KR20220006323A - 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법 - Google Patents

이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법 Download PDF

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Abstract

2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법은 조이스틱의 입력 값을 원점을 중심으로 하는 원형영역으로 맵핑하는 단계와, 원형영역으로 맵핑된 입력 값을 차동형 이동로봇의 제어 가능 입력영역인 마름모영역 내에 포함되도록 스케일링하되, 원형영역의 상부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제1 삼각형 형태로 스케일링하고, 원형영역의 하부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제2 삼각형 형태 - 제1 삼각형 형태와 원점을 중심으로 대칭됨 - 로 스케일링하면서 원점을 중심으로 좌우전환시키는 것을 특징으로 한다.

Description

이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법{Joystick mapping methode for intuitive and stable operation of mobile robot}
본 발명은 이동로봇 제어기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법에 관한 것이다.
운용자가 조이스틱을 이용하여 로봇을 구동할 경우 운용자가 기대하는 로봇의 이동 방향은 조이스틱이 향하는 방향이다. 예를 들어 조이스틱의 조종 방향을 크게 상,하,좌,우로 구분할 경우 조이스틱을 상-좌로 조종할 경우 운용자는 로봇이 전진하면서 왼쪽으로 이동하기를 기대한다.
하지만 기존의 조이스틱 기반 차동 구동형 이동로봇 운용에서는 조이스틱의 x축(상(+),하(-)), y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v), 각속도(w)로 맵핑하여 사용하였다. 이 경우 조이스틱을 상-좌, 상-우 방향으로 조종할 경우 로봇이 운용자가 기대하는 방향으로 이동한다.
하지만 하-좌, 하-우로 조종할 경우 로봇은 운용자가 기대하는 방향과 반대로 회전하게 된다. 예를 들어 하-좌 방향으로 조종할 경우 x축이 음수, y축이 양수가 되므로 후진하면서 반시계방향으로 회전하게 되므로 후진하면서 오른쪽으로 이동하게 된다. 이를 보완하는 기존의 가장 간단한 방식은 x축의 부호에 따라 y축의 부호를 바꾸는 방식이다. 하지만, 이경우 조이스틱의 좌표가 y축 근처에 위치할 경우 미세한 움직임으로 인해 각속도가 매우 크게 바뀌게 되어 오실레이션 하는 현상이 발생한다.
애커먼 조향 이동로봇의 경우는 선속도(v)와 조향각(theta)을 독립적인 입력으로 하여 이동하며, 이 경우 조이스틱의 좌, 우를 조향각의 반시계방향, 시계방향으로 맵핑할 수 있다. 이 경우 전진, 후진에서도 운용자의 직관과 동일하게 움직인다. 하지만, 선속도가 높은 상태에서 큰 조향각을 인가할 경우(즉, 조이스틱을 위쪽으로 향하다가 대각선 방향으로 향하게 할 경우) 원심력에 의해 로봇이 전복될 위험이 있다. 따라서 단순히 조이스틱의 좌, 우를 조향각의 각도로 맵핑하는 방식은 이동로봇 운용이 안정적이지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 운용자가 조이스틱을 이용하여 안정적이고 직관적으로 차동 구동형 이동로봇 및 애커먼 조향 이동로봇을 운용할 수 있는 맵핑 알고리즘을 제안한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서, 조이스틱의 입력 값을 원점을 중심으로 하는 원형영역으로 맵핑하는 단계와, 원형영역으로 맵핑된 입력 값을 차동형 이동로봇의 제어 가능 입력영역인 마름모영역 내에 포함되도록 스케일링하되, 원형영역의 상부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제1 삼각형 형태로 스케일링하고, 원형영역의 하부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제2 삼각형 형태 - 제1 삼각형 형태와 원점을 중심으로 대칭됨 - 로 스케일링하면서 원점을 중심으로 