동역학 및 기구학 불확실성이 있는 전방향 이동 로봇의 강인 추종 제어

Abstract

본 논문에서는 동역학 불확실성(dynamic uncertainties)과 기구학 불확실성(kinematic uncertainties)이 있는 전방향 이동로봇(Omnidirectional Mobile Robot)에 대해 마찰력 모델링 및 슬라이딩 모드 외란 관측기(sliding mode disturbance observer, SMDOB) 기반 강인 추종 제어기를 제안한다. 기존의 연구에서는 제어 성능에 큰 영향을 끼치는 기구학적 불확실성과 동역학적 불확실성을 동시에 보상하지 않았기 때문에 다양한 환경에서 안정성을 보장할 수 없었다. 때문에 본 논문에서는 기구학 불확실성과 동역학 불확실성이 존재하는 경우에도 강인한 제어 성능을 갖는 제어 기법을 제안한다. 첫째로, 마찰력 모델링을 통해 구동기 동역학을 고려하여 모델링된 전방향 이동 로봇 동역학에 존재하는 동역학 불확실성을 보상한다. 둘째, 기존의 연구들이 동역학 불확실성만 고려한 것에서 더 나아가 기구학 불확실성을 모델링한다. 셋째, 마찰력 모델링 및 SMDOB를 통해 불확실성을 보상하고 백스테핑 형태의 궤환 선형화 기법(backstepping-like feedback linearization)을 통한 강인 추종 제어기를 설계한다. 넷째, 구동기 및 실제 전방향 이동 로봇의 파라미터를 추정하여 제어기 설계에 활용한다. 최종적으로, 안정성 해석 기법을 통해 제안된 알고리즘을 증명하고, 시뮬레이션과 실험으로 기존 제어기와 비교하여 전방향 이동 로봇 강인 추종 제어기의 타당성을 확인한다.