[논문]지뢰탐지를 위한 궤도로봇의 설계와 가능성 연구

이상호; 한창수

지뢰탐지를 위한 궤도로봇의 설계와 가능성 연구
Design and Feasibility Study of a Tracked Robot for Landmine Detection 원문보기

Millions of landmines still have been buried in various countries around the world. Unfortunately, landmines make the correct detection of humanitarian organizations very difficult. For this purpose, new technologies such as improved sensors, efficient manipulators and mobile robots are needed. Our effort is to develop a small mobile robot for landmine detection. The mobile robot consists of sensor module, GPS, RF communications equipment, IR camera, motors, and controllers, etc. This paper describes the current configuration of development in landmine detecting tracked robot. Specifically we are concerned with the sensor module of the mobile robot. Our results show that graphs have measured a small metal instead of a real landmine because of the big danger of students experiments on detection with real landmines.

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문제 정의

따라서, 본 논문에서는 야지와 같은 산악지형을 주행하는 무한궤도형 바퀴형태가 로봇의 구동부로 적합하는 4 소형 로봇을 제안하여 금속을 탐지할 수 있는 가능성에 대해 논한다.
본 논문에서는 지뢰탐지를 위한 소형 이동 로봇의 실용화를 위한 성능 평가를 제시하고 지뢰탐지의 기능 실현 가능성에 대해 논하였다.

제안 방법

Fig. 7 은 본 논문에서 제안하여 실험을 실시한 이동 시스템이며, 기전력 측정방법은 자갈과 흙이 섞여진 비교적 평탄한 평지에서 실험하였다. 실제 지뢰를 실험하기에는 군부대의 협조가 필요하고 또한, 실험자와 협조자의 생명을 위협하는 매우 위험한 일이므로, 일반적으로 구하기 쉽고 지뢰보다 작은 크기의 대상물을 선정하여 땅밑 5cm 정도 묻은 후, 센서모듈을 장착한 이동 로봇이 그 위를 지나가면서 기전력을 측정하는 방법으로 실험을 하였으며, 탐지 대상물의 크기는 지름 1cm, 길이 2cm 이고, 철 재질인 원형 막대이다.
Fig. 8 에서 0.4~0.5 초 사이에 Fig. 9 은 0.1~0.2 초 사이, Fig. 10 는 0.4 초에서, Fig. 11 은 0.6 초에서 원형 막대가 탐지된 것을 알 수 있으며, ov 이하에서 발생 된 신호와 그래프 안에서 잡음처럼 빈틈이 보이는 이유는 이동로봇이 토양 위를 주행하면서 발생되는 진동때문에 센서모듈의 수신 안테나에서 발생한 잡음이고, 이동로봇이 움직일 때, 센서 모듈을 외부 충격으로부터 보호하고 오직 토양 속의 원형 막대에서 발생되는 기전력을 측정하기 위해 보호 장치를 설치하였다. 따라서 보호막의 경계 부분에 의해 그래프 상에서 약 2V 이상부터 측정되는 것을 알 수 있다.
로봇 시스템의 이동 및 주행을 시키고, BLDC(Bruchless DC) 모터를 장착하여 오랜 수명을 가능하게 하며 모터 제어기와 드라이브(drive) 사이에 캔(CAN)통신을 이용하여 간단한 하드웨어 구성으로 빠른 통신을 하는 구동(motor) 시스템, 야간에도 영상을 습득 할 수 있는 적외선 원거리 카메라와 로봇의 바로 앞 영상을 습득하는 근거리 카메라의 영상 시스템, 자기장을 이용하여 지뢰 및 위험물을 탐지하는 센서와 수 십 cm 의 정밀도까지 로봇 위치를 알 수 있게 해주는 GPS(Global Positioning System)를 포함하는 센싱 (sensing) 시스템, 원거리에 떨어진 운영자가 발생시키는 무선신호와 로봇의 각 시스템의 신호를 송.수신 하는 무선 시스템 그리고 각 시스템에서 발생하는 신호처리와 명령을 연산하는 메인 컨트롤러 (main controller)가 구성되어 있다.
본 논문에서는 이동하는 모바일 로봇에 장착된 센서 모듈에서 이 원리를 이용하여 자기장을 측정하는 것이므로, 움직이는 센서모듈에 의한 유도기전력을 측정할 수 있는데 구하는 식은 다음과 같다.
7 은 본 논문에서 제안하여 실험을 실시한 이동 시스템이며, 기전력 측정방법은 자갈과 흙이 섞여진 비교적 평탄한 평지에서 실험하였다. 실제 지뢰를 실험하기에는 군부대의 협조가 필요하고 또한, 실험자와 협조자의 생명을 위협하는 매우 위험한 일이므로, 일반적으로 구하기 쉽고 지뢰보다 작은 크기의 대상물을 선정하여 땅밑 5cm 정도 묻은 후, 센서모듈을 장착한 이동 로봇이 그 위를 지나가면서 기전력을 측정하는 방법으로 실험을 하였으며, 탐지 대상물의 크기는 지름 1cm, 길이 2cm 이고, 철 재질인 원형 막대이다.
험지주행 소형 무한궤도 로봇을 제작하고 지뢰탐지 센서를 장착하며, 이동로봇에 여러가지 주행속도를 주어 센서모듈에서 탐지한 각각의 신호 형태를 보였다.
2 는 제안한 이동 시스템의 전체형상을 나타내고 있으며 지게차의 차륜 형태와 같이 구동륜을 전륜으로 하는 후륜이 전륜보다 작은 하이휠 (high wheel)형 무한궤도 로봇이다. 후륜을 전륜의 크기보다 작게 함으로써 로봇 시스템의 무게를 줄여 주행토크를 올릴 수 있으며, 전륜에 의해 궤도에 발생하는 스트레스(stress)를 줄일 수 있는 장점이 있어 하이휠 형 형태로 장착하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 센서모듈은 기존의 상용화된 센서로 군용 원형 센서가 아닌 일반용 막대형 센서를 사용하여 로봇이 탐지를 위해 주행 시 로봇의 궤도가 지뢰를 밟지 않도록 Fig. 5 에 나타낸 것과 같이 로봇의 폭보다 넓게 탐지하도록 구성하여 이동 로봇 에 장착하였다.

후속연구

본 실험의 시작단계에서 지뢰대신 비록 강철 막대를 사용하여 측정을 하였지만, 향후에는 안전적인 면을 절대적으로 고려하여 지뢰가 매설된 실제 현장에서 작업 및 실험이 가능하도록 다양한 설계 및 안전변수의 설정과 그 보완이 함께 진행되어야 할 것이다.

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