이륜도립진자의 안정화를 위한 연구

Abstract

최근에 개인 이동 수단으로 많이 이용되는 이륜도립진자는 주행이나 방향 전환 시 수평면에서 다양한 환경조건에서 항상 몸체의 안정성을 확보하기 위해 자율적인 제어가 가능하여야 한다. 본 연구의 목적은 안정화되는 이륜도립진자를 개발하는 것이다. 이를 위해 몸체의 균형 유지를 위해 제어기를 설계하며 이륜도립진자 몸체의 기울기 측정을 위하여 기울기 센서를 사용한다. 제안된 제어기의 성능과 유효성을 검증하기 시뮬레이션과 실험결과를 제시한다. 본 연구의 내용을 다음과 같이 요약한다. 첫째, 이륜도립진자의 구성에 대해 서술한다. 이륜도립진자는 몸체와 동일한 축에 배치된 두 개의 구동바퀴로 구성되어 있다. 이륜도립진자가 수직방향으로 안정화 되고 직선주행 및 회전이 가능하게 하기 위해서 2개의 모터가 양쪽 바퀴를 구동하게 된다. 둘째, 수평면에 대한 이륜도립진자의 운동학적 모델링과 동역학적 모델링을 제시한다. 셋째, 이륜도립진자의 모델링을 바탕으로 이륜도립진자를 안정화시키기 위한 제어기를 제안한다. 넷째, 설계된 제어기를 구현하기 위한 제어시스템은 TMS320F28335를 기반으로 개발한다. 또한 본 연구의 실험을 위한 이륜도립진자를 제작한다. 이륜도립진자의 위치 및 선속도 는 모터에 부착된 엔코더와 기울기 센서를 사용하고, 이를 적용 하여 기울기를 측정한다. 다섯째, 제어기의 유효성을 검증하기 위해 시뮬레이션과 실험 결과를 제시한다. 마지막으로, 본 연구의 결론 및 향후 연구에 대하여 기술한다.