2023 기계공학실험2 도립진자 예비 레포트

소개

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목차

1.도립 진자가 사용되는 대표적인 제품은 무엇인가?
2.도립 진자의 원리는 무엇인가?
3.sin⁡θ를 시간 t로 두 번 미분한 값은 무엇인가?
4.길이 2l인 막대의 한쪽 끝이 고정된 아래 그림에서 막대의 회전 관성 I 값은 무엇인가?
5.PID 제어란 무엇이며 그 특성은 무엇인가?
6.참고 문헌

본문내용

1.도립 진자가 사용되는 대표적인 제품은 무엇인가?
1-1)도립진자란?
중심의 위치가 회전 중심보다 아래쪽에 있는 일반 진자와는 다르게 중심이 회전 중심보다 위에 놓이고, 그로 인해 불안정한 시스템을 이루는 진자를 도립진자 (Inverted pendulum) 라고 한다.
1-2)대표적인 제품
(1)세그웨이(Segway)
세그웨이는 이동이 가능한 개인 이동 수단으로 무게중심이 회전중심보다 연직방향 위에 있다는 도립전자의 원리를 적용한 제품이다. 사용자가 세그웨이에 올라서면 센서와 제어 시스템을 통해 막대의 안정성을 유지하면서 움직일 수 있다.
일반적으로 5개의 자이로스코프 센서와 2개의 가속도 센서로 기울기, 가속도를 측정하고 이동속도와 방향을 사용자의 몸의 기울기에 따라 조절할 수 있다.

Fig 1. 세그웨이
(2)로봇(Robot)
로봇의 2족 보행이나 4족보행을 구현할 때 도립진자의 원리가 사용된다. 그 예시로 HUBO를 보면, 2족 보행 시 넘어짐을 방지하기 위해 ‘단순 도립진자’ 모델을 적용하였다. 로봇이 걸을 때, 지면의 기울기로 인해 몸통이 기울어질 수도 있는데, 관성 센서를 이용하여 보행 할 때의 몸통의 회전 모멘트를 감지하고 이를 이용해 바닥의 기울기를 계산한 뒤 골반을 반대쪽으로 움직여 주는 알고리즘을 통해 골반과 모멘트를 0으로 맞춰서 정상적인 움직임이 가능하게 만든다.

참고자료

· https://academic-accelerator.com/encyclopedia/kr/inverted-pendulum#google_vignette , 도립전자
· https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%84%B8%EA%B7%B8%EC%9B%A8%EC%9D%B4_PT, 세그웨이, HUBO, 웨어러블 로봇
· https://m.blog.naver.com/jsrhim516/222015965919, PID제어
· http://www.ktechno.co.kr/pictech/motor05.html, 모터의 PID제어법