[논문]변형과 결합 가능한 4족 로봇에 대한 연구

김영민; 김용태

doi:10.5391/jkiis.2015.25.3.236

변형과 결합 가능한 4족 로봇에 대한 연구
Study on the Transformable Quadruped Robot with Docking Module 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.25 no.3, 2015년, pp.236 - 241

김영민 (국립 한경대학교 전기전자제어공학과) , 김용태 (국립 한경대학교 전기전자제어공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 로봇 간의 결합과 허리 관절을 이용하여 변형 가능한 다 개체 4족 로봇 플랫폼을 제안하였다. 메카넘 휠을 적용하여 다양한 각도로 주행이 가능하고, 주행으로는 이동할 수 없는 환경을 극복하기 위해 보행도 가능한 복합 이동형 로봇으로 설계하였다. 주행 및 보행을 구현하기 위해 2가지의 기구학을 사용하였으며, 보행은 일정한 패턴을 생성하여 구현하였다. 로봇의 전면부와 후면부에는 결합 모듈을 장착하였고, 두 로봇 간의 결합을 위해 결합 알고리즘을 제시하고 실험하였다. 변형을 위해 로봇의 몸 중간에 허리 관절을 적용하였고, 허리 관절을 이용한 변형을 통해 물건을 옮길 수 있는 새로운 기능을 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a study on transformable multiple quadruped robots by docking between robots and waist joints. This robot is able to go on a variety of angles because of mecanum wheels. It is also a hybrid design which allows robot use legs to overcome obstacles on complex terrains and wheels to move on flat ground. The robot is applied kinematics of mecanum wheels and walking, and its walking is based on specific patterns. Docking module is located in front and backside of robot, docking algorithm is suggested and fulfilled for docking between 2 robots. A waist joint is at the center of robot body for transformation and after docking and transformation, robot can activate new functions that carry something.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 로봇 간의 결합이 가능하며, 허리관절을 이용하여 형태 변형이 가능한 모듈형 4족 로봇을 설계하였다. 제안한 로봇의 기능 및 변형 가능성 여부를 판단하기 위해실제 모듈형의 4족 로봇을 제작하여 각각의 동작들의 실험을수행하였다.
본 논문에서는 허리 관절과 로봇 간의 결합을 이용하여 변형이 가능한 4족 로봇 설계방법을 제안한다. 로봇의 다리에 메카넘 휠을 부착하여 주행 또는 보행으로 이동이 가능하도록 설계하였고, 장애물 감지 및 주변 환경에 대한 정보 획득을 위해 LRF(Laser Range Finder) 센서와 카메라를 장착하였다.

