[논문]경사/장애물/특수 표면을 이동할 수 있는 얀센 매커니즘 기반의 보행기구 설계

김소원; 박영철; 전은서

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김소원 (서울과학기술대학교) , 박영철 (서울과학기술대학교) , 전은서 (서울과학기술대학교)

문제 정의

본 연구를 통해 얀센 매커니즘 기반의 보행기구를 설계하여 고르지 않은 지면에서 보행기구가 최대한 안정적으로 이동할 수 있는 매커니즘을 설계하고자 하였다.

제안 방법

Sketch라는 얀센 매커니즘 전용 디자인 툴을 이용하여 관절 위치와 길이를 결정한다. 이 후, m.Sketch Designer에서 보행기구를 조립 하고 최적화/해석 프로그램(Theo Jansen Mechanism Optimization Solver:이하 Slover라 지칭함)을 사용하여 설계된 얀센 매커니즘의 조인트 위치가 최적인지를 분석하였다.

대상 데이터

보행기구 다리는 2족 1 Set로, 총 2 Set의 다리가 양쪽으로 병렬구조를 이루고 있다. 안정적인 이동과 장애물 통과를 모두 만족시켜야 하므로 보행기구의 발이 지면으로부터 일정 높이 이상 뜰 수 있게 설계하는데 중점을 두었다.

데이터처리

Solver최적화/해석 프로그램을 사용하여 보행기구 다리의 링크 위치와 다리 설계가 적절한지 분석하였다. 설계 치수와 최적화 치수를 비교해 본 결과 [Table 1]과 같이 값의 차이가 보통 0.

이론/모형

관절의 길이와 연결부의 위치에 의해 지면에 닿는 최종 포인트의 이동 경로가 결정되기 때문이다. 본 연구에서는 EDISON m.Sketch라는 얀센 매커니즘 전용 디자인 툴을 이용하여 관절 위치와 길이를 결정한다. 이 후, m.

성능/효과

그런데 보행기구의 다리가 장애물을 넘기 위해서는 한 쪽 발이 지면에서 뜨고 나머지 3개의 발을 지탱해줌으로써 이동해야 하는데, 발의 각도가 너무 큰 경우에는 모터의 무게 때문에 불안정하게 이동하면서 결국엔 넘어지는 현상이 발생하였다. 그렇다고 발의 각도를 너무 적게 주면 빠른 시간에 발이 지면에 닿기 때문에 안정성은 높일 수 있지만 장애물을 넘지 못하고 장애물에 부딪히며 뒤로 밀려나게 되었다.

후속연구

Sketch 이용하였는데 제작하였는데 이 프로그램상에서는 모터의 무게가 반영되지 않은 상태였기 때문에 실제로 제작이 이뤄진 보행기구의 경로와 차이가 있었다. 프로그램상에서도 실제 사용하는 모터의 무게가 반영된다면 더욱 효율적이고 정확한 구조 설계의 결과를 기대할 수 있을 것이다. ;

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

얀센 메커니즘에서 보행의 안정성을 좌우하는 가장 큰 요소는 무엇인가?

이러한 메커니즘은 보행기구나 로봇에 응용되어 사람이 접근하기 힘든 지형을 탐색하거나 특수 기능을 수행하는 목적으로 이용되고 있다. 얀센 메커니즘에서 보행의 안정성을 좌우하는 가장 큰 요소는 관절 다리의 길이와 링크 연결부 위치이다. 관절의 길이와 연결부의 위치에 의해 지면에 닿는 최종 포인트의 이동 경로가 결정되기 때문이다.

얀센 매커니즘은 어떤 목적으로 이용되고 있는가?

테오 얀센(Theo Jansen)에 의해 제안된 얀센 매커니즘은 11개의 관절 다리를 링크로연결하여 경사, 장애물, 특수표면을 안정적이고 빠른 속도로 이동할 수 있도록 한다. 이러한 메커니즘은 보행기구나 로봇에 응용되어 사람이 접근하기 힘든 지형을 탐색하거나 특수 기능을 수행하는 목적으로 이용되고 있다. 얀센 메커니즘에서 보행의 안정성을 좌우하는 가장 큰 요소는 관절 다리의 길이와 링크 연결부 위치이다.

얀센 매커니즘은 어떻게 관절다리를 이동할 수 있도록 하는가?

균일하지 않은 지형에서 생존하는 게(Crab)와 같은 해변동물의 다리를 보면 한쪽 발이 바닥에 닿을 때, 반대쪽 발은 들어올려지며 곡선 형태로 경로를 그리며 이동한다. 테오 얀센(Theo Jansen)에 의해 제안된 얀센 매커니즘은 11개의 관절 다리를 링크로연결하여 경사, 장애물, 특수표면을 안정적이고 빠른 속도로 이동할 수 있도록 한다. 이러한 메커니즘은 보행기구나 로봇에 응용되어 사람이 접근하기 힘든 지형을 탐색하거나 특수 기능을 수행하는 목적으로 이용되고 있다.

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