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전방향 이동 메커니즘 기반의 교육용 로봇 플랫폼 개발
Development of Educational Robot Platform Based on Omni-directional Mobile Mechanism 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.11, 2013년, pp.1161 - 1169  

주백석 (금오공과대학교 지능기계공학과) ,  성영휘 (금오공과대학교 전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper an omni-directional mobile robot is suggested for educational robot platform. Comparing to other robots, a mobile robot can be easily designed and manufactured due to its simple geometric structure. Moreover, since it is required to have low DOF motion on planar space, fabrication of c...

주제어

#이동로봇   #전방향성   #메카넘휠   #교육용 플랫폼  

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

문제 정의

  • 교육용 로봇을 위한 다양한 로봇 플랫폼 중에서 이 연구에서는 이동로봇을 제안하고 있다. 로봇의 개발을 기구부 제작 및 제어부 설계의 관점 에서 봤을 때 다른 시스템에 비해 비교적 쉽고 간단하게 본연의 목적을 달성할 수 있도록 개발할 수 있는 것이 이동로봇이다.
  • 그 대안으로서 이 연구에서는 전방향바퀴(omni-directional wheel)에 기반한 이동로봇 플랫폼을 제안하고자 한다. 특히 메카넘휠(Mecanum wheel)이라고 불리는 전방향바퀴를 사용하는데 이 바퀴는 구조적인 형태 때문에 순간적으로 모든 방향으로의 움직임이 가능한 홀로노믹(holonomic) 특성을 갖는다.
  • 그리고 평면운동이라는 다소 낮은 차원의 운동을 수행한다는 점에서 제어기의 설계 또한 비교적 간단하다. 따라서 이 연구에서는 교육용 로봇 플랫폼으로 손쉽게 사용될 수 있는 이동로봇의 개발을 수행하고자 한다. 교육용 이동로봇 플랫폼의 개발에 있어 전통적인 형태의 바퀴를 이용한 이동로봇이 기구설계의 단순화 측면에서는 더 장점이 있다.
  • 이 연구에서는 쉽고 직관적인 모션을 생성할 수 있는 교육용 이동로봇 플랫폼을 제공하고자 하였다. 이동로봇은 기구적 설계나 제어시스템 구성의 관점에서 비교적 쉽게 접근이 가능하다.
  • 따라서 메카넘휠을 장착한 이동로봇은 비홀로노믹 특성이 없는 전방향성 (omni-directionality)을 획득하게 되고, 본체의 회전이나 추가적인 공간 없이 평면상의 모든 방향으로 즉각적인 이동이 가능하다. 이 특성은 이동 로봇이 유연한 전후/좌우/회전 3자유도 운동이 가능하게 하여 직관적인 제어알고리즘 설계를 구현하도록 돕는다.
  • 특히 이 연구에서는 사람의 탑승이 가능한 이동로봇의 개발을 목표로 기구부의 설계 및 제작에 서부터 하드웨어 선정과 소프트웨어를 이용한 프로그래밍까지의 전 과정을 아우르는 통합시스템 구현을 위한 교육이 수행되었다. 메카넘휠의 구동 원리를 학습하고 이를 3D 설계도구를 이용하여 설계하고 도면화하여 수치제어 공작기계를 이용하여 제작을 수행하였다.
  • 특히 이 연구에서는 전방향바퀴 기반의 이동플랫폼을 제안한다. 자동차와 같은 조향장치나 차동 구동형(differential drive) 시스템을 갖는 전통적인 형태의 이동 플랫폼은 2차원 평면상에서의 병진 및 회전 등의 3자유도 운동이 가능하지만 각각의 자유도가 독립적으로 제어되지 않는 비홀로노믹 특성을 갖는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교육용 이동로봇 플랫폼의 개발에 있어 더 장점이 부각되는 측면은? 따라서 이 연구에서는 교육용 로봇 플랫폼으로 손쉽게 사용될 수 있는 이동로봇의 개발을 수행하고자 한다. 교육용 이동로봇 플랫폼의 개발에 있어 전통적인 형태의 바퀴를 이용한 이동로봇이 기구설계의 단순화 측면에서는 더 장점이 있다. 그러나 바퀴와 바닥의 접촉점에서 지면에 수직한 축 방향 회전 슬립(slip)에 의한 비홀로노믹(non-holonomic) 특성 때문에 3자유도 평면 공간에서의 모션생성 능력이 제한되어 유연한 구동이 어렵고 제어 또한 복잡해질 수 있다.
이동로봇의 특징은? 로봇 교육에 사용될 수 있는 다양한 플랫폼 중에서 기구적 설계나 제어시스템 구성의 관점에서 비교적 쉽게 접근이 가능한 대상이 이동로봇이다. 하드웨어 및 제어기를 실을 수 있는 단순한 형태의 바디에 바퀴 연결만으로 기구적 플랫폼 설계가 가능하다.
이동로봇의 장점은? 로봇 교육에 사용될 수 있는 다양한 플랫폼 중에서 기구적 설계나 제어시스템 구성의 관점에서 비교적 쉽게 접근이 가능한 대상이 이동로봇이다. 하드웨어 및 제어기를 실을 수 있는 단순한 형태의 바디에 바퀴 연결만으로 기구적 플랫폼 설계가 가능하다. 그리고 평면운동이라는 다소 낮은 차원의 운동을 수행한다는 점에서 제어기의 설계 또한 비교적 간단하다. 따라서 이 연구에서는 교육용 로봇 플랫폼으로 손쉽게 사용될 수 있는 이동로봇의 개발을 수행하고자 한다.
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참고문헌 (9)

  1. Muir, P. F. and Neuman, C. P., "Kinematic Modeling for Feedback Control of an Omnidirection Wheeled Mobile Robot," IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 4, pp. 1772-1778, 1987. 

  2. Doroftei, I., Grosu, V., and Spinu, V., "Omnidirectional Mobile Robot - Design and Implementation," Bioinspiration and Robotics Walking and Climbing Robots, pp. 511-528, 2007. 

  3. NTREX Co., "NT-MECANUM-BASIC," http://www.ntrexgo.com/archives/8798(Accessed 24 Oct. 2013) 

  4. Rotacaster Wheel Ltd., "Rotacaster multi-directional wheels," http://www.rotacaster.com.au/rotacaster-multi-directional-wheels.html(Accessed 24 Oct. 2013) 

  5. Lee, Y.-C., Lee, D. V., Chung, J. H., and Velinsky, S. A., "Control of a Redundant, Reconfigurable Ball Wheel Drive Mechanism for an Omnidirectional Mobile Platform," Robotica, Vol. 25, No. 4, pp. 385-395, 2007. 

    상세보기 crossref

  6. Udengaard, M. and Iagnemma, K., "Analysis, Design, and Control of an Omnidirectional Mobile Robot in Rough Terrain," ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 131, No. 12, Paper No. 1002-11, 2009. 

  7. Chu, B. and Sung, Y. H., "Kinematic Modeling and Position Compensation based on Mecanum Wheeled Omni-directional Mobile Robot," ISGMA 2013, Paper No. A-10-3, 2013. 

  8. Shin, D. H. and Lee, I.-T., "Geometry Design of Omni-directional Mecanum Wheel," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 15, No. 3, pp. 11-17, 1998. 

  9. Doroftei, I. and Stirbu, B., "Design, Modeling and Control of an Omni-directional Mobile Robot," Solid State Phenomena, Vols. 166-167, pp. 173-178, 2010. 

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