산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2017.3. 제조Quiz 요약 (p17~19)

혼다의 자립 모터사이클
2족 보행 로봇「ASIMO」의 균형제어 기술 응용

혼다의 자립 모터사이클「Honda Riding Assist」에, 2족보행 로봇「ASIMO」나 개인용 이동 기기인 유니커브「UNI-CUB」등에서 이용하는 균형 제어 기술을 응용하였다. Robotics 기술과 2륜차를 융합하여 무언가 할 수 없을까라는 의문에서 개발이 시작되었다고 한다.

-- 앞 바퀴를 움직여 밸런스 유지 --
Honda Riding Assist는 모터사이클의 차제 중앙에 있는 가속도/각속도 센서로 자세의 변화를 감지하여, 그 정보를 바탕으로 앞 바퀴의 조타 각도를 모터로 제어함으로써 차체의 밸런스를 유지한다. 모터에 의한 앞 바퀴의 자동 조정과 함께, Honda Riding Assist에서는 모터사이클의 자립을 실현하기 위해, 앞 바퀴가 지면에 닿아 있는 점(접지점)과, 조타축의 연장선과 지면이 교차되는 점(선회점)의 관계를 변화시키는 기구도 추가하였다.

일반적인 모터사이클은 접지점이 선회점보다도 후방에 있어, 이를「Positive Trail Length」(이하 PT)라고 부른다. 한편, 접지점이 선회점보다도 전방(진행방향 측)에 있는 것이「Negative Trail Length」(이하 NT)다. Honda Riding Assist의 경우, 통상 주행 시는 PT이지만, 어느 일정한 속도(시속 3~4km)를 밑도는 상태에서 균형을 제어할 때는 NT로 전환한다. 이렇게 하는 이유는, 직진안정성이나 선회시의 조작성이라는 점에서는 PT가 뛰어나지만 균형을 제어하기 위한 복원력을 얻는다는 점에서는 NT가 적합하기 때문이다. 아래에서 그 이유에 대해 설명한다.

-- PT와 NT의 경우, 복원력은 반대 --
PT와 NT는 선회점과 접지점의 위치관계에 따라, 핸들 조작에 의해 차체가 받는 힘(복원력)이 역방향이 된다. 이것은 앞 바퀴를 선회시킬 때, 선회에 의해 차체의 자세가 변하는 것에 따라 중심 이동 방향이 반대가 되기 때문이다.

예를 들면 진행방향에 대해 핸들을 우측으로 돌리면, 앞 바퀴의 선회점과 뒷바퀴의 접지점의 관계에 따라, PT의 차체는 우측 방향으로 넘어지려고 한다. 이에 반해, NT의 차체는 좌측 방향으로 넘어지려고 중심이 변한다.

조금 더 자세하게 설명해 보자. PT의 앞 바퀴의 경우는 선회점보다 접지점이 뒤에 있기 때문에, 핸들을 오른쪽으로 조타하려고 하면, 선회점이 오른쪽으로 움직여 차체는 오른쪽으로 기울려고 한다. 한편, NT의 앞 바퀴는 PT와는 반대로, 오른쪽으로 조타하려고 하면, 선회점이 왼쪽으로 움직여 차체는 왼쪽으로 기울려고 한다. 이것이 조타각에 따라 중심위치가 변하여 복원력이 발생하는 이유다.

그러나 PT와 NT는 조타 방향의 차이는 있지만, 모두 복원력이 발생한다. 즉, 차체가 오른쪽으로 기울려고 했을 때, PT의 경우는 왼쪽으로 핸들을 돌리고, NT의 경우는 오른쪽으로 핸들을 돌리면 밸런스를 잡을 수 있는 것이다. 그럼, 왜 일반적이지 않은 NT를 채용한 것일까?

그 이유로 조타에 따른 가로방향의 접지점의 변화를 들 수 있다. 조타축은 대각선 앞 방향으로 기울어져 있기 때문에, 오른쪽으로 조타하면 접지점은 앞 바퀴의 우측 방향, 왼쪽으로 조타하면 좌측 방향으로 이동해 간다. 이 때 받는 반동력은 PT와 NT 모두 같은 방향이다.

그리고 이 반동력은 NT에서는 차체의 중심 이동과 같은 방향(PT에서는 차체의 중심 이동과 다른 방향)으로 작용하기 때문에,「보다 큰 복원력을 얻는 방법으로서, 이번 실험 차량에는 NT를 채용하였다」(혼다)고 한다. 이를 통해 정지했을 때의 자립을 실현하는데 충분한 복원력을 얻을 수 있게 되었다.

  -- 끝 --