[논문]발사형 정찰로봇을 위한 파단형 보호체 개발

강봉수; 조윤호; 최정남

doi:10.3795/ksme-a.2012.36.11.1473

발사형 정찰로봇을 위한 파단형 보호체 개발
Development of Fracture-Type Protector for a Launching Reconnaissance Robot 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.11, 2012년, pp.1473 - 1478

강봉수 (한남대학교 기계공학과) , 조윤호 (한남대학교 기계공학과) , 최정남 (한남대학교 기계공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 원거리에 떨어진 작전지역으로 정찰로봇을 발사하여 투하하기 위해서 필요한 파단형 보호체에 대한 개발내용을 제시한다. 실제 전장에서의 활용성을 높이기 위해 기존 외피 전개를 위한 기구사용을 배제하고 체결부의 파단에 의해서 보호체의 외피가 개방되는 방식을 채택하여 소형, 경량을 이루었다. 보호체와 정찰로봇의 유한요소 모델링을 통해서 주어진 하중조건에 맞추어 체결부의 파단이 이루어지는지 전산모의실험을 수행하였으며, 낙하시험기를 이용한 충격실험을 통해서 충돌에 대한 보호체의 충격흡수성능을 분석하였다. 실제 외부환경에서의 100m 발사시험을 통해서 제안된 보호체가 정찰로봇을 탑재하여 정해진 지점으로 비행 도착한 후 안전하게 정찰로봇을 이탈시킴을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the development of a fracture-type protector for carrying a reconnaissance robot to a remote target area. Instead of a conventional unlocking mechanism, a separation method based on the fracture of assembled parts was implemented in the proposed lightweight protector in order to improve the feasibility for a real battlefield. Simulations using the finite element model of the protector and the robot were performed to verify the fracture under the given loading conditions, and shock experiments using a drop table were performed to calculate shock transmittance through the protector to the robot. Several field tests for a 100-m flight proved that the proposed scenario (launching, flying, landing, and separation) was achieved successfully.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 처음으로 개발된 발사형 정찰로봇의 보호체보다 경제성이나 개방 확률에서 우수한 기능을 가지도록 설계된 개량된 보호체의 설계개념, 그리고 이에 대한 충격해석 및 실험에 대한 분석 및 토의를 제시한다. 먼저 2장에서는 발사형 정찰로봇을 위한 보호체의 설계개념과 파단장치의 장단점을 분석하며 3장에서는 설계된 보호체의 충격흡수 성능을 해석하기 위한 유한요소해석 결과와 실제 낙하실험을 통한 충격실험결과를 제시한다.
본 연구에서는 저가의 정찰로봇을 발사방식으로 상대방의 진영에 다수 살포하여 여러 지역의 영상정보를 수집할 수 있도록 목표지점까지 정찰로봇을 운송하는 일회용 보호체에 대한 설계개념과 실험결과를 제시한다. 보호체의 목표지점 도착 후 전개방식은 추가적인 개방기구를 사용하지 않고 보호체 외피의 파단을 이용한 분리방식으로 보호체의 경량 및 소형화가 가능하다.

가설 설정

보호체 주요 구성품인 외피 재질은 수지계열인 POM(Poly Oxy Methylene) 그리고 스프링은 탄소강(carbon steel)의 물성치를 사용하였다.⁽⁸⁾ Table2 와 같이 외피에 많은 요소를 가지도록 하였으며 하중조건은 30m 를 수직 낙하하여 정면충돌을 가정하여 시험을 수행하였다. 즉

