[논문]폐회로 기구학적 구조의 벽면이동 로봇 설계

이정훈; 류성무; 최혁렬

doi:10.22634/ksme-a.2000.24.8.2065

폐회로 기구학적 구조의 벽면이동 로봇 설계 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.24 no.8 = no.179, 2000년, pp.2065 - 2073

이정훈 , 류성무 , 최혁렬

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we present a wall climbing robot whose gate pattern takes after those of specialized climbing animals such as spiders. Characteristic features of the biological locomotion are partly realized in the design of the mechanism. The robot has two legs and a trunk. Each one-dof leg with suction pads is driven by a motor which employs a closed loop linkage mechanism, and the trunk with suction pads steers the whole body of the robot using a motor. By generating adequate trajectories of the leg and simultaneously alternating the suction pattern between the legs and the trunk, we can achieve the spider like motion. The proposed idea is implemented in a robot and some tests are performed to evaluate its performance.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 보행형 벽면이동로봇의 일반적인 문제점인 메커니즘의 복잡함과 제어의 어려움을 해결하기 위하여 중복된 평행 4절 링크 구조의 단순한 폐회로 메커니즘의 보행형 벽면이동 로봇을 개발하였다. 벽면이동로봇은 세개의 구동기로 병진과 회전운동을 구현하였으며 각종 검사 장비 등을 탑재할 수 있는 충분한 가반하중을 가진다.
본 논문에서는 새로운 보행방법과 메커니즘을 채용한 벽면이동 로봇을 제안한다. 이 로봇의 메커니즘은 거미와 같은 곤충의 이동 방식에서 아이디어를 얻어서 설계되었다.
이미 알고 있는 것과 같이 커플러 곡선은 링크의 길이 조합에 따라 다양한 형상을 갖는다. 본 연구에서는 거미의 보행형식을 모방하기 위하여 커플러 궤적이 Fig. 2에 나타낸 것과 같이 반원 모양을 갖도록 4절 링크를 합성하였다.
흡착패드는 가반 중량과 진공도를 고려하여 다리에 각 3개씩과 몸체에 6개 총 12개를 탑재하고 있으며 로봇은 각 흡착 패드의 진공상태를 다리의 위치에 따라 조절함으로써 보행할 수 있다. 본 절에서는 로봇의 병진 운동과 회전 운동의 보행 알고리듬과 제어기에 대해서 기술한다.
또한 장애물을 만났을 때에는 몸체를 들어 올려 장애물을 피하며 상황에 따라 몸체를 지면에 접촉해서 마치 보조 다리와 같은 용도로 몸체를 사용하기도 한다. 이 관찰을 통하여 몸체를 능동적으로 사용함으로써 보행에 많은 이득을 얻을 수 있음을 알게 되었으며 개발하고자 하는 로봇에 구현하였다.
따라서 반원 형상의 커플러 궤적을 생성할 수 있는 메커니즘을 합성할 수 있다면 한 개의 구동기만으로 보행을 할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같은 궤적을 생성하는 링크기구를 합성하기 위하여 일반적인 기구합성 기법을 응용하여 보자. Fig.