제안 방법

4족 로봇은 주행과 보행이 가능하기 때문에 주행과 보행구현을 위한 기구학을 사용하여 설계하였다, 로봇은 그림 3 (a)과 같이 메카넘 휠을 이용하여 주행을 하며, 평면에서 전방향 이동이 가능하다. 그림 3의 (b) 는 보행의 기구학을 표현하기 위한 그림이다.
제안한 로봇의 기능 및 변형 가능성 여부를 판단하기 위해실제 모듈형의 4족 로봇을 제작하여 각각의 동작들의 실험을수행하였다. 4족 로봇의 장애물 회피 및 주행 동작, 두 로봇의 결합 및 해제 동작, 결합된 로봇의 허리관절을 이용한 형태 변형, 결합된 로봇의 주행 및 보행동작, 형태 변형된 로봇의 두 다리를 이용한 물건 옮기기 동작을 구현하는 알고리즘을 제안하고 실험을 통해 제안된 로봇의 성능을 검증하였다 .
로봇의 다리에 메카넘 휠을 부착하여 주행 또는 보행으로 이동이 가능하도록 설계하였고, 장애물 감지 및 주변 환경에 대한 정보 획득을 위해 LRF(Laser Range Finder) 센서와 카메라를 장착하였다. 각 로봇에 부착된 결합 모듈을 이용하여 로봇 간 자율결합 및 해제가 가능한 알고리즘을 제시하였다. 또한 로봇들이 결합 후 변형하여 장애물을 옮길 수 있는 기능을 구현하였다 .
동작 ⑸와 동작 [6] 은 무게중심을 오른쪽으로 옮기고왼쪽 뒷발과 앞발을 들어 앞에 내려놓는 동작을 나타낸다. 동작 ⑴과 동작 [강를 이용하여 정지 상태에서 반복 동작을실행하기 위한 디딤 동작을 구현하였고, 동작 囹부터 동작 ⑹을 반복하여 보행 동작을 구현하였다.
두 로봇이 결합 후 주행이 불가능한 지형을 극복하기 위해그림 11과 같이 8족 보행 모드로 변형하고 보행하는 실험을진행하였다. 보행 모드로 변형하라는 명령을 보내면, 장면 [1] 에서 장면 ⑶과 같이 변형 도중 넘어지지 않기 위하여 두 로봇의 앞다리를 먼저 옮긴 후 뒷다리를 움직인다.
각 로봇에 부착된 결합 모듈을 이용하여 로봇 간 자율결합 및 해제가 가능한 알고리즘을 제시하였다. 또한 로봇들이 결합 후 변형하여 장애물을 옮길 수 있는 기능을 구현하였다 .
제안한다. 로봇의 다리에 메카넘 휠을 부착하여 주행 또는 보행으로 이동이 가능하도록 설계하였고, 장애물 감지 및 주변 환경에 대한 정보 획득을 위해 LRF(Laser Range Finder) 센서와 카메라를 장착하였다. 각 로봇에 부착된 결합 모듈을 이용하여 로봇 간 자율결합 및 해제가 가능한 알고리즘을 제시하였다.
다리는 보행 구현을 위해 관절모터 3개와 주행을 위한 모터 1개로 총 16개를 사용하였다. 몸의 허리 관절 적용을 위해 2개의 모터로 1 자유도를 구현하였다. 카메라는 촬영할 수 있는 각도의 한계를 가지고 있어서 이를 극복하기 위해 2개의 모터를 이용하여 촬영할 수있는 각도를 증가시켰다.
본 논문에서는 그림 5와 같이 가지 결합 모듈을 이용하여로봇들의 결합 기능을 구현하였다. 로봇 전면부에 부착된 페그 모듈은 로봇 후면부에 부착된 컵 모듈 안으로 삽입할 수있게 설계하였다.
본 논문에서는 그림 6의 결합 및 해제 알고리즘을 이용하여 그림 9와 같이 두 로봇 간의 결합 실험을 진행하였다. 그림 9는 마스터 로봇이 슬레이브 로봇에 장착된 LED 모듈을찾고, 슬레이브와 마스터 로봇의 방향을 제어하며 결합하는장면들을 보여 준다.
장애물 회피는 LRF 센서를 이용하여 구현하였다. 그림 8 은 장애물 회피 실험 사진으로 좌, 우, 전면에 있는 장애물회피와 갑작스레 생긴 장애물에 대해 회피하는 장면이다.
설계하였다. 제안한 로봇의 기능 및 변형 가능성 여부를 판단하기 위해실제 모듈형의 4족 로봇을 제작하여 각각의 동작들의 실험을수행하였다. 4족 로봇의 장애물 회피 및 주행 동작, 두 로봇의 결합 및 해제 동작, 결합된 로봇의 허리관절을 이용한 형태 변형, 결합된 로봇의 주행 및 보행동작, 형태 변형된 로봇의 두 다리를 이용한 물건 옮기기 동작을 구현하는 알고리즘을 제안하고 실험을 통해 제안된 로봇의 성능을 검증하였다 .
몸의 허리 관절 적용을 위해 2개의 모터로 1 자유도를 구현하였다. 카메라는 촬영할 수 있는 각도의 한계를 가지고 있어서 이를 극복하기 위해 2개의 모터를 이용하여 촬영할 수있는 각도를 증가시켰다. 로봇 간 결합을 위해 로봇의 전면에는 페그 모듈, 후면에는 컵 모듈을 장착하였다.

대상 데이터

로봇의 다리, 허리, 카메라에 모터를 사용하였다. 다리는 보행 구현을 위해 관절모터 3개와 주행을 위한 모터 1개로 총 16개를 사용하였다. 몸의 허리 관절 적용을 위해 2개의 모터로 1 자유도를 구현하였다.
4족 로봇의 설계는 그림 2와 같다. 로봇의 다리, 허리, 카메라에 모터를 사용하였다. 다리는 보행 구현을 위해 관절모터 3개와 주행을 위한 모터 1개로 총 16개를 사용하였다.

후속연구

앞으로 두 대에서 제한된 실험 및 알고리즘을 기반으로 로봇의 수에 상관없이 구현 가능한 변형 및 동작 알고리즘에대해 연구를 진행할 예정이다.

참고문헌 (7)

Jun-Yong Choi, Dong Hwan Kim and Gui Hyung Lee, "A Collaboration Method to Confine a Robot with Multiple Robots", Transactions of the KSME-A. vol.34, No.8, pp.953-964, 2010.
Seungmok Lee and Hyun Myung, "Predictive Control Scheme for Coordinated Path-Following of Two Mobile Robots", Proceedings of the ICROS Daejeon Chungcheong local office Conference, pp. 54-57, Dec. 2010.
Young-Min and Yong-Tae Kim, "Study on the Transformable Multiple Quadruped Robot", Proceedings of KIIS Spring Conference, vol. 25, No.1, pp. 82-83, 2015.
Doo-Young Na, Min-Hyun Hong, Chang-Seok Lee, Su-Hee Noh, Hyung-Pil Moon, Jin-Woo Jung and Yong-Tae Kim, "A Study on improved Mobility of a Modular Robot Using Physical Docking Mechanism", Proceedings of KIIS Spring Conference, vol. 20, No.1, pp. 158-159, 2010.
Bo-Hoon Lee, Chang-Seok Lee, Yong-Tae Kim, "A Study on Hybrid Wheeled and Legged Mobile Robot with Docking Mechanism", Journal of Korean Institute of Intelligent System, vol. 21, No.6, pp. 692-697, 2011.

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Doo-Young Na, Min-Hyun Hong, Chang-Seok Lee, Su-Hee Noh, Hyung-Pil Moon, Jin-Woo Jung and Yong-Tae Kim, "A Navigation Algorithm of Modular Robots with 3 DOF Docking Arm in Uneven Environments", Journal of Korean Institute of Intelligent System, vol. 20, No.3, pp. 311-317, 2010.

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Thomas Braunl, Embedded Robotics : Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.

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