좌우전환시키는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서 조이스틱의 입력 값이 원점(0,0)에 위치한 제1 상태, 제1 상태에서 x축의 값이 0이 아닌 경우를 제2 상태, 제1 상태에서 x축의 값이 0이면서 y축의 값이 0이 아닌 경우를 제3 상태로 정의함에 있어서, 제3 상태는 선속도(v)가 0으로 고정되고 각속도(w)는 y축의 값에 비례하고, 제1 상태에서 제2 상태 또는 제3 상태로 이동 가능하되, 제2 상태와 제3 상태는 서로 직접적인 이동이 불가능하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 2축 조이스틱의 x축 및 y축을 각각 선속도(v) 및 조향각(theta)으로 각각 독립적 맵핑하여 운용되는 애커먼 조향 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법은, 조이스틱의 물리적인 꺾임의 각도를 가상적으로 조절함에 있어서, 조향각(theta)이 커질 경우 선속도를 줄이도록 설정하되, 최대속도가 상대적으로 느린 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/6으로 설정하고, 최대속도가 상대적으로 빠른 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/3으로 설정하여 고속에서 급회전이 일어나지 않도록 방지하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법이 제공된다.
본 발명에서 제안하는 방식은 운용자가 조이스틱을 이용하여 안정적이고 직관적으로 차동 구동형 이동로봇 및 애커먼 조향 이동로봇을 운용할 수 있는 맵핑 알고리즘을 제안한다. 이를 통하여 운용자가 직관적으로 로봇을 운용할 수 있을 뿐만 아니라 조이스틱 좌표값의 변화에 따른 급격한 속도변화가 없으므로 안정적인 운용이 가능하다.
도 1은 일반적인 조이스틱의 입력값 영역을 나타낸 도면
도 2는 도 1을 원형영역으로 맵핑한 도면
도 3은 제안하는 선속도-각속도 맵핑 영역의 도면
도 4는 조이스틱 영역과 선속도의 도면
도 5는 조이스틱 영역과 각속도의 도면
도 6은 상태변이를 나타낸 도면
도 7은 조이스틱 좌표계를 나타낸 도면
도 8 및 도 9는
Figure pat00001
변화에 대한 (v,w) 영역에서의 그래프
도 10은 일반적인 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면
도 11은 도 10의 입력에 대한 (v,w)의 도면
도 12는 pi/6에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면
도 13은 도 12의 입력에 대한 (v,w)의 도면
도 14는 pi/4에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면
도 15는 도 14의 입력에 대한 (v,w)의 도면
도 16은 pi/3에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면
도 17은 도 16의 입력에 대한 (v,w)의 도면
도 18은 ζ의 변화에 따른 (v, w) 영역에서의 그래프
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 조이스틱의 입력값 영역을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1을 원형영역으로 맵핑한 도면이고, 도 3은 제안하는 선속도-각속도 맵핑 영역의 도면이고, 도 4는 조이스틱 영역과 선속도의 도면이고, 도 5는 조이스틱 영역과 각속도의 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 차동 구동형 이동로봇의 운용을 위한 일반적인 조이스틱은 도 1과 같이 정사각형의 영역의 하나의 좌표값으로 맵핑된다(왼쪽이 +y, 오른쪽이 -y).
로봇 운용을 위한 조이스틱 송신기 시스템은 마이크로컨트롤러 보드, 조이스틱 및 배터리로 구성되며, 마이크로컨트롤러 보드에서 조이스틱 입력값을 변환하고 처리한다.
본 발명에서는 이를 도 2와 같이 원형으로 맵핑 후 제안하는 알고리즘을 이용하여 도 3과 같이 선속도(v), 각속도(w)로 최종 맵핑(왼쪽이 +y, 오른쪽이 -y)한다.
도 1과 도 3에서 확인할 수 있듯이 조이스틱을 하-좌(도 1의 녹색 영역)로 이동할 경우 선속도와 각속도가 모두 음수(도 3의 녹색영역)가 되어 후진하면서 좌회전을 하게된다.