제안 방법

9는 개발된 로봇의 구성요소를 나타낸다. 개발된 로봇은 1주기 동안 약 12cm정도 평행 이동 가능하고 최대 2cm높이의 장애물을 극복할 수 있도록 설계되었다. 로봇의 사양에 관하여 Table 2에 정리된 것과 같으며, 로봇을 구성하는 요소들에 대해서 기술한다.
벽면이동로봇의 적용 가능성을 시험하기 위해 실험 대상을 표면이 비교적 고른 철판 벽과 상대적으로 거친 콘크리트 벽에서 주행실험을 수행했다. Fig.
제안된 로봇은 이와 같은 거미의 보행 형식을 흉내낸 것이며 이 방식은 몸체가 단지 다리를 지지하며 이동에는 기여하지 못하는 일반적인 보행 로봇과는 매우 다르다. 본 연구에서는 거미의 특징적인 보행형식을 수정된 4절 링크 구조의 폐회로 메커니즘을 이용하여 구현하였다. 제안된 로봇은 몸체와 2개의 다리로 구성되며 몸체에는 6개, 다리에는 각각 3개의 흡착 패드를 갖는다.
벽면이동 로봇을 제안한다. 이 로봇의 메커니즘은 거미와 같은 곤충의 이동 방식에서 아이디어를 얻어서 설계되었다. 거미의 관찰을 통해서 거미가 이동시 다리를 들었을 때 몸체가 지면과 가깝게 되며 반대로 다리를 땅에 붙였을 때에는 몸체가 들리는 것을 알 수 있었다.
거미의 관찰을 통해서 거미가 이동시 다리를 들었을 때 몸체가 지면과 가깝게 되며 반대로 다리를 땅에 붙였을 때에는 몸체가 들리는 것을 알 수 있었다. 제안된 로봇은 이와 같은 거미의 보행 형식을 흉내낸 것이며 이 방식은 몸체가 단지 다리를 지지하며 이동에는 기여하지 못하는 일반적인 보행 로봇과는 매우 다르다. 본 연구에서는 거미의 특징적인 보행형식을 수정된 4절 링크 구조의 폐회로 메커니즘을 이용하여 구현하였다.
제안된 메커니즘으로 거미의 상하보행 운동과 최소 모터로 벽면에서 병진운동을 구현할 수 있었다. 설계된 로봇은 몸체와 2개의 다리로 구성되나, 다리의 수를 4, 6 또는 8 개로 확장한다면 거미와 더욱 유사한 거동을 얻을 수 있을 것이다.
토크 센서를 이용해 벽면이동 로봇의 조작을 위한 조이스틱을 구현하였다. 힘 .

대상 데이터

4kgf으로 충분하다. 따라서 벽면 이동로봇에는 직경 50mm인 상용 흡착 패드를 양쪽 다리에 각각 3개씩, 몸체에 6개 사용했다. 특히 양쪽 다리에 사용된 흡착패드는 스프링이 장착되어 표면에 약간의 곡률이 있을 지라도 주행할 수 있다.
각 다리는 1개의 DC모터(Japan Servo: DHE44S6HPB, 감속비600:1)로 구동되며 조향을 위한 모터(감속비360:1)가 몸체에 1개 부착되어 있다. 로봇의 몸체는 중량을 감소시키기 위하여 두랄루민으로 제작되었으며 모터의 위치 및 회전속도를 측정하기 위하여 소형 포텐시오메터 (Sakae: FSCB- 22A)를 사용하였다. 기타 흡착패드, 진공 발생기, CCD카메라, 마이크로프로세서가 포함된 내장형 제어기는 모두 몸체에 탑재된다.
본 연구에서는 진공도가 약 650mmHg, 직경이 50mm인 패드, 안전율을 7로 선정하였으며 이때 흡착력은 식 (14)에 의해 약 2.4kgf이다. 따라서 로봇의 하중이 약 12.
구현할 수 있다. 이를 위하여 한 개의 몸체와 두 개의 다리로 구성된 로봇을 구상하였다. 로봇의 다리 구조는 Fig.
본 연구에서는 거미의 특징적인 보행형식을 수정된 4절 링크 구조의 폐회로 메커니즘을 이용하여 구현하였다. 제안된 로봇은 몸체와 2개의 다리로 구성되며 몸체에는 6개, 다리에는 각각 3개의 흡착 패드를 갖는다. 다리와 로봇의 몸체는 평행 4절 링크 2개가 중첩된 구조의 폐회로 메커니즘 구조를 가지며 적절하게 설계된 커플러 궤적(coupler trajec- tory)과 반복적인 기구학적 전이(kinematic inversion) 관계에 의하여 거미의 운동을 재현한다.
진공발생기는 솔레노이브 밸브, 진공발생기, 진공 센서가 한 조로 구성되며 3개가 사용되었다. 2개는 각각의 양쪽 다리에 부착된 흡착패드와 연결되며, 나머지는 몸체의 흡착패드와 연결된다.