제안 방법

8 에 나타내었다. 낙하는 충돌면에서 각각 20cm, 40 cm, 60 cm 높이에서 수행하였으며, 낙하정반의 무게가 15kg 으로서 보호체의 무게가 0.55 kg 임을 고려하면 낙하정반의 높이는 보호체만 낙하시켰을 때에 비해서 실제 28 배 이상의 높이에서 보호체만 낙하시킨 충격효과와 유사하게 모방할 수 있다.
3 과 같이 설계하였다. 두 부분의 결합부위는 인위적으로 구멍과 노치(notch)를 두어 무게를 줄인 동시에 체결부가 약한 강도를 가지게 설계하였다. 체결부위는 Fig.
4 의 결합부분이 파손되어 보호체의 두 외피가 분리가 되어 내부의 정찰로봇이 이탈해야 한다. 따라서 보호체를 설계하고 제작하는 과정에서 반복시행의 오류를 줄이기 위해 유한요소방법(Finite Element Method)를 통해서 보호체를 모델링하여 충격에 대한 전산 모의실험을 수행하여 목표를 달성할 수 있는 보호체의 설계치수를 선정하였다.
2 kHz 의 샘플링으로 신호처리를 수행하였다. 또한 보호체안에 정찰로봇과 동일한 무게와 부피를 가지는 로봇더미(dummy)을 위치하고 충격가속도계를 장착하여 정찰로봇에 전달되는 충격력을 동시에 측정하였다.
보호체의 설계안에 대한 충격해석을 모의실험하기 위해서 Abaqus 를 이용하여 정찰로봇과 보호체를 유한요소 모델링하였다. 보호체 주요 구성품인 외피 재질은 수지계열인 POM(Poly Oxy Methylene) 그리고 스프링은 탄소강(carbon steel)의 물성치를 사용하였다.
이러한 문제점을 해결하고 추가적으로 부품수를 줄여 경제성을 높이기 위해서 개방기구를 없애고, 파단방식의 단순구조로 2개의 부분(piece)으로 구성한 보호체를 Fig. 3 과 같이 설계하였다. 두 부분의 결합부위는 인위적으로 구멍과 노치(notch)를 두어 무게를 줄인 동시에 체결부가 약한 강도를 가지게 설계하였다.
9 는 실제 외부환경에서 보호체의 발사 및 전개 시험과정을 연속적으로 보여주고 있다. 자체 제작한 석궁형 발사장치는⁽⁹⁾고탄성 고무밴드와 병렬형 판스프링을 각각 활줄과 활대로 사용하여 제작하였으며 1kg 정도의 정찰로봇이 탑재된 보호체와 보호체를 발사장치 직선가이드에 따라 이동시키는 어뎁터(adapter)를 포함하여 100m이상 비행시킬 수 있다. Fig.
정반에 충격가속도계(측정범위: 10,000 g, PCB)를 설치하여 충돌 시 보호체가 받는 충격가속도를 측정하였으며 LabVIEW^TM환경에서 고성능 데이터수집장치(NI4496, National Instruments)를 통해서 51.2 kHz 의 샘플링으로 신호처리를 수행하였다. 또한 보호체안에 정찰로봇과 동일한 무게와 부피를 가지는 로봇더미(dummy)을 위치하고 충격가속도계를 장착하여 정찰로봇에 전달되는 충격력을 동시에 측정하였다.
정찰로봇을 포함한 보호체의 중량은 1차버전의 경우 1.4 kg 에서 2 차버전은 0.5kg 으로 경량화하여 동일한 발사장치로 발사할 경우 비행거리를 더욱 높여 보호체의 내충격성을 고려할 때 100m까지 비행할 수 있도록 설계하였다. 보호체의 설계목표는 ① 먼저 포물선으로 100m 의 비행 후 바닥면에 도착하였을 때의 충돌로부터 내부의 정찰로봇을 보호해야 하는 반면, ② 바닥면의 충돌로 Fig.

대상 데이터

보호체의 설계안에 대한 충격해석을 모의실험하기 위해서 Abaqus 를 이용하여 정찰로봇과 보호체를 유한요소 모델링하였다. 보호체 주요 구성품인 외피 재질은 수지계열인 POM(Poly Oxy Methylene) 그리고 스프링은 탄소강(carbon steel)의 물성치를 사용하였다.⁽⁸⁾ Table2 와 같이 외피에 많은 요소를 가지도록 하였으며 하중조건은 30m 를 수직 낙하하여 정면충돌을 가정하여 시험을 수행하였다.

성능/효과

3ms 이후에 발생하고 있다. 그리고 보호체에 비해서 내부에 위치한 정찰로봇에 전달되는 충격가속도는 스프링의 탄성에 의해 약 35% 정도 감소하여 전달되었으며 이는 전산모의실험에서 계산된 값 85%에 비해서는 큰 차이를 보이지만 실제 실험에서는 보호체를 지그에 완전히 고정하기 위해 스프링이 이미 압축된 상태에서 충격을 받아 충격력을 충분히 흡수하지 못한 것으로 분석된다.
그리고 충돌 직후 7 번째 사진처럼 보호체 외피가 파손되면서 분리가 되고 내부에 위치한 정찰로봇이 이탈하여 8 번째 사진과 같이 정찰로봇은 도착지점 인근에서 정찰업무를 시작할 수 있다. 여러 번의 실험을 통해서 보호체의 어느 면이 바닥에 충돌하여도 체결부위에서 파단이 일어나 정찰로봇이 이탈함을 확인하였다.
유한요소모델링을 통해서 보호체 외피의 설계인자가 주어진 하중조건에서 파단이 일어나는지를 분석하였으며, 실제 충격실험을 통해서 보호체가 외부의 충격을 완화하여 내부의 정찰로봇을 효과적으로 보호하고 있음을 알 수 있었다. 실제 야외환경에서 보호체의 발사시험을 실시하여 100m 이상 정찰로봇 투입이 가능함을 보였으며 향후 발사장치를 석궁대신 화약을 사용하고 하중조건에 맞게 설계치수를 선정한다면 유탄발사기와 같이 개인용 화기를 통해서 정찰로봇의 발사와 정찰이 가능할 것으로 예측된다.