또한, 도 3과 같이 조이스틱의 좌표가 y축 근처에 있더라도 각속도가 0이므로 x축의 미세한 변위에도 급격한 각속도의 오실레이션이 없다.
도 4는 조이스틱의 좌표값(x,y축)에 대한 선속도(z축)의 그래프이며, 도 5는 각속도(z축)의 그래프이다. 이에서 확인할 수 있듯이 조이스틱의 어느 영역에서 선속도와 각속도의 급격한 변화가 없음을 확인할 수 있다.
도 6은 상태변이를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제안하는 맵핑방법으로는 제자리 회전이 불가능하다. 따라서 제자리 회전을 수행하기 위해 도 6과 같이 조이스틱 맵핑 시 3개의 상태를 정의한다.
상태 1은 조이스틱이 (0,0)의 좌표에 위치한 경우이며 상태 1에서 상태 2 또는 상태 3으로 이동이 가능하다.
상태 2는 상태 1에서 조이스틱의 x축 값이 0이 아닌 경우이며 이 경우 도 3과 같은 맵핑을 수행한다.
상태 3은 상태 1에서 조이스틱의 x 축의 값이 0이면서 y축의 값이 0이 아닌 경우이며, 이경우 선속도는 0으로 고정되고 각속도는 y축의 값에 비례한다. 따라서 제자리 회전이 가능하다.
상태 2와 상태 3간에 서로 직접적인 이동이 불가능하게 함으로써 안정적으로 직관적 운용 및 제자리 회전이 가능하다.
상술한 바와 같이, 2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서, 조이스틱의 입력 값을 원점을 중심으로 하는 원형영역으로 맵핑하는 단계와, 원형영역으로 맵핑된 입력 값을 차동형 이동로봇의 제어 가능 입력영역인 마름모영역 내에 포함되도록 스케일링하되, 원형영역의 상부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제1 삼각형 형태로 스케일링하고, 원형영역의 하부 반원영역은 마름모 영역 내에 포함되는 제2 삼각형 형태 - 제1 삼각형 형태와 원점을 중심으로 대칭됨 - 로 스케일링하면서 원점을 중심으로 좌우전환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 조이스틱의 입력 값이 원점(0,0)에 위치한 제1 상태, 제1 상태에서 x축의 값이 0이 아닌 경우를 제2 상태, 제1 상태에서 x축의 값이 0이면서 y축의 값이 0이 아닌 경우를 제3 상태로 정의함에 있어서, 제3 상태는 선속도(v)가 0으로 고정되고 각속도(w)는 y축의 값에 비례하고, 제1 상태에서 제2 상태 또는 제3 상태로 이동 가능하되, 제2 상태와 제3 상태는 서로 직접적인 이동이 불가능하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
도 7은 조이스틱 좌표계를 나타낸 도면이고, 도 8 및 도 9는
Figure pat00002
변화에 대한 (v,w) 영역에서의 그래프이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법은 다음과 같이 진행된다.
도 7과 같은 조이스틱 좌표계를 가정하고, x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))의 조이스틱의 입력 값의 범위를 각각 -1 ~ 1 사이로 변환하는 제1 단계가 수행된다.
다음으로, 제1 단계의 조이스틱 좌표계는 정사각형의 영역을 가지며, <수학식 1>을 사용하여 원형영역으로 변환하는 제2 단계가 수행된다.
<수학식 1>
Figure pat00003
Figure pat00004
다음으로, 제2 단계의 처리결과를 <수학식 2>를 사용하여 극좌표로 변환하는 제3 단계가 수행된다.
<수학식 2>
Figure pat00005
다음으로, 제3 단계의 처리결과를 <수학식 3>을 사용하여 로봇의 선속도(v) 및 각속도(w)를 구하는 제4 단계가 수행된다.
<수학식 3>
Figure pat00006
제4 단계에서, s(θ)는 선속도(v)와 각속도(w) 간의 비중을 조절해주는 역할을 하며, θ가 작을수록 선속도의 비중을 높이고 클수록 각속도의 비중을 높여준다.
도 8의 그래프는
Figure pat00007
의 변화에 따른 (v, w) 영역에서의 그래프를 보여준다. 그래프에서 마름모는 로봇의 최대 (v, w) 경계를 나타내며, 마름모 내에 존재하는 좌표값에 한하여 로봇이 구동 가능하다. 그래프에서 알 수 있듯이
Figure pat00008
이 0.25일 경우 조이스틱 경계에서 부드러운 속도명령이 생성됨을 확인할 수 있다. 하지만 이 경우 마름모 내에서 차지하는 영역이
Figure pat00009
