Multi-DOF vibration isolator for mobile robots

국문 초록 (Abstract)

야외 지형에서 모바일 로봇이 겪는 다자유도 진동은 페이로드의 안정성을 저하할 수 있다. 본 논문은 이러한 페이로드 진동을 완화하기 위해 다자유도 진동 억제 시스템을 제안한다. 제안하는 진동 억제 시스템은 3개의 구동기를 사용하여 5방향 운동의 진동을 완화할 수 있다. 본 시스템의 동역학 해석은 결합된 다자유도 동역학이 히브, 피치, 롤의 세 가지 독립적인 모션 그룹으로 분리됨을 검증한다. 이러한 디커플링은 단순화된 분할 제어 전략을 가능하게 한다. 외란관측기 기반 제어기는 피치와 롤에 대해 강인한 자세 안정화를 보장하며, 스카이훅 제어기는 히브 운동을 능동적으로 억제한다. 제안하는 시스템을 모바일 로봇에 탑재하여 실제 야외 주행 환경에서 실험적으로 검증하였다. 진동에 민감한 액체 페이로드를 이용한 테스트를 포함한 포괄적인 실험을 통해, 제안하는 시스템이 야외 환경에서도 페이로드의 안정성을 효과적으로 보장함을 입증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. INTRODUCTION 1
• 1.1 Research Background 1
• 1.2 Literature Review 4
• 1.3 Proposed System and Contributions 7
• 2. MECHANICAL DESIGN AND MODELING 9
• 2.1 System Configuration and Principle of Operation 9
• 2.2 Kinematic Compensation of Rotational Disturbances 14
• 2.3 Dynamic Modeling and Decoupling Analysis 16
• 3. PARTITIONED CONTROL STRATEGY 20
• 3.1 Control System Architecture 20
• 3.2 Kinematic and Static Modeling for Workspace Control 22
• 3.3 Attitude Stabilization via DOB 25
• 3.4 Vertical Control via Skyhook Damping 29
• 4. EXPERIMENT 31
• 4.1 Vibration Measurements on Outdoor Terrains 31
• 4.2 Performance Validation with a Vibration-Sensitive Payload 37
• 4.3 Vibration Qualitative Analysis of Liquid Payload Stabilization 39
• 5. CONCLUSION 41
• References 42
• Korean abstract 45