후속연구

유한요소모델링을 통해서 보호체 외피의 설계인자가 주어진 하중조건에서 파단이 일어나는지를 분석하였으며, 실제 충격실험을 통해서 보호체가 외부의 충격을 완화하여 내부의 정찰로봇을 효과적으로 보호하고 있음을 알 수 있었다. 실제 야외환경에서 보호체의 발사시험을 실시하여 100m 이상 정찰로봇 투입이 가능함을 보였으며 향후 발사장치를 석궁대신 화약을 사용하고 하중조건에 맞게 설계치수를 선정한다면 유탄발사기와 같이 개인용 화기를 통해서 정찰로봇의 발사와 정찰이 가능할 것으로 예측된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	eyeball은 무엇을 수행하는가?	또한 보안감시성능보다는 실제 전장에서의 활용성을 높이기 위해서 이스라엘 ODF 에서 개발한 정찰로봇, eyeball(4)은 주행기능을 포기하고 대신 360˚ 회전이 가능한 카메라만을 장착한 저가의 구형 정찰로봇으로서 사람의 힘을 이용한 투척이나 높은 지역에서의 투하방식으로 상대방의 점거지역에 대량으로 침투시켜 정찰활동을 수행한다. 다수의 로봇 군집들이 정보를 수집하므로 다양한 수집활동이 가능하며 일부 로봇의 기능이 상실되어도 전체 정찰업무가 실패할 가능성이 줄어든다.
	발사형 정찰로봇 및 보호체에 대한 개발은 어떤 단점을 극복하기 위함인가?	다수의 로봇 군집들이 정보를 수집하므로 다양한 수집활동이 가능하며 일부 로봇의 기능이 상실되어도 전체 정찰업무가 실패할 가능성이 줄어든다. 이와 유사한 방식으로 단순 로봇하드웨어에 추가적으로 주행기구를 장착한 소형 정찰로봇(5,6)이 국내·외적으로 개발되고 있으나, 투척방식의 정찰로봇은 투척거리가 작아 멀리 떨어진 적진에 도달하기 힘들며 바닥면과의 충돌 시 파손가능성이 높은 단점이 있다.
	이스라엘 ODF 에서 개발한 정찰로봇, eyeball의 개발목적은?	또한 보안감시성능보다는 실제 전장에서의 활용성을 높이기 위해서 이스라엘 ODF 에서 개발한 정찰로봇, eyeball(4)은 주행기능을 포기하고 대신 360˚ 회전이 가능한 카메라만을 장착한 저가의 구형 정찰로봇으로서 사람의 힘을 이용한 투척이나 높은 지역에서의 투하방식으로 상대방의 점거지역에 대량으로 침투시켜 정찰활동을 수행한다. 다수의 로봇 군집들이 정보를 수집하므로 다양한 수집활동이 가능하며 일부 로봇의 기능이 상실되어도 전체 정찰업무가 실패할 가능성이 줄어든다.

참고문헌 (9)

http://www.irobot.com/gi/ground/510_PackBot/
O'Halloran, D., Wolf, A. and Choset, H., 2004, "Design of a High-Impact Survivable Robot," Proc. IEEE Conf. on Robotics and Automation, pp. 3551-3558.
Matthies, L., Xiong, Y., Hogg, R., Zhu, D., Rankin, A., Kennedy, B., Hebert, M., Maclachlan, R., Won, C. and Frost, T., 2002, "A Portable, Autonomous, Urban Reconnaissance Robot," Robotics and Autonomous Systems, Vol. 40, pp. 163-172.

상세보기
http://www.odfopt.com/eyeball_r1/eyeballr1_home.htm
Hougen, D. F., 2000, "Miniature Robotic System for Reconnaissance and Surveillance," Proc. IEEE Conf. on Robotics and Automation, pp.501-507.
Tadakuma, K., Tadakuma, R., Nagatani, K., Yoshida, K., Aigo, M., Shimojo, M. and Iagnemma, K., 2009, "Throwable Tetrahedral Robot with Transformation Capability," Proc. IEEE/RSJ Conf. on Intelligent Robotics and Systems, pp. 2801-2808.
Kang, B. S. and Park, M. S., 2011, "Protector Design and Shock Analysis for a Launch-Reconnaissance Robot, " Trans. of the KSME (A), vol. 35, No. 8, pp. 971-976.
http://www.matweb.com/
Kim, C.-Y., Jung, W.-S., Kang, B.-S., Kim, K.-S., Kim, S.-H., 2010, " Development of the Crossbow Type Launcher for a Small Reconnaissance Robot," Proc. Korea Institute of Military Science and Technology Conference, pp. 1736-1739.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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