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초록

본 논문은 외벽에 부착하여 이동이 가능한 등반로봇의 성능평가 방법을 다룬다. 등반로봇에 관한 기존의 문헌을 토대로 볼 때, 등반로봇의 성능평가에 관해 일관되고 명쾌한 성능지표 및 방법이 제시되고 있지는 않다. 등반로봇은 부착방식 및 이동방식에 따라 다양하게 구현될 수 있으므로, 형태와 상관없이 보다 일반화된 성능평가 방법이 요구된다. 이에 본 논문은 등반로봇의 성능평가를 위한 2가지 평가지표(수직부착하중, 수직등반속도)와 평가방법을 제안한다. 제안된 방법의 효용성을 검증하기 위하여, 본 논문은 자체 개발된 선체외벽 등반로봇을 대상으로 제안된 성능평가 방법을 적용한다. 보다 구체적으로, 수직부착하중은 등반로봇의 슬립측정을 통해 18.5kg으로 평가되었고, 수직등반속도는 등반로봇의 위치제어시스템을 통해 41cm/s으로 평가되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a methodology for evaluating the performance of wall-climbing robots. In the literature on wall-climbing robots, there is little information on indices and evaluation methods for consistent and exact performance. Because various types of wall-climbing robots can be developed with...

주제어

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문제 정의

  • 등반로봇은 크게 바퀴를 통해 이동이 가능한 차륜형 로봇과 관절식 보행 구조를 통해 이동이 가능한 보행형 로봇으로 분류될 수 있다. 등반로봇 분야에서 핵심이슈 중 하나는 수직벽면에서도 추락하지 않을 만큼 안정적인 부착력의 생성, 유지, 이동 방법에 관한 것이다. 등반로봇이 철판, 콘크리트, 유리면 등에서 안정적인 부착력을 생성하기 위해, 게코 섬모, 흡착 패드, 정전기력, 전자석, 영구자석 등을 이용한 다양한 연구가 수행되고 있다[4][10][11].
  • 본 논문에서는 선체 외벽과 같은 환경에서 이동이 가능한 등반로봇을 대상으로 성능평가를 위한 방법론을 제시하고자 한다. 등반로봇의 성능평가를 위한 척도로서 앞서 설명한 바와 같이 벽면에서의 부착력과 주행능력이 주요 논점이 될 수 있다.
  • 본 논문은 선체 벽면에서 등반이 가능한 로봇을 대상으로 성능 평가를 위한 방법을 다루었다. 등반로봇에 대한 부착력 해석을 토대로, 부착력과 주행성이 등반로봇의 성능 평가에 있어 주요 요인이 됨을 보였다.
  • 본 연구에서는 성능 평가 시 사용자 편의성을 위하여 GUI기반의 등반로봇 제어 프로그램을 구현하였다. 등반로봇 제어 프로그램은 독립된 PC상에서 구동되며 하나의 클라이언트 프로그램으로서 서버와 연동되어 반사패턴의 위치와 자세정보를 실시간으로 전송받을 수 있도록 구현되었다.
  • 특히 등반로봇이 수직벽면을 등반하는 경우, 로봇에 부여된 하중을 유지한 채 중력을 극복하면서 중력에 반하는 방향으로 작업에 필요한 충분한 속도로 이동이 가능해야 한다. 이러한 관점에서 본 논문은 수직부착하중 및 수직등반속도의 평가지표를 제시하고 이를 평가하기 위한 방법론을 제안하고자 한다. 제안된 평가방법의 응용사례로서 자체 개발된 선체등반로봇을 대상으로 성능평가를 위한 실험환경 및 방법을 소개하고, 실험 결과를 토대로 제안된 성능지표의 효용성을 검증한다.
  • 이에 본 논문은 등반로봇을 대상으로 부착력 및 이동성 능이 고려된 평가방법을 제안한다. 특히 등반로봇이 수직벽면을 등반하는 경우, 로봇에 부여된 하중을 유지한 채 중력을 극복하면서 중력에 반하는 방향으로 작업에 필요한 충분한 속도로 이동이 가능해야 한다.
  • 등반로봇의 성능평가를 위한 척도로서 앞서 설명한 바와 같이 벽면에서의 부착력과 주행능력이 주요 논점이 될 수 있다. 이에 본 논문은 수직부착하중과 수직등반 속도를 등반로봇의 성능평가를 위한 성능지표로 제안하고자 한다. 본 논문에서 수직부착하중과 수직등반속도는 다음과 같이 정의한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
필드로봇의 역할은 무엇인가? 최근 산업체 및 재해 현장 등지에서 인간의 접근이 어려운 공간 내의 작업을 수행할 수 있는 필드로봇에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 선박의 안전성 확보를 위한 선박검사에 있어서, 검사관이 직접 순회하며 육안으로 검사를 수행하는 기존 방식[1]의 한계(즉, 검사관의 접근이 쉽지 않은 높은 곳, 좁고 어두운 통로 등지에서의 검사)를 보완하기 위해 로봇을 활용한 대체검사 방법들이 연구되고 있다[2].
등반로봇의 성능지표가 필요한 이유는 무엇인가? 국내의 경우 서비스로봇 분야에서 평지를 주행하는 로봇을 대상으로 성능평가를 위한 지표가 마련되어 있다[12][13]. 그러나 등반로봇은 수직등반과 같은 특수한 이동상황이 따르기 때문에, 이러한 성능을 구체적으로 설명할 수 있는 지표가 필요하다.
등반로봇은 어떻게 분류되는가? 통상적으로 이러한 형태의 로봇을 등반로봇(wall-climbing robot)이라 한다. 등반로봇은 크게 바퀴를 통해 이동이 가능한 차륜형 로봇과 관절식 보행 구조를 통해 이동이 가능한 보행형 로봇으로 분류될 수 있다. 등반로봇 분야에서 핵심이슈 중 하나는 수직벽면에서도 추락하지 않을 만큼 안정적인 부착력의 생성, 유지, 이동 방법에 관한 것이다.
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참고문헌 (17)

