최근 전투에서 인명 손실을 최소화하기 위해 사람이 접근하기 어려운 지역에서 부상병을 구조해내는 로봇(Vecna Bear type robot)이 개발되고 있다. Vecna BEAR 형 로봇은 험한 지형을 주행하게 되므로 큰 진동 및 전복에 의해 부상자에게 충격을 가할 수 있다. 이러한 로봇의 안정성을 보장하기 위해서는 다양한 환경에 대해 주행 한계속도를 실시간으로 추정할 수 있는 알고리즘이 요구된다. 따라서 한계속 도추정 알고리즘을 수행하기 위하여 실시간 해석이 가능한 동역학 모델이 필요하다. Vecna BEAR 형 로봇의 구동부인 궤도는 실제로 많은 요소로 구성되어 있기 때문에 궤도의 다물체 동역학 모델에 의한 실시간 해석은 불가능하다. 그러므로 적은 해석량과 합당한 정확성을 만족하는 lumped 궤도 모델이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 lumped 궤도 모델링을 수행하였고, 다물체 동역학 상용 프로그램인 RecurDyn 을 이용하여 견인력을 검증하였다.
최근 전투에서 인명 손실을 최소화하기 위해 사람이 접근하기 어려운 지역에서 부상병을 구조해내는 로봇(Vecna Bear type robot)이 개발되고 있다. Vecna BEAR 형 로봇은 험한 지형을 주행하게 되므로 큰 진동 및 전복에 의해 부상자에게 충격을 가할 수 있다. 이러한 로봇의 안정성을 보장하기 위해서는 다양한 환경에 대해 주행 한계속도를 실시간으로 추정할 수 있는 알고리즘이 요구된다. 따라서 한계속 도추정 알고리즘을 수행하기 위하여 실시간 해석이 가능한 동역학 모델이 필요하다. Vecna BEAR 형 로봇의 구동부인 궤도는 실제로 많은 요소로 구성되어 있기 때문에 궤도의 다물체 동역학 모델에 의한 실시간 해석은 불가능하다. 그러므로 적은 해석량과 합당한 정확성을 만족하는 lumped 궤도 모델이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 lumped 궤도 모델링을 수행하였고, 다물체 동역학 상용 프로그램인 RecurDyn 을 이용하여 견인력을 검증하였다.
Recently, Vecna BEAR type robot to save injured individuals from inaccessible areas has been developed to minimize the loss of life. Because this robot is driven on rough terrain, there is a risk of rollover and vibration, which could impact the injured. In order to guarantee its stability, an algor...
Recently, Vecna BEAR type robot to save injured individuals from inaccessible areas has been developed to minimize the loss of life. Because this robot is driven on rough terrain, there is a risk of rollover and vibration, which could impact the injured. In order to guarantee its stability, an algorithm is required that can estimate the speed limits for various environments in real time. Therefore, a dynamic model for real-time analysis is needed for this algorithm. Because the tracks used as the driving component of Vecna BEAR type robot consist of many parts, it is impossible to analyze the multibody tracks in real time. Thus, a lumped track model that satisfies the requirements of a short computation time and adequate accuracy is required. This study performed lumped track modeling, and the traction force was verified using RecurDyn, which is a dynamic commercial program.
Recently, Vecna BEAR type robot to save injured individuals from inaccessible areas has been developed to minimize the loss of life. Because this robot is driven on rough terrain, there is a risk of rollover and vibration, which could impact the injured. In order to guarantee its stability, an algorithm is required that can estimate the speed limits for various environments in real time. Therefore, a dynamic model for real-time analysis is needed for this algorithm. Because the tracks used as the driving component of Vecna BEAR type robot consist of many parts, it is impossible to analyze the multibody tracks in real time. Thus, a lumped track model that satisfies the requirements of a short computation time and adequate accuracy is required. This study performed lumped track modeling, and the traction force was verified using RecurDyn, which is a dynamic commercial program.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 궤도 효과와 지면과의 접촉영역을 고려한 간략화된 해석 모델을 제시하였다. 이러한 lumped 궤도 모델은 궤도에 의한 접촉력을 직접 구하여 로봇의 운동방정식에 외력으로 넣어주는 방법을 사용함으로써 실시간해석이 가능 하도록 한다.
가설 설정
3 과 같이 폭 wt, 길이 lt의 크기를 가지며 요소의 면적은 At(= wt × lt)이다. 이때 각 요소에 작용하는 궤도힘은 요소의 면적에 일정하게 분포하여 작용한다고 가정한다.
기존의 동역학 상용 프로그램인 RecurDyn 은 실험과의 검증이 되어있으므로, 상용 프로그램의 결과를 정해로 가정하고 시뮬레이션을 통하여 검증을 수행한다.
제안 방법
이와 동시에 부상자에게 2 차 충격을 가할 수 있으므로 조작자의 모니터링을 통한 속도 제어만으로는 로봇 및 부상자의 안전성을 보장할 수 없다. 이에 차량형 로봇에 적용된 사례가 있는 한계주행속도 결정 알고리즘(1,2)을 적용하여 조작자의 속도제어를 보조하고 Vecna BEAR 형 로봇의 주행 안전성을 보장한다.
따라서 적은 해석량으로 장애물에 따른 실제 압력 분포를 계산하기 위하여 본 논문에서는 궤도를 길이방향으로 N 개의 요소로 분할하여 궤도힘을 계산하는 방법을 제안한다. 궤도를 요소로 분할함으로써 요소마다의 힘 계산을 통하여 주행 노면의 장애물의 위치에 따른 압력 및 힘을 출력할 수 있게 된다.
