KR101696674B1 - 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공하는 것이다.
본 발명인 밸런스 보행장치에 있어서,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성된다.
본 발명을 통해 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공함으로써, 출퇴근 시간을 반으로 줄일 수 있으므로 매일 반복되는 출퇴근 혼잡을 비교적 줄일 수 있고, 사회적인 일자리를 창출할 수 있으므로 취업문제를 근원적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명인 밸런스 보행장치에 있어서,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성된다.
본 발명을 통해 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공함으로써, 출퇴근 시간을 반으로 줄일 수 있으므로 매일 반복되는 출퇴근 혼잡을 비교적 줄일 수 있고, 사회적인 일자리를 창출할 수 있으므로 취업문제를 근원적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공하는 것이다.
화석연료를 이용해 구동되는 자동차의 급격한 증가로 인해 환경오염 문제가 대두되고 있다.
이로 인해, 화석연료를 대체할 수 있는 전기 자동차나 연료전지 자동차와 같은 차세대 이동수단이 개발되고 있다.
그 중에서 전기 자동차는 환경오염 물질의 배출이 없는 친환경 이동수단으로 인정되고 있지만, 2차 전지 용량의 한계 및 충전시간과 같은 문제로 인해 현재 대중화되지 못하고 있다.
이와 함께, 최근에는 전기모터를 이용한 전기 이륜차, 이륜 자전거, 세그웨이와 같은 개인 이동수단도 개발되고 있다.
세그웨이는 운전자의 자세 변화에 따라 전후, 좌우로 자유롭게 이동할 수 있는 1인용 자동차이다.
즉, 세그웨이는 다른 이동수단과 달리 별도의 가속장치와 정지장치가 없고, 운전자의 무게중심 이동에 따라 전진, 후진할 수 있고, 운전자가 지면과 수직인 상태를 유지하면 정지하게 된다.
그리고 세그웨이는 손잡이에 설치된 레버를 회전시킴으로써 좌측이나 우측으로 회전할 수 있다.
하지만, 세그웨이는 페달을 이용해 전진, 후진, 정지, 회전을 자유롭게 수행할 수 있고, 단순한 기계적 장치에 의해 모든 동작을 수행하기 때문에 정밀한 제어가 불가능하다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결수단을 제시하고자 한다.
즉, 가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공함으로써, 출퇴근 시간을 반으로 줄일 수 있으므로 매일 반복되는 출퇴근 혼잡을 비교적 줄일 수 있고, 사회적인 일자리를 창출할 수 있으므로 취업문제를 근원적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 이동수단으로서 뿐만 아니라, 스포츠, 레저 개념이 융합되어 신개념 레저산업으로 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 균형제어부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 균형제어부 블록도이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명인 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치는,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시예에 따라 운전자가 양손으로 붙잡는 운전봉(700)과;
상기 운전봉을 지지하는 기둥(800);을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 자이로센서에 의해 미리 저장된 기준치 이상으로 기울어질 경우에는 상기 균형제어부로 감속신호를 전달하여 미리 저장된 기준치 이상의 속도로 운행되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 균형제어부(300)는,
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하기 위한 균형제어모듈(310)과,
기울기 정보를 참조하여 기울기가 증가할수록 구동모터의 속도도 증가시키기 위한 PWM제어모듈(320)
상기 가속도센서와 자이로센서의 동작을 체크하며, 기울기에 따른 속도를 체크하기 위한 동작및기울기체크모듈(330)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 운전봉(700)에는,
전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부로부터 조작된 조작 정보를 균형제어부(300)로 제공하기 위한 조작정보송출부를 더 포함하여 구성되며, 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기 정보를 12C 통신을 이용하여 균형제어부에서 획득하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 인용하며, 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
다만, 이러한 실시예에 본 발명의 권리 범위가 한정되는 것은 아니며, 당업자 수준에서 용이하게 변형가능한 발명으로서, 기술적 사상이 동일하다면 모두 본 발명의 권리범위에 속함을 밝혀 둔다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 제어 블록도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치는 가속도센서(100)와 자이로센서(200)를 구성하고 있는데, 바람직하게는 본 발명의 구성요소들을 포함하고 있는 보드를 알루미늄평판 중앙에 위치시켜 고정시키게 된다.
상기 가속도센서는 가속도를 감지하며, 상기 자이로센서(200)는 기울기를 감지하게 된다.
한편, 균형제어부(300)를 구성하여 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하게 된다.
예를 들어, USART 통신을 이용하여 하이퍼터미널로 가속도와 기울기값을 획득하게 되는 것이다.
구체적으로 12C 통신으로 50us 마다 획득하는 각속도와 자이로 값을 PID 제어로 균형을 제어한다.
이때, 구동모터가 구성되어 균형제어부의 제어에 따라 구동하게 된다.
또한, 상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)을 알루미늄평판의 양측에 형성하게 되는 것이다.
상기 알루미늄평판에 운전자를 탑승시키게 된다.
한편, 운전봉을 지지하는 기둥(800)을 알루미늄평판에 구성하고 다시 기둥의 끝단에 운전자가 양손으로 붙잡는 운전봉(700)을 구성하게 되는 것이다.