= 0인 경우 보다 작다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 α를 튜닝할 수 있다.
도 9의 그래프는
Figure pat00010
이 0.25일 때 α를 1.0, 1.15, 1.3으로 변경할 경우의 그래프를 보여준다. 그래프가 마름모 영역 내에 존재하면서 마름모에 근접할수록 로봇이 구동될 수 있는 영역이 커지므로 로봇에게 제공될 수 있는 구동명령이 다양해지게 된다. 그래프에서와 같이 α가 1.15일 경우 마름모 내에 위치하면서 가장 근접한 형태를 보임을 확인할 수 있다. 이와 같이
Figure pat00011
의 설정에 따라 α를 튜닝하여 마름모 내에 위치하면서 가장 근접한 형태를 가지도록 할 수 있다.
도 10은 일반적인 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 입력에 대한 (v,w)의 도면이고, 도 12는 pi/6에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 입력에 대한 (v,w)의 도면이고, 도 14는 pi/4에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면이고, 도 15는 도 14의 입력에 대한 (v,w)의 도면이고, 도 16은 pi/3에서 (v, theta) 입력값 영역을 나타낸 도면이고, 도 17은 도 16의 입력에 대한 (v,w)의 도면이다.
도 10 내지 도 17을 참조하면, 에커먼 조향 이동로봇의 경우 도 10과 같이 조이스틱의 x축(세로축)을 로봇의 선속도(v), y축(가로축)을 조향각(theta)로 맵핑할 수 있다. 이와 같이 맵핑할 경우 도 8과 같이 x축에 선속도(v), y축에 각속도(w)를 가지는 그래프가 나온다.
도 11에서 알 수 있듯이 로봇이 최대 선속도에서 최대 조향각을 가질 경우 최대 선속도와 최대 각속도를 동시에 가지게 되므로 원심력에 의해 전복의 위험이 있다.
본 발명에서 제안하는 조이스틱 (v, theta) 맵핑 방법은 조이스틱의 물리적인 꺾임의 각도를 가상적으로 조절하여 도 10의 형태를 변형시킴으로써 로봇의 조향각이 커질 경우 선속도를 줄일 수 있도록 한다.
도 12, 14, 17은 각각 조이스틱의 최대 꺾임이 pi/6, pi/4, pi/3으로 가상적으로 변경할 경우의 조이스틱 스틱의 끝점의 위치를 2차원 평면으로 나타낸 그래프이며, 도 13, 15, 17은 각(v,theta) 입력에 대한 (v,w)의 결과를 보여준다.
이와 같이 최대 꺾임의 각도가 커질수록 최대 선속도에서 조이스틱을 좌, 우로 조종할 경우 속도와 조향이 모두 줄어든다. 예를 들어 도 16과 같이 조이스틱 최대 꺾임이 pi/3인 경우 최대 선속도 상태에서는 조이스틱을 좌, 우로 최대로 꺾더라도 작은 조향명령과 선속도가 줄어드는 명령을 생성함을 확인할 수 있다. 이러한 최대 꺾임 각도는 운용하는 이동로봇의 선속도와 최대 조향각도에 따라 튜닝이 가능하다.
예를 들어 최대속도가 낮은 편인 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/6 정도 설정할 수 있으며, 최대 속도가 매우 높은 편인 이동로봇의 경우는 고속에서 급회전시 전복의 위험성이 크므로 최대 조이스틱 꺾임을 pi/3 정도로 설정하여 고속에서 급회전이 일어나지 않도록 함으로써 안전한 운용이 가능하다.
상술한 바와 같이 2축 조이스틱의 x축 및 y축을 각각 선속도(v) 및 조향각(theta)으로 각각 독립적 맵핑하여 운용되는 애커먼 조향 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법은, 조이스틱의 물리적인 꺾임의 각도를 가상적으로 조절함에 있어서, 조향각(theta)이 커질 경우 선속도를 줄이도록 설정하되, 최대속도가 상대적으로 느린 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/6으로 설정하고, 최대속도가 상대적으로 빠른 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/3으로 설정하여 고속에서 급회전이 일어나지 않도록 방지한다.
2축 조이스틱의 x축 및 y축을 각각 선속도(v) 및 조향각(theta)으로 각각 독립적 맵핑하여 운용되는 애커먼 조향 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법은 다음과 같이 진행된다.
