[논문]재난 인명 탐색을 위한 로봇 시스템 개발

강종규; 이근형; 이성욱; 서용칠; 최창환; 정승호; 김승호; 정경민

doi:10.5302/j.icros.2007.13.2.114

재난 인명 탐색을 위한 로봇 시스템 개발
Development of a Robotic System for Searching Human Victims in Disasters 원문보기

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.13 no.2, 2007년, pp.114 - 120

강종규 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 이근형 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 이성욱 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 서용칠 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 최창환 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 정승호 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 김승호 (한국원자력연구소 원자력로봇랩) , 정경민 (한국원자력연구소 원자력로봇랩)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces a mobile robotic system being developed for urban search and rescue. In order to search human victims in narrow spaces, we developed two types of serially linked mobile robots, named KAEROT-Centipede and KAEROT-SnakeTV1, that can climb over large vertical steps or travel inside narrow vertical pipes. To send such mobile robots to the disaster areas coping with large obstacles, we also developed a assistant mobile robot, named KAEROT-QuadTrack, that has 4 articulated track modules. This paper describes the mechanical structure and control architecture of the serially linked mobile robots and the supporting configuration for torque reduction of the assistant mobile robot during spinning motion that usually requires large driving torque. The experimental results show that such robotic systems have good mobility over the various terrains in disaster areas.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 “재난극복 및 인명구조 로봇 기술개발'과제에서 개발하고 있는 다 관절형의 협소 구역 인명 탐색 로봇과 탐색 지원 이동 로봇의 개발 현황과 그 결과를 소개하였다. 직렬 다관절형 로봇을 이용하여 수직관 상승 및곡관 이동이 용이한 제어 기법을 제시하였고 다중 무한 궤도형 탐사 지원 이동 로봇의 선회 시 구동 토크를 저감하기 위한 방안을 제시하였다.
지형 적응성을 높이기 위해 4개의 무한궤도 모듈이 독립적으로 구동할 수 있는 KAEROT-QuadTracke 무한 궤도 모듈의 구동에 의해 지면과의 접촉 상태의 변화 및 무게 중심의 이동이 가능하다. 본 논문에서는 이와 같은 다양한 로봇에 대한 소개 및 해석, 계단 지형 등에 대한 이동 실험 결과 및 향후 개발 방향을 제시한다.
탐사지원 이동 로봇은 협소 구역 탐사 로봇을 몸체 내부에 탑재한 상태로 인명 탐사가 요구되는 지역으로 이동하는 것이 주 목적이므로 몸체 내부에 협소 구역 탐사 로봇의 탑재를 위한 내부 공간이 요구된다. 본 연구에서는 그림 5와 같이 아암 구동이 가능한 무한궤도 모듈 내부에 모터 및 제어기를 내장함으로써 몸체 내부를 협소구역탐사로봇의 탑재공간으로 활용할 수 있는 KAEROT-QiaMTrack을 개발하였다.
로봇으로 구성되어 있다. 탐색 지원 이동 로봇은 소형로봇의 영상 전송 및 통신, 전원 중계기 역할을 수행하며 붕괴 사고 초기에 탐색 지역으로의 구조원들의 안전한 접근 경로를 개척하고 구조 장비 운반 수단으로서도 활용되는 것을 목적으로 한다. 인명 탐색용 소형 로봇인 KAEROT-Centipede와 KAEROT-SnakeTV 1은 여러 개의 회전 관절 모듈이 직렬로 연결된 이동로봇으로서 비정형 지형이나 협소 관내를 이동할 수 있다.

가설 설정

1번째 무한궤도의 궤도 구동 토크를 丁冽라 하고, X 방향 지면 반력 F 京는 궤도 바퀴 구동에 의한 반발력으로 서정 마찰 계수를 라 할 때, 다음과 같이 미끄러짐이 없다고 가정한다.
y 방향 지면 반력 Fyi 는 측 방향 지면 반발력으로서 동 마찰 계수를 〃血라 할 때, 다음과 같이 미끄러진다고 가정한다.
로봇의 4개의 무한궤도와 지면은 착지점 R 에서 각각 점 접촉하고 그림 6과 같이 좌우 대칭 형태라고 가정하고, 지면으로부터 가해지는 방향 반력을 각각 Fxi, Fy, Fa 라 흐卜자.
두 가지 경우에 대해 전방 아암을 구동하기 위한 토크는 구하면 다음과 같다. 이때 후방 무한궤도 아암에 의해 발생되는 토크는 0으로 가정한다.