본 연구에서는 실시간 해석을 필요로 하는 Vecna BEAR 형 로봇의 구동부인 궤도를 간략화하여 모델링하였고, 이를 상용 소프트웨어의 다물체동역학 모델과 비교하여 견인력 검증을 수행하였다. 시뮬레이션으로부터 lumped 궤도 모델의 견인력은 타당한 결과를 나타냄을 확인하였다.
대상 데이터
따라서 궤도의 주행 중 발생하는 전단변위를 수용할 수 있는 요소의 길이와 개수를 구하기 위하여 반복 시뮬레이션 수행하였다. 이로부터 검증을 위한 요소 개수는 15 개로 선정하였다.
데이터처리
이러한 lumped 궤도 모델은 궤도에 의한 접촉력을 직접 구하여 로봇의 운동방정식에 외력으로 넣어주는 방법을 사용함으로써 실시간해석이 가능 하도록 한다. 그리고 제안된 lumped 궤도 모델에 대하여 상용 다물체 동역학 프로그램인 RecurDyn을 사용하여 견인력 검증을 수행하였다.
따라서 이러한 궤도힘 모델의 신뢰성을 확보하기 위해서 다물체 동역학 모델에 대한 검증이 필요하다. 검증은 다물체 동역학 상용 프로그램인 RecurDyn을 사용하여 모델링한 다물체 동역학 모델과 궤도힘 모델을 적용한 lumped 궤도 모델을 비교하여 검증한다. 다물체 동역학 모델과 lumped 궤도 모델에 대한 검증은 Vecna BEAR 형 로봇 전체 시스템에 대해서가 아닌 Fig.
이론/모형
장애물에 따른 실제 압력 분포를 계산하기 위해 현재 고려하고 있는 궤도의 요소별 전단 변위를 구하기 위하여, McCullough(9)가 제시한 전단 변위의 정의를 적용한다.
다물체 동역학 모델은 RecurDyn 을 이용하여 모델링하였다. RecurDyn 을 이용한 궤도 모델은 Fig.
성능/효과
본 연구에서는 실시간 해석을 필요로 하는 Vecna BEAR 형 로봇의 구동부인 궤도를 간략화하여 모델링하였고, 이를 상용 소프트웨어의 다물체동역학 모델과 비교하여 견인력 검증을 수행하였다. 시뮬레이션으로부터 lumped 궤도 모델의 견인력은 타당한 결과를 나타냄을 확인하였다.
후속연구
따라서 기존의 모델에 횡방향 힘이 추가적으로 고려되어야 하고, 이는 3차원 모델로 모델링 되어야 한다. 그리고 실제 모델이 제작된 이후에 실험과의 검증을 통하여 본연구에 대한 신뢰성을 높일 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Vecna BEAR 형 로봇의 임무수행 환경은 어떤 위험이 있는가?
위험 지역에 투입되는 만큼 Vecna BEAR 형 로봇에 대한 조작은 원격으로 이루어지게 된다. Vecna BEAR 형 로봇의 임무수행 환경은 시가지 또는 야지로서, 예측을 벗어난 상태의 노면을 주행하게 될 때 충격으로 인한 전복의 위험이 있다. 이와 동시에 부상자에게 2 차 충격을 가할 수 있으므로 조작자의 모니터링을 통한 속도 제어만으로는 로봇 및 부상자의 안전성을 보장할 수 없다.
Vecna BEAR 형 로봇은 무엇인가?
1 은 미국 Vecna 사에서 개발 중인 BEAR(Battlefield Extraction-Assist Robot)의 모습이다. Vecna BEAR 형 로봇은 미래전 상황 시 사람이 접근하기 힘든 지역으로부터 부상자의 구조를 목적으로, 구조한 부상자를 들고 안전한 지역까지 이동하는 임무를 수행하는 무인 로봇이다. 위험 지역에 투입되는 만큼 Vecna BEAR 형 로봇에 대한 조작은 원격으로 이루어지게 된다.
Vecna BEAR 형 로봇의 안정성을 보장하기 위해서 무엇이 요구되는가?
Vecna BEAR 형 로봇은 험한 지형을 주행하게 되므로 큰 진동 및 전복에 의해 부상자에게 충격을 가할 수 있다. 이러한 로봇의 안정성을 보장하기 위해서는 다양한 환경에 대해 주행 한계속도를 실시간으로 추정할 수 있는 알고리즘이 요구된다. 따라서 한계속 도추정 알고리즘을 수행하기 위하여 실시간 해석이 가능한 동역학 모델이 필요하다.
참고문헌 (12)
Yi, K. C., 2009, "Driving Velocity Decision of a 6x6 Autonomous Vehicle Using Dynamic Analysis," M. S. Thesis, Busan National University, Busan, Korea.
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Janosi, Z. and Hanamoto, B., 1961, "The Analytical Determination of Drawbar Pull as a Function of Slip for Tracked Vehicles in Deformable Soils," Proc. of the 1st International Conference on the Mechanics of Soil Vehicle Systems, Edizioni Minerva Tecnica, Torino, Italy.
McCullough, M. K., Haug, E. J., 1985, "Terra-Dynamics of High Mobility Track Vehicles," Technical Report, University of Iowa, Iowa, USA.
AUTO JOURNAL, Journal of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 31, No. 3, p. 25.
Function Bay, "RecurDyn, Low-Mobility Tracked Vehicle Tutorial (Track_LM)."
MSC Software, "ADAMS, Manual of Soft Soil Tire Model."
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