2륜자기균형이동차의 개발 및 외란 측정기를 이용한 강인제어

Abstract

자전거와 같은 이륜이동차의 경우 바퀴가 진행방향과 일치하여 놓여있다. 하지만 두 바퀴가 진행방향과 직각으로 되어 병렬로 위치하게 되면 이러한 이륜이동차는 불안정한 시스템이 된다. 이 경우 적절한 제어기가 있어야지만 균형을 잡고 서 있을 수 있다. 우리는 이와 같은 시스템은 흔히 역진자 시스템이라고 부른다. 적절한 위치명령을 통해 역진자를 세우면 역진자를 이륜자기균형이동차로 사용할 수 있다. 이러한 이륜자기균형이동차는 대표적으로 세그웨이를 들 수 있다. 하지만 세그웨이의 경우 매우 고가여서 많은 사람들이 쉽게 사용할 수 없는 실정이다. 그래서 누구나 쉽게 즐길 수 있는 자작 세그웨이, 즉 휴보웨이를 개발하였다. 세그웨이의 경우 주로 인간을 태우도록 설계되었다. 하지만 휴보웨이의 경우 인간과 휴보와 같은 휴머노이드 로봇을 태울 수 있다. 인간의 경우 휴보웨이 위해서 아무런 제어가 없는 상황에서도 어느 정도 균형을 잡고 서 있을 수 있으나 휴보의 경우 그것이 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 인간이 탑승하였을 때와 휴보가 탑승하였을 경우에 대해 서로 다른 균형 알고리즘을 개발하였다. 인간이 휴보웨이를 타고 있을 때는 인간은 균형이동차 위에서 어느정도 스스로 균형을 잡고 그 상태에서 앞, 뒤로 몸을 기울여 위치 명령을 휴보웨이에게 준다. 기본적으로 이러한 균형 알고리즘은 인간과 휴보웨이가 협동하여 균형을 이루게 한다. 반면 휴보가 탑승하였을 때는 휴보는 이륜균형차 위에서 가만히 있고 휴보웨이가 최적 제어 알고리즘에 의해 스스로 균형을 잡는다. 하지만 이 알고리즘은 외란에 매우 민감한 단점이 있다. 이를 보완하기위해 외란 측정기를 사용하여 외란을 측정하고 그에 따른 위치명령을 생성하여 외란에도 순응적으로 반응하는 강인제어 알고리즘을 설계하였다. 이러한 방식으로 휴보웨이는 인간과 인간이 아닌 임의의 물체를 안전하게 운송할 수 있다.