우선, 도 7과 같은 조이스틱 좌표계를 가정하고, x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))의 조이스틱의 입력 값의 범위를 각각 -1 ~ 1 사이로 변환하는 제1 단계가 수행된다.
다음으로, <수학식 4>를 사용하여 조이스틱 좌표계의 값을 각도로 변환한 후 조이스틱의 끝점의 위치를 계산하는 제2 단계가 수행된다.
<수학식 4>
Figure pat00012
- 여기서 ζ는 튜닝 가능한 최대 각도로서 선속도가 높을 경우 각속도를 억제하기 위해 사용됨. -
다음으로, 제2 단계의 변환값과 <수학식 5>를 사용하여 로봇의 선속도(v) 및 각속도(w)를 구하는 제3 단계가 진행된다.
<수학식 5>
Figure pat00013
다음으로, ζ을 재설정하여 원심력에 의한 전복확률을 감소시키는 제4 단계가 진행된다.
도 18은 ζ의 변화에 따른 (v, w) 영역에서의 그래프이다.
도 18의 그래프는 ζ의 변화에 따른 (v, w) 영역에서의 그래프를 보여준다. 그래프에서 위, 아래의 삼각형 그래프는 로봇의 최대 (v, w) 경계를 나타내며, 해당 삼각형 내에 존재하는 좌표값에 한하여 로봇이 구동 가능하다. 그래프와 같이 ζ가 π/2에 가까울수록 선속도가 높을수록 각속도를 크게 줄여주는 효과가 있다. 따라서 로봇이 고속으로 움직일 경우 조이스틱을 좌, 우로 크게 움직이더라도 작은 각속도 명령이 생성되므로 원심력에 의한 전복확률을 낮출 수 있다.
본 발명은 운용자가 차동 구동형 이동로봇 및 애커먼 조향 이동로봇을 운용하선속도와 가속도는 모든 경우에 적용 가능하다. 예를 들어 스마트 팩토리에서 무인 운반차(Auto Guided Vehicle)를 운용자가 직접 운용하는 경우, 건설 현장에서 이동로봇을 이용하여 물건을 이동하는 경우, 실내 공간에서 지도 생성을 위해 Simultaneous Localization and Mapping(SLAM)을 하기 위해 운용자가 로봇을 조종하는 경우 등이 있다.
본 발명에서 제안하는 방식은 운용자가 조이스틱을 이용하여 안정적이고 직관적으로 차동 구동형 이동로봇 및 애커먼 조향 이동로봇을 운용할 수 있는 맵핑 알고리즘을 제안한다. 이를 통하여 운용자가 직관적으로 로봇을 운용할 수 있을 뿐만 아니라 조이스틱 좌표값의 변화에 따른 급격한 속도변화가 없으므로 안정적인 운용이 가능하다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서,
    상기 조이스틱의 입력 값을 원점을 중심으로 하는 원형영역으로 맵핑하는 단계; 및
    상기 원형영역으로 맵핑된 입력 값을 상기 차동형 이동로봇의 제어 가능 입력영역인 마름모영역 내에 포함되도록 스케일링하되, 상기 원형영역의 상부 반원영역은 상기 마름모 영역 내에 포함되는 제1 삼각형 형태로 스케일링하고,
    상기 원형영역의 하부 반원영역은 상기 마름모 영역 내에 포함되는 제2 삼각형 형태 - 상기 제1 삼각형 형태와 원점을 중심으로 대칭됨 - 로 스케일링하면서 원점을 중심으로 좌우전환시키는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조이스틱의 입력 값이 원점(0,0)에 위치한 제1 상태;
    상기 제1 상태에서 x축의 값이 0이 아닌 경우를 제2 상태; 및
    상기 제1 상태에서 x축의 값이 0이면서 y축의 값이 0이 아닌 경우를 제3 상태;로 정의함에 있어서,
    상기 제3 상태는 선속도(v)가 0으로 고정되고 각속도(w)는 y축의 값에 비례하고,
    상기 제1 상태에서 상기 제2 상태 또는 상기 제3 상태로 이동 가능하되, 상기 제2 상태와 상기 제3 상태는 서로 직접적인 이동이 불가능하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법.
  3. 2축 조이스틱의 x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))을 각각 선속도(v) 및 각속도(w)로 맵핑하여 운용되는 차동 구동형 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서,
    x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))의 조이스틱의 입력 값의 범위를 각각 -1 ~ 1 사이로 변환하는 제1 단계;
    상기 제1 단계의 조이스틱 좌표계는 정사각형의 영역을 가지며, <수학식 1>을 사용하여 원형영역으로 변환하는 제2 단계;
    <수학식 1>
    Figure pat00014