제안 방법

KAEROT- Centipede의 지형 적응성 실험을 위해 그림 8과 같은 험지 경사지, 굴곡 관 계단 등에 대한 주행 실험을 수행하였다
K陰EROT-Centipede의 경우 높은 수직 장애물의 극복 능력은 뛰어나지만 전복의 위험성이 있으며 수직 배관 형태의 협소 구역의 상승 능력이 없기 때문에 본 연구에서는 그림 3과 같이 바퀴의 주행력 없이 능동 관절만으로 이동할 수 있는 KAEROT-SnakeTVl 을 시험 개발하였다.
인명 탐색용 소형 로봇인 KAEROT-Centipede와 KAEROT-SnakeTV 1은 여러 개의 회전 관절 모듈이 직렬로 연결된 이동로봇으로서 비정형 지형이나 협소 관내를 이동할 수 있다. 지형 적응성을 높이기 위해 4개의 무한궤도 모듈이 독립적으로 구동할 수 있는 KAEROT-QuadTracke 무한 궤도 모듈의 구동에 의해 지면과의 접촉 상태의 변화 및 무게 중심의 이동이 가능하다. 본 논문에서는 이와 같은 다양한 로봇에 대한 소개 및 해석, 계단 지형 등에 대한 이동 실험 결과 및 향후 개발 방향을 제시한다.
직렬 다관절형 로봇을 이용하여 수직관 상승 및곡관 이동이 용이한 제어 기법을 제시하였고 다중 무한 궤도형 탐사 지원 이동 로봇의 선회 시 구동 토크를 저감하기 위한 방안을 제시하였다. 향후 지형 인식을 통한 다관절형 이동로봇의 지형 적응적 제어 기법에 대한 연구가 수행될 예정이다.

대상 데이터

Centipede는 수직 턱 장애물 등판 능력을 증대시키기 위해서 원형 바퀴와 함께 그림 2와 같이 비대칭 탄성 특성을 가지는 4개의 탄성 훅(Hook)을 장착한 바퀴를 결합하여 사용하였다. 비대칭 탄성 훅은 바퀴 반경 중심방향 또는 그 반대 방향으로 힘이 가해졌을 때 그 탄성특성이 다르게 나타나서 그림 2의 훅A의 경우 수직 장애물에 의해 인가된 힘에 대해서 그 변형이 크지 않아서 원형 바퀴만으로는 승 월할 수 없는 수직 장애물을 올라 갈 수 있다.
9. Test scenes of KAEROT-SnakeTV 1.
본 논문에서 소개하는 인명 탐색 로봇 시스템은 구조원이나 탐색견이 도달할 수 없는 붕괴 잔해물 틈새나 붕괴건물 내의 덕트 배관과 같은 협소 지역을 탐색할 수 있는 소형 로봇과 이를 탐색 지역으로 운반시켜주는 탐색 지원 이동 로봇으로 구성되어 있다. 탐색 지원 이동 로봇은 소형로봇의 영상 전송 및 통신, 전원 중계기 역할을 수행하며 붕괴 사고 초기에 탐색 지역으로의 구조원들의 안전한 접근 경로를 개척하고 구조 장비 운반 수단으로서도 활용되는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서 시험 개발한 KAEROT-Centipede는 그림 1과같이 3개의 모듈로 구성되어 있으며 4개의 구동기에 의한 4자유도 회전 관절로 연결되어 있다. 또한 각 모듈은 4개의 능동형 바퀴에 의해 주행력을 발생시킨다.

성능/효과

그러나 곡관 등 복잡한 관 형상에 대해서 주행력을 유지하기 위해 구동 바퀴의 착지 방향에 대한 적응 제어가 요구됨을 확인하였다. 또 험지 경사지의 경우 훅 바퀴의 사용으로 약 45도 이상의 경사지를 등판할 수 있었으나, 바퀴의 훅이 지형 틈새에 고착될 경우 구동 모터에 과도 전류가 발생하고 이동이 불가능한 경우가 발생하였다.
다양한 형상의 배관에 대해 실험한 결과, 그림 9와 같이 배관 직경은 100mm, 수직관의 경우 주행 속도는 약 1.8cm/sec였으며 굴곡관의 경우 곡률반경 약 300mm의 배관 내부 주행이 가능하였다.
그림 10은 KAEROT-QuadTrack을 이용하여 계단 장애물에 대한 주행 실험을 수행하는 장면이다. 아암 구동을 통한 형상 변형을 통해 45도 경사 계단을 주행할 수 있었으며 계단 참과 같이 협소한 구역에서도 몸체 기립을 통해 회전이 용이함을 확인하였다.

후속연구

직렬 다관절형 로봇을 이용하여 수직관 상승 및곡관 이동이 용이한 제어 기법을 제시하였고 다중 무한 궤도형 탐사 지원 이동 로봇의 선회 시 구동 토크를 저감하기 위한 방안을 제시하였다. 향후 지형 인식을 통한 다관절형 이동로봇의 지형 적응적 제어 기법에 대한 연구가 수행될 예정이다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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상세보기
S. Lakkad, Modeling and Simulation of Steering Systems for Autonomous Vehicles, Dissertation for Master of Science, The Florida State Univ., 2004

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].

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