이때, 자이로센서에 의해 미리 저장된 기준치 이상으로 기울어질 경우에는 상기 균형제어부로 감속신호를 전달하여 미리 저장된 기준치 이상의 속도로 운행되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 50도 이상으로 기울어질 경우에 15킬로미터 이상의 속도로 운행되는 것을 방지하는 것이다.
한편, 운전봉(700)에는 전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부를 포함하여 구성하게 된다.
전원버튼부를 통해 전원 온오프를 조작하게 되며, 속도버튼부를 통해 속도를 조작하게 되는 것이다.
회전버튼부의 경우에는 오른쪽으로 회전, 왼쪽으로 회전 등을 조작하게 되는 것이다.
이때, 전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부로부터 조작된 조작 정보를 균형제어부(300)로 제공하기 위한 조작정보송출부를 더 포함하여 구성되게 된다.
또한, 바람직하게는 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기 정보를 12C 통신을 이용하여 균형제어부에서 획득하는 것을 특징으로 한다.
한편, 각도가 0일 경우에는 구동모터의 속도가 0 으로 동작하지 않고, 각도가 45도일 경우에 구동모터의 속도를 최고 속도로 조절하여 균형을 잡도록 할 수 있다.
PWM 제어를 하기 때문에 기울기가 증가할수록 구동모터의 속도도 같이 증가하게 된다.
기울기에 따른 모터 속도를 제어할 수 있기 때문에 전진 혹은 후진이 가능하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치의 균형제어부 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 균형제어부(300)는 균형제어모듈(310)과, PWM제어모듈(320)과, 동작및기울기체크모듈(330)을 포함하여 구성된다.
상기 균형제어모듈(310)은 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하게 된다.
즉, 12C 통신으로 50us마다 각속도와 자이로값을 PID 제어로 균형을 제어하게 된다.
또한, 상기 PWM제어모듈(320)은 기울기 정보를 참조하여 기울기가 증가할수록 구동모터의 속도도 증가시키게 된다.
한편, 상기 동작및기울기체크모듈(330)은 가속도센서와 자이로센서의 동작을 체크하며, 기울기에 따른 속도를 체크하게 된다.
즉, 메모리에 저장된 기울기별 속도가 맞는지를 체크하기 위한 것이다.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해 가속도 및 자이로센서를 통해 제공되는 값을 획득하여 기울기에 따른 모터 속도를 제어하여 전진 및 후진을 수행할 수 있는 1인용 밸런스 보행장치를 제공함으로써, 출퇴근 시간을 반으로 줄일 수 있으므로 매일 반복되는 출퇴근 혼잡을 비교적 줄일 수 있고, 사회적인 일자리를 창출할 수 있으므로 취업문제를 근원적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 한하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 실시할 수 있으며, 그 내용이 본 발명의 권리에 포함되는 것은 당연하다 할 것이다.
100 : 가속도센서
200 : 자이로센서
300 : 균형제어부
400 : 구동모터
500 : 휠
600 : 알루미늄평판
200 : 자이로센서
300 : 균형제어부
400 : 구동모터
500 : 휠
600 : 알루미늄평판
Claims (6)
- 삭제
- 삭제
- 밸런스 보행장치에 있어서,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성되되,
상기 자이로센서(200)에 의해 미리 저장된 기준치 이상으로 기울어질 경우에는 상기 균형제어부로 감속신호를 전달하여 미리 저장된 기준치 이상의 속도로 운행되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치.
- 밸런스 보행장치에 있어서,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600);을 포함하여 구성되되,
상기 균형제어부(300)는,
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 수행하기 위한 균형제어모듈(310)과,
기울기 정보를 참조하여 기울기가 증가할수록 구동모터의 속도도 증가시키기 위한 PWM제어모듈(320)과,
상기 가속도센서와 자이로센서의 동작을 체크하며, 기울기에 따른 속도를 체크하기 위한 동작및기울기체크모듈(330)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치.
- 삭제
- 밸런스 보행장치에 있어서,
가속도를 감지하기 위한 가속도센서(100)와;
기울기를 감지하기 위한 자이로센서(200)와;
상기 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기를 획득하여 PID 제어를 통해 균형을 제어하기 위한 균형제어부(300)와;
상기 균형제어부의 제어에 따라 구동하기 위한 구동모터(400)와;
상기 구동모터로부터 동력을 제공받아 회전하는 휠(500)과;
운전자를 탑승시키기 위한 알루미늄평판(600)과;
운전자가 양손으로 붙잡는 운전봉(700)과;
상기 운전봉을 지지하는 기둥(800);을 포함하여 구성되되,
상기 운전봉(700)에는,
전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부와,
상기 전원버튼부와 속도버튼부 및 회전 방향을 입력하는 회전버튼부로부터 조작된 조작 정보를 균형제어부(300)로 제공하기 위한 조작정보송출부를 포함하여 구성되며, 가속도센서와 자이로센서로부터 제공되는 가속도와 기울기 정보를 12C 통신을 이용하여 균형제어부에서 획득하는 것을 특징으로 하는 가속도 및 자이로센서를 이용한 밸런스 보행장치.
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