    Figure pat00015

    상기 제2 단계의 처리결과를 <수학식 2>를 사용하여 극좌표로 변환하는 제3 단계; 및
    <수학식 2>
    Figure pat00016


    상기 제3 단계의 처리결과를 <수학식 3>을 사용하여 로봇의 선속도(v) 및 각속도(w)를 구하는 제4 단계;
    <수학식 3>
    Figure pat00017

    를 포함하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법.
  4. 2축 조이스틱의 x축 및 y축을 각각 선속도(v) 및 조향각(theta)으로 각각 독립적 맵핑하여 운용되는 애커먼 조향 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서,
    상기 조이스틱의 물리적인 꺾임의 각도를 가상적으로 조절함에 있어서, 조향각(theta)이 커질 경우 선속도를 줄이도록 설정하되, 최대속도가 상대적으로 느린 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/6으로 설정하고, 최대속도가 상대적으로 빠른 이동로봇의 경우는 최대 조이스틱 꺾임이 pi/3으로 설정하여 고속에서 급회전이 일어나지 않도록 방지하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법.
  5. 2축 조이스틱의 x축 및 y축을 각각 선속도(v) 및 조향각(theta)으로 각각 독립적 맵핑하여 운용되는 애커먼 조향 이동로봇의 조이스틱 맵핑 방법에 있어서,
    x축(상(+),하(-)) 및 y축(좌(+),우(-))의 조이스틱의 입력 값의 범위를 각각 -1 ~ 1 사이로 변환하는 제1 단계;
    <수학식 4>를 사용하여 조이스틱 좌표계의 값을 각도로 변환한 후 조이스틱의 끝점의 위치를 계산하는 제2 단계;
    <수학식 4>
    Figure pat00018

    - 여기서 ζ는 튜닝 가능한 최대 각도로서 선속도가 높을 경우 각속도를 억제하기 위해 사용됨. -

    상기 제2 단계의 변환값과 <수학식 5>를 사용하여 로봇의 선속도(v) 및 각속도(w)를 구하는 제3 단계; 및
    <수학식 5>
    Figure pat00019

    ζ을 재설정하여 원심력에 의한 전복확률을 감소시키는 제4 단계;
    를 포함하는 이동로봇의 직관적이고 안정적인 운용을 위한 조이스틱 맵핑 방법.
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