Experimental Studies of Controller Design for a Car-like Balancing Robot with a Variable Mass

Abstract

본 논문에서는 두 바퀴로 구동되는 역진자기반의 1인승 차량의 안정적인 균형을 위해 제어기를 설계하였다. 탑승자의 몸무게에 따라 전체 질량이 달라지므로 그에 따른 PID 제어기의 이득값을 실험적으로 구하였다. 이 때 탑승자의 몸무게에 따라 무게 중심이 달라지게 되는데, 이는 밸런싱 각도에 영향을 미치게 된다. 따라서, 안정적인 균형을 이루기 위해서는 몸무게에 따른 목표 밸런싱 각도를 수정하여 제어해야 한다. 다양한 탑승자의 몸무게를 측정하기 위해 차량에 체중계를 달고 측정된 체중 데이터를 컴퓨터로 전송하여 제어기에 적용하였다. 다양한 실험으로 얻은 정보를 사용하여 제어기의 게인 스케줄링을 통하여 보다 안정적인 균형을 유지할 수 있었다. This paper presents controller design of a two wheeled mobile inverted pendulum robot for one man transportation vehicle. Since the overall mass is varying with different drivers, suitable controller gains are obtained through experimental studies. Variation of the center of gravity due to different masses also affects stable balancing control. Thus, the desired balancing angle si required to be modified with respect to different masses. To measure masses for different drivers, a weight scale is used and those data are used for balancing control through communication. The gain scheduling method of using data obtained from experimental studies allows the robot to have stable balancing performances.