틸트 업 다운 가능한 쌍안정 이륜 이동 로봇의 제작 및 제어

Abstract

지난 수 십년 간, 두 바퀴 도립 진자형 이동 로봇의 연구는 모델링과 제어 분야에 있어 다방면으로 진행되어 왔다. 두 바퀴 도립 진자형 이동 로봇은 실내외 환경에서 서비스 로봇의 한 형태로 적합하다. 그 이유는 두 바퀴 도립 진자형 이동 로봇의 하드웨어 특성상 제자리 회전이 가능하며, 경사면이나 울퉁불퉁한 지형에서도 안정성을 유지하며 주행가능하기 때문이다. 본 논문에서는 `틸트 업 다운 가능한 쌍안정 이륜 이동 로봇`을 제작 및 제어하였다. B-TMR은 두 바퀴 도립 진자형 이동 로봇의 약점을 개선하고자 하였다. 로봇 몸체는 `Balancing 상태`와 `Tilted 상태`가 가능하도록 밑면에 경사각을 두어 제작하였다. 로봇의 자세각을 측정하기 위해 단일 가속도 센서를 사용하고 Butterworth 필터링을 적용함으로써 기존 로봇에 비해 비용 효율적인 면을 개선하였다. 하드웨어 특성에 따른 6가지 동작 Mode를 제어하기 위해 `방식 선택적 제어기`를 설계하였다. 자세각과 로봇의 선 / 각속도 프로파일 생성 알고리즘을 통해 B-TMR이 틸트 업과 동시에 균형을 유지하며 주행할 수 있도록 함으로써 기존 두 바퀴 도립 진자형 이동 로봇의 주행 방식에 비해 간단하고 빠른 주행이 가능하다. 마지막으로, 다양한 실험을 통해 직접 구현한 하드웨어, 소프트웨어, 제어기의 성능을 평가하고 분석하였다.