는 고정부(520)를 통해 드론 및 볼 로봇 등에 부착되어 효율적으로 균형제어를 필요로 하는 장치들의 균형제어 기능을 수행할 수 있다.In one embodiment, the two-axis posture control device may be attached to a drone or a ball robot through the fixing unit 520 to efficiently perform a balance control function of devices requiring balance control.

도 6은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 고정부를 도시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating a fixing part of a two-axis attitude control device according to an exemplary embodiment.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치의 고정부는 2축 자세 제어 장치의 중앙에 위치할 수 있고, 사방에는 4개의 자이로스코프가 각각 배치될 수 있다. 고정부의 내부에는 배터리 및 구동 회로 등이 포함될 수 있다.Referring to FIG. 6, the fixing part of the 2-axis posture control device according to an embodiment may be located at the center of the 2-axis posture control device, and four gyroscopes may be disposed in all directions. A battery and a driving circuit may be included in the fixing part.

위 실시예에서, 2축 자세 제어 장치는 고정부를 통해 다른 장치의 하단에 부착될 수 있고, 다른 장치의 하단에 부착되어 균형제어 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 다른 장치는 세그웨이, 볼 로봇 및 드론 등 효율적인 균형제어 기능을 필요로 하는 장치가 될 수 있다.In the above embodiment, the two-axis attitude control device may be attached to the lower end of the other device through the fixing part, and may be attached to the lower end of the other device to perform a balance control function. Here, the other device may be a device that requires an efficient balance control function, such as a segway, a ball robot, and a drone.

도 7은 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치가 부착된 볼 로봇을 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a ball robot to which a two-axis attitude control device is attached according to an exemplary embodiment.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 2축 자세 제어 장치는 볼 로봇에 부착되어 볼 로봇의 균형제어 기능을 수행할 수 있다. 볼 로봇은 4개의 바퀴를 기반으로 한 장치에 비해서, 좁은 공간에서의 방향 전환이 용이한 반면, 지면과의 접촉점이 하나인 구조를 가지고 있어, 주행제어 외에 균형제어가 요구될 수 있다. 볼 로봇의 구성에 2축 자세 제어 장치가 포함됨으로써 균형제어 성능이 향상될 수 있다.Referring to FIG. 7, the apparatus for controlling a 2-axis posture according to an exemplary embodiment may be attached to a ball robot to perform a balance control function of the ball robot. Compared to a device based on four wheels, the ball robot is easy to change direction in a narrow space, but has a structure with a single point of contact with the ground, so balance control may be required in addition to running control. Balance control performance can be improved by including a two-axis attitude control device in the configuration of the ball robot.

위 실시예에서, 볼 로봇의 균형제어를 위해, 롤(roll) 방향과 피치(pitch) 방향의 회전력이 요구되고, 두 방향의 회전력의 조합으로 균형제어 기능이 수행된다. 여기서, 롤 방향은 볼 로봇의 이동 방향에 대해 평행한 수평면에 있는 축을 기준으로 회전하는 방향을 의미할 수 있다. 또한, 피치 방향은 볼 로봇의 이동 방향에 대해 수직인 수평면에 있는 축을 기준으로 한 회전 방향을 의미할 수 있다. 볼 로봇에 4개의 자이로스코프들로 구성된 2축 자세 제어 장치가 부착되어, 두 쌍의 자이로스코프가 두 방향의 회전력을 생성할 수 있다. 볼 로봇에 4개의 자이로스코프들이 대칭적으로 배치되어, 볼 로봇의 균형제어 성능이 향상될 수 있다. In the above embodiment, in order to control the balance of the ball robot, a rotational force in a roll direction and a pitch direction is required, and a balance control function is performed by a combination of the rotational force in the two directions. Here, the roll direction may mean a direction in which the ball robot rotates based on an axis in a horizontal plane parallel to the movement direction of the ball robot. In addition, the pitch direction may mean a rotation direction based on an axis in a horizontal plane perpendicular to the movement direction of the ball robot. A two-axis attitude control device consisting of four gyroscopes is attached to the ball robot, so that two pairs of gyroscopes can generate rotational forces in two directions. Since four gyroscopes are arranged symmetrically on the ball robot, the balance control performance of the ball robot can be improved.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims fall within the scope of the following claims.

Claims (5)

2축 자세 제어용 장치에 있어서,
복수의 자이로스코프들; 및
상기 자이로스코프들 각각을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 자이로스코프들 각각은,
제1 모터의 제어에 의해 회전하는 원판;
상기 제어부로부터 수신한 제1 제어 신호에 기초하여 상기 원판을 회전시키기 위한 상기 제1 모터;
상기 원판의 회전축과 직교하는 회전축을 기초로 상기 원판을 회전시키는 제2 모터; 및
상기 제1 모터 및 상기 제2모터를 고정시키는 프레임
을 포함하는,
2축 자세 제어용 장치.In the device for 2-axis attitude control,
A plurality of gyroscopes; And
Includes a control unit for controlling each of the gyroscopes,
Each of the gyroscopes,
A disk rotating under the control of a first motor;
The first motor for rotating the disk based on a first control signal received from the control unit;
A second motor for rotating the disk based on a rotation axis orthogonal to the rotation axis of the disk; And
Frame for fixing the first motor and the second motor
Containing,
Device for 2-axis attitude control. 제1항에 있어서,
상기 자이로스코프들에서 생성되는 회전력은,
상기 원판 및 상기 프레임의 회전 각속도, 상기 원판의 관성 질량 및 회전 각속도에 비례하는,
2축 자세 제어용 장치.The method of claim 1,
The rotational force generated by the gyroscopes,
In proportion to the rotational angular speed of the disk and the frame, the inertial mass and rotational angular speed of the disk,
Device for 2-axis attitude control. 제1항에 있어서,
상기 2축 자세 제어용 장치를 구성하는 한 쌍의 자이로스코프들은,
상기 제2 모터의 회전 각속도의 절댓값은 동일하나, 부호가 반대가 되도록 구성되어 한 축 방향의 회전력을 생성시키는,
2축 자세 제어용 장치.The method of claim 1,
A pair of gyroscopes constituting the apparatus for controlling the 2-axis attitude,
The absolute value of the rotational angular speed of the second motor is the same, but the sign is configured to be opposite to generate a rotational force in one axis direction,
Device for 2-axis attitude control. 제 3항에 있어서,
상기 2축 자세 제어용 장치를 구성하는 자이로스코프들은,
두 쌍으로 구성되어, 상기 네 개의 자이로스코프들은 상기 2축 자세 제어용 장치의 중앙을 기준으로, 동일한 간격으로 배치되는,
2축 자세 제어용 장치.The method of claim 3,
Gyroscopes constituting the apparatus for controlling the 2-axis attitude,
Consisting of two pairs, the four gyroscopes are arranged at equal intervals based on the center of the two-axis attitude control device,
Device for 2-axis attitude control. 제 1항에 있어서,
상기 2축 자세 제어용 장치는,
중앙에 다른 장치에 상기 2축 제어용 장치를 고정시키기 위한, 고정부가 있고,
상기 고정부를 통해 상기 다른 장치의 하단에 부착되고,
상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 구동하여 상기 다른 장치의 균형을 유지하는,
2축 자세 제어용 장치.The method of claim 1,
The two-axis attitude control device,
There is a fixing part for fixing the device for two-axis control to another device in the center,
Attached to the lower end of the other device through the fixing part,
Driving the first motor and the second motor to maintain the balance of the other device,
Device for 2-axis attitude control.
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