[논문]얀센 메커니즘 기반의 4족 로봇의 보행 궤적의 최적화

배준석; 유성민; 김민준; 정은식; 한상민; 황우정; 최재능; 이춘열

[국내논문] 얀센 메커니즘 기반의 4족 로봇의 보행 궤적의 최적화 원문보기

한국CDE학회지 = CDE review, v.22 no.2, 2016년, pp.11 - 17

배준석 (영남대학교) , 유성민 (영남대학교) , 김민준 (영남대학교) , 정은식 (영남대학교) , 한상민 (영남대학교) , 황우정 (영남대학교) , 최재능 (영남대학교) , 이춘열 (영남대학교)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

그러므로 본 연구의 1차 연구목적은 M.sketch 프로그램을 사용하여 과학상자 제원에 맞는 다리길이들을 설정, 이상적인 궤적을 경험적인 방법으로 찾아보고, 2차 연구목적으로 설계 된 다리구조를 바탕으로 로봇의 몸체를 구성하며 동시에 몸체 구성에 대한 타당성을 제시할 것이다.

제안 방법

이외에도 많은 보행 메커니즘이 연구되어 왔지만 본 논문에는 Jansen 메커니즘과 4족 보행기구 [3~5]를 이용한 장애물 극복 방법을 다루고 있다.
이렇게 구한 좌표를 가지고 제한된 조건 속에서 로봇 다리의 궤적마다 보행 보폭을 최대로 하는 각각의 링크 길이를 찾는 연구를 진행 하였다.
본 연구에서는 로봇 다리의 궤적의 최적을 찾기 위해 Working model, Linear equation solution software와 JansenOptSolver S/W를 이용하여 최적 설계를 수행하였다.
최적화를 진행하기 위하여 첫 번째로 수준 평균분 석법을 적용, 설계변수로써 Linkage를 설정하고 보행보폭의 최대값을 목적함수로써 정의하였다. 3차례에 걸쳐 결과값 반복 측정하고 이를 민감도 그래프를 사용하여 해석하였다.
두 번째 방법으로써 Linear Equation S/W와 Optimization S/W를 사용하여 Joint의 좌표를 정밀하게 측정하고 이에 따른 최적화된 좌표 값을 도출하였다. 보행보폭의 결과값으로 36.
본 연구를 진행함에 있어서 전제조건으로는 첫 번째로 실제 보행로봇을 설계하는데 사용되는 재료는 모두 과학상자 부품을 이용하고, 두 번째로 다리의 초기 설계는 Edison S/W 중 M.Sketch 프로그램을 통해 수행하는 것이다.
마지막 최종 연구로써 초기 설계된 다리구조를 기준으로 하여 최적화 설계를 2가지 방법으로 수행, 연구목표에 적합한 결과를 도출 해냈는지에 대한 비교와 평가를 진행할 것이다.
본 논문에서는 Edison 에서 제공되는 Software를 사용하여 Jansen Mechanism 기반 4족 보행이 가능한 로봇을 설계하여보고 과학상자를 이용하여 직접 제작을 진행하였으며 로봇의 보행보폭을 늘리기 위해 2가지 방법으로 최적화를 진행, 다리를 재설계 하고 그 결과를 측정, 비교하였다.

대상 데이터

sketch 다리 선정단계에서 선정된 링크들을 설계변수로써 설정하며 그 대상은 모터에 의해 직접 회전하는 링크L0를 제외한 10개의 링크들이다[5].

데이터처리

앞서 수행했던 최적화 설계는 수준평균 분석법을 이용하여 목적함수 값을 도출하였다.
최적화를 진행하기 위하여 첫 번째로 수준 평균분 석법을 적용, 설계변수로써 Linkage를 설정하고 보행보폭의 최대값을 목적함수로써 정의하였다. 3차례에 걸쳐 결과값 반복 측정하고 이를 민감도 그래프를 사용하여 해석하였다. 결과적으로 최적화전 보다 7.

성능/효과

결과적으로 최적화전 보다 7.8% 증가한 보행보폭 36.395 mm를 얻었으며 이로써 1 mm미만의 정밀한 길이변화에서도 만족할만한 목적함수 값을 얻을 수 있음을 확인하였다.