  1. K. Tanneberger, A. Grasso. "MINOAS deliverable (D1): Definition of the inspection plan/definition of acceptance criteria," [Online] Available: http://minoasproject.eu/excibition/Publications/PDF/D1.pdf,, Accessed August 26, 2016. 

  2. A. Mohammed, E. Markus, and B. Felix, "Design and control of MIRA: A lightweight climbing robot for ship inspection," International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy, vol. 55, pp. 128-135, 2015. 

  3. Y. S. Kim and S. C. Kil, "Latest welding technology for storage and transportation facilities of liquified natural gas," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 40, no.1, pp. 17-27, 2016 (in Korean). 

  4. R. D. Dethe and S. B. Jaju, "Developments in wall climbing robots: A review," International Journal of Engineering Research and General Science, vol. 2, no. 3, pp. 33-42, 2014. 

  5. H. Kang and J. S. Oh, "Development of a drive control system of a hull cleaning robot reflecting operator's convenience," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 37, no. 4, pp. 391-398, 2013 (in Korean). 

  6. H. S. Choi, K. Y. Kwon, K. R. Chung, J. N. Seo, and H. S. Kang, "Development of cleaning module and operating system of underwater robot for ship hull cleaning." Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 33, no. 4 pp. 553-561, 2009 (in Korean). 

  7. C. H. Jung, T. K. Nam, and J. S. Jeong, "A study on the improvement of salvage procedures through the collision accident of ships," The Journal of Navigation and Port Research, vol. 36, no. 10, pp. 851-856, 2012 (in Korea). 

  8. M. O. F. Howlader and T. P. Sattar, "Development of magnetic adhesion based climbing robot for non-destructive testing," Computer Science and Electronic Engineering Conference (CEEC), 2015 7th. IEEE, pp. 105-110, 2015. 

  9. X. Gao, J. Sho, F. Dai, C. Zong, W. Guo, and Y. Bai, "Strong magnetic units for a wind power tower inspection and maintenance robot," International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 9, no. 5, pp. 1-9, 2012. 

  10. J. C. Grieco, M. Prieto, M. Armada, and P. de Santos, "A six-legged climbing robot for high payloads," Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Control Applications, vol. 1, pp. 446-450, 1998. 

  11. M. G. Lee, S. J. Yoo, J. W. Park, and S. H. Kim, "Modular type robot for field moving and tree climbing," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 18, no. 2, pp. 118-125, 2012 (in Korean). 

  12. J. Ryu, and J. W. Jeon, "Research for the standardization technology according to published autonomous navigation/coverage test of IEC 62929," Institute of Control, Robotics and Systems Conference on, pp. 247-248, 2016 (in Korean). 

  13. W. S. Lim, S. H. Sakong, J. O. Lee, J. H. Jung, S. S. Byun, and J. H. Oh, "A study of performance test for fire fighting robot," Korean Institute of Fire Science & Engneering Conference on, pp. 361-364, 2012 (in Korean). 

  14. T. K. Nam and Y. J. Kim, "A study on the modeling for the control of magnetic levitation stage," Journal of the Korean Society of Marine Engineers, vol. 27, no. 7, pp. 862-871, 2003 (in Korean). 

  15. L. Yan, L.Zhang, T. Wang, Z. Jiao, C. Y. Chen, and I. Chen, "Magnetic field of tubular linear machines with dual halbach array," Progress In Electromagnetics Research, vol. 136, pp. 283-299, 2013. 

  16. J. E. Hilton and S. M. McMurry, "An adjustable linear Halbach array," Journal of Magnetism and Magnetic Materials vol. 324, no. 13 pp. 2051-2056, 2012. 

  17. Point, Natural, "Optitrack," Natural Point, Inc., 2011, [Online]. Available: http://www.naturalpoint.com/optitrack/, Accessed February 22, 2014. 

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