성능/효과

이 로봇의 메커니즘은 거미와 같은 곤충의 이동 방식에서 아이디어를 얻어서 설계되었다. 거미의 관찰을 통해서 거미가 이동시 다리를 들었을 때 몸체가 지면과 가깝게 되며 반대로 다리를 땅에 붙였을 때에는 몸체가 들리는 것을 알 수 있었다. 제안된 로봇은 이와 같은 거미의 보행 형식을 흉내낸 것이며 이 방식은 몸체가 단지 다리를 지지하며 이동에는 기여하지 못하는 일반적인 보행 로봇과는 매우 다르다.
벽면이동로봇은 세개의 구동기로 병진과 회전운동을 구현하였으며 각종 검사 장비 등을 탑재할 수 있는 충분한 가반하중을 가진다. 또한 개발된 벽면이동 로봇은 제어 시스템과 진공 발생기를 로봇에 내장함으로써 이동성을 높이고 넓은 작업영역을 확보할 수 있었다. 흡착력 실험과 주행 실험을 통해서 제안된 메커니즘의 성능을 검증하였으며 응용가능성을 제시하였다.
.제안한 아이디어를 구현한 벽면이동 로봇을 개발하였으며 실험을 통하여 로봇의 성능 및 효용성을 검증하였다.
제작된 로봇이 다소 거친 콘크리트 수직 벽도 자유롭게 이동할 수 있다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. Fig.
또한 개발된 벽면이동 로봇은 제어 시스템과 진공 발생기를 로봇에 내장함으로써 이동성을 높이고 넓은 작업영역을 확보할 수 있었다. 흡착력 실험과 주행 실험을 통해서 제안된 메커니즘의 성능을 검증하였으며 응용가능성을 제시하였다.

후속연구

본 연구에서 개발된 벽면이동 로봇은 검사작업을 위한 기본적인 CCD 카메라만을 탑재하고 있으나, 추후 비파괴 검사 및 여타의 작업에 필요한 장비 등을 탑재함으로써 다양한 응용분야에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
설계된 로봇은 몸체와 2개의 다리로 구성되나, 다리의 수를 4, 6 또는 8 개로 확장한다면 거미와 더욱 유사한 거동을 얻을 수 있을 것이다.

참고문헌 (15)

Oomichi, T., Ibe, T., Nakajima, M., Hayashi, K., and Takemoto, Y., 1992, 'The Wall Inspection Robot with Adaptive Machanism for Wall Surface,' International Symposium on Theory of Machines and Mechanisms, pp. 336-341
Fukuda, T., Arai, F., Matsuura, H., and Nishibori, K., 1992, 'Wall Surface Mobile Robot Having Multiple Suckers on Variable Structural Crawler,' International Symposium on Theory of Machines and Mechanisms, pp. 707-712
Schempf, H., Chemel, B., and Everett, N., 1995, 'Neptune: Above-Ground Storage Tank Inspection Robot System,' IEEE Robotics and Automation Society Magazine

상세보기
Yano, T., Numao, S., and Kitamura, Y., 1998, 'Development of a Self-Contained Wall Climbing Robot with Scanning Type Suction Cups,' Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 249-254
Yano, T., Suwa, T., Murakami, M., and Yamamoto, T., 1997, 'Development of a Semi-Contained Wall Climbing Robot with Scanning Type Suction Cups,' Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 900-905
Hirose, S. and Tsutsumitake, H., 1992, 'Disk Rober: A Wall-Climbing Robot Using Permanent Magnet Disks,' Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2074-2079
Pack, R. T., Christoper, J. L. Jr., and Kawamura, K., 1997, 'A Rubbertuator-Based Structure Climbing Inspection Robot,' Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1869-1874
Backes, P. G., Bar-Cohen, Y., and Joffe, B., 1997, 'The Multifunction Automated Crawling System(MAC-S),' Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 335-340
Luk, B. L., Collie, A. A., and Billingsley, J., 1991, 'ROBUG II: An Intelligent Wall Climbing Robot,' Proceedings of the 1991 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2342-2347
Nagakubo, A. and Hirose, S., 1994, 'Walking and Running of the Quadruped Wall-Climbing Robot,' Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1005-1012
Nishi, A., 1992, 'Mechanism and Control of Wall-Climbing Robot,' International Symposium on Theory of Mechanisms, pp. 260-264
Mitsubishi Heavy Industry, web site, http://www.mitsubishi.or.jp/e/monitor_old/97version/monitor6/New_E.html
The University of California, Davis, web site, http://www.ahmct.ucdavis.edu/AHMCT_projects/aerial.html
Shigley, J. E. and Uicker, J. J. JR., 1997, Theory of Machines and Mechanisms, McGraw-Hill Book Co.
Erdman, A. G. and Sandor, G. N., 1991, Mechanism Design Analysis and Synthesis V.1, Prentice Hall

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증