후속연구

본 연구에서는 S/W를 사용할 때에 선형 방정식을 이용하였지만 Joint를 공유하는 링크들이 그리는 궤적을 바탕으로 원방정식을 세워 그 접점을 구하는 S/W가 사용된다면 같은 좌표 값을 얻어동일한 연구를 진행할 수 있을 것이다 [11].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	로봇에 이용하는 Crawl 메커니즘은 무엇인가?	다양한 장애물을 극복하기 위해서 많은 보행 메커니즘이 연구되어 왔고 그 중 기구 구조를 로봇에 이용하는 연구가 많이 진행 되었다. Crawl 메커니즘은 헤엄치는 듯한 모습의 기어가는 메커니즘으로 배수관과 같이 작은 통로 구멍에 이용 가능한 메커니즘이다[1]. Klann 메커니즘은 곤충류, 갑각류의 형상을 가지는 메커니즘이다.
	로봇에 Jansen 메커니즘이 적용될 때 갖는 장점은 무엇인가?	Jansen 메커니즘은 동물 다리의 골격을 모방한 방 식이다. 또한 같은 링크 구조를 단순히 연결하여 4 족, 6족, 8족 등의 보행 로봇을 구현해낼 수 있다는 장점이 있다 [6]. 그리고 Jansen 기구는 보행에 있어 이상적인 궤적을 그리는 특징이 있다.
	로봇의 적용 범위를 넓히기 위해선 어떤 능력을 함양시켜야 하는가?	오지탐사, 우주탐사, 군사작전 등과 같이 사람이 접근하기 어려운 환경에서 사람 대신 주어진 임무를 수행하기 위해 로봇들이 많이 개발되어 왔다. 로봇의 적용 범위를 넓히기 위해서 크기와 형태가 다양한 장애물 극복 능력을 함양하는 것은 지금까지도 중요한 과제로 남아 있다.

참고문헌 (11)

Park, H.J. and Kim, B.K., 2006, a Crawling Based Locomot ive Mechanism for Pipe Inspection Microbot, the Korean Society of Mechanical Engineers, 7-13.
Kim, H.G., Jung, M.S., Shin, J.K and Seo, T.W., 2013, Optimal design of Klann-linkage based walking mechanism for amphibious robot running on water and ground, Institute of control robotics and systems, 20(9), 936-941.
Kim, S.K. and Kim, D.H., 2011, Kinematic Analysis of a Legged Walking Robot Based on Four-bar Linkage and Jansen Mechanism, Korean Institute of Intelligent Systems, 21(2), 159-164.

원문보기 상세보기
Kim, S.W., Kim, Y.G., Jung, H.M., Lee, S.H., Hwang, S.H. and Kim, D.H., 2010, Development of a Legged Walking Robot Based on Jansen Kinetics, Korean Institute of Intelligent Systems, 20(4), 509-515.

원문보기 상세보기
Kim, S.W. and Kim, D.H., 2011, Design of Leg Length for a Legged Walking Robot Based on Theo Jansen Using PSO, Korean Institute of Intelligent Systems, 21(5), 660-666.

원문보기 상세보기
Jung, H.S., Choi, Y.H. and Park, J.B., 2010, Posture Control of Quadruped Robot Using Gyroscope, The Korean Institute of Electrical Engineers, 1836-1837.
Komoda. K. Wagatsuma. H. 2013, A proposal of the extended mechanism for Theo Jansen linkage to modify the walking elliptic orbit and a study of cyclic base function, Department of Brain Science and Engineering, Kyushu Institute of Technology, 1-2.
Kim S.W., Kim Y.G., Jung H.M., Lee S.H., Kim H.S., Han S.H. and Kim D.H., 2010, Implementation of a Biologically Inspired Crab Robot Walking in Marshland, Korean Institute of Intelligent Systems, 404-405.
Choi J.N., Lee S.H., Jeong K.M. and Seo T.W., 2015, Kinematic Parameter Optimization of Jumping Robot Using Energy Conversion of Elastic Body, Institute of Korea Atomic Energy Research, 55-58.
Kim J.W., 2008, Development Methodology about new creative product, Munundang, 316-321.
Kim S.W., Han S.H. and Kim D.H., Analysis of a Crab Robot Based on Jansen Mechanism, 2011, Institute of Control Robotics and Systems, 858-859.

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

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