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문제 정의
- 계단형 장애물 극복 알고리즘은 장애물과의 거리 유지 및 암의 자세 제어를 통해 장애물 극복의 각 단계에 맞는 로봇의 자세를 만들어내는 것을 목표로 한다. 따라서 본 알고리즘을 구현하기 위해 계단형 장애물을 인식할 수 있는 거리 센서와 바퀴가 지면에 닿았는지를 식별하기 위한 토크 센서, 그리고 현재 암의 회전 각도를 인지할 수 있는 엔코더를 이용하였다.
- 그 중 대표적인 것으로 야지의 지형에서 안정적인 주행을 위한 다리를 이용한 자세 평형 유지 및 능동적 현가 제어를 들 수 있으며, 야지에 널린 장애물을 극복할 수 있는 알고리즘 등을 들 수 있다. 따라서 본 논문에서는 야지의 장애물을 극복하는첫 단계로 계단형 장애물 극복 알고리즘을 제안한다. 계단형 장애물이란 도로에서 인도로의 보도 블록층을 간단히 예로 들 수 있다.
- 그러나 장애물을 극복해야 하는 경우는 로봇과 장애물 사이의 거리를 일정 거리로 유지시킬 수 있어야 한다. 따라서본 연구에서는 로봇과 장애물과의 충돌을 회피하고 일정 거리를 유지할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안 하는 알고리즘은 로봇이 PSD 센서로 장애물을 감지 시 로봇이 일정 거리 이내로 장애물에 접근하지 않도록 하는 것이다.
- 계단형 장애물은 이동 로봇의 기하학적 형상으로 인해 높이가 제약된다. 본 논문에서는 로봇 몸체를 장애물에 지지하지 않고 오직 암만을 이용해 장애물을 극복하는 것을 목표로 하여 로봇의 기하학적 형상에 의해 정해지는 일정 높이 이하의 장애물을 극복할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘 은 이동 로봇의 몸체의 전면부에 장착된 거리 측정 센서와 로봇의 각 다리의 관절에 장착된 토크 센서를 이용하여 안정적으로 장애물을 인식할 수 있는 방법과 장애물을 오르내리는 일련의 과정을 포함하고 있다.
- 본 논문에서는 야지에서의 안정적인 주행 및 장애물 극복이 용이한 이동 로봇을 이용하여 계단형 장애물을 극복할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 또한 본 논문에서 제안한 안정적으로 장애물을 인식할 수 있는 방법과 6축 다리형 로봇이 계단형 장애물을 오르내리기 위한 일련의 알고리즘을 시뮬레이션과 이동 로봇을 이용한 실제 테스트를 통하여 효율성을 검증해 보았다.
- 이동 로봇은 최소 120cm 이상에서 장애물을 감지할수 있도록 설계되어 있다. 본 연구에서는 [그림 3]에서와 같이 로봇과 장애물의 거리가 60cm 이내로 줄었을때 로봇과 장애물 사이의 거리를 60cm로 유지시키기 위해 로봇과 장애물 사이에 60cm의 가상의 스프링을 삽입하여 충돌을 회피하는 알고리즘을 도입하였다. 식 (2)와 표 2은 충돌 회피를 위한 임피던스 컨트롤 알고리즘[9]을 이용하여 속도를 구하는 식이다.
- 본 연구에서는 계단형 장애물 극복 알고리즘이 실제 로봇에 적용되었을 때, 알고리즘 수행 과정에서 발생될수 있는 오작동을 미연에 방지하기 위해 장애물 극복을 위한 각 단계별 자세를 미리 시뮬레이션하고 각 자세가 암 구동기의 능력으로 구현 가능한 자세인지를 암의 각 관절 토크 분석을 통해 판별하는 과정을 거친다. 이를 위하여 본 절에서는 장애물 극복 시 암의 관절에 걸리는 토크를 구하기 위한 방법을 제시한다.
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