[논문]자기위치 인식 가능한 덕트 청소로봇의 메카니즘 설계 및 제어기법

장우진; 서명인; 하준환; 박경태; 김동환

doi:10.7236/jiibc.2019.19.1.85

자기위치 인식 가능한 덕트 청소로봇의 메카니즘 설계 및 제어기법
Mechanism Design and Control Technique of Duct Cleaning Robot with Self-position Recognition 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.1, 2019년, pp.85 - 95

장우진 (서울과학기술대학교, 기계시스템디자인공학과) , 서명인 (서울과학기술대학교, 기계시스템디자인공학과) , 하준환 (서울과학기술대학교, 기계시스템디자인공학과) , 박경태 (서울과학기술대학교, 기계시스템디자인공학과) , 김동환 (서울과학기술대학교, 기계시스템디자인공학과)

초록
AI-Helper

이 연구는 다양한 직경의 덕트를 탐사하고 극복하는 삼족 로봇의 구조를 디자인 하는 데에 목적이 있다. 세 개의 휠바디들은 센터바디에 연결되어 회로들이 모여있고 그것들이 로봇바디들을 움직인다. 또한 4개의 파트로 이루어진 슬라이더 링크 구조들도 로봇의 움직임을 돕는다. 스프링들은 로봇 다리의 수축과 확장을 가능하게 하는데 로봇이 다양한 환경을 극복할 수 있도록 해준다. 기어모터와 스프링, 그리고 벨트들은 정, 동역학적 계산에 의해 수직축과 다양한 수평 구조를 극복할 수 있도록 선정되었습니다. 센터 바디에는 카메라와 거리 센서가 장착되어 있으며 이를 활용하여 L형 및 T형의 덕트에서도 성공적으로 진행이 되도록 제어 알고리즘을 구현하였다. UWB 모듈 및 3변 측위 알고리즘을 사용하여 덕트 내의 청소로봇의 위치 추정도 성공적으로 이루어졌다.

Abstract ▼ AI-Helper

This work shows how to design a robot structure and to control to overcome obstacles while traveling through ducts of various diameters and shapes by three-legged robot. Circuits are centered in the body to connect the three wheel bodies that are driven around the center body with the 4-section slider link structure. Also, the springs are used to contract and expand the robot legs so that it can be caparable of various environments. Geared motor, spring, and belt were selected based on the static and dynamic calculation to be suitable to horizontal and vertical travels. The center body is equipped with a camera and the distance sensors, and a control algorithms are implemented so that it can be successfully performed in L-type and T-type ducts. Using UWB modules and trilateration algorithm, the location of the duct-cleaning robot inside the duct could be identified successfully.

주제어

표/그림 (25)

그림 그림 1. 중심체와 세 개의 바퀴체 Fig. 1. Center body and 3 wheel bodies
그림 그림 3. 중심체 전체 모델링Fig. 3. Modeling of Center body
그림 그림 2. 로봇의 구동 순서(a)와 로봇의 덕트 진입 전, 후 모양 (b) Fig. 2. Sequence of the robot driving (a) and the shape of the robot before and after the duct entry (b)
그림 그림 4. 슬라이더 링크의 모양과 정렬형태 Fig. 4. Modeling of sliders and arrangement
그림 그림 5. 브러쉬 모델링 Fig. 5. Modeling of the brush
그림 그림 6. 전체 로봇 구성 Fig. 6. Overall composition
그림 그림 7. 바퀴체의 반대면 Fig. 7. The opposite side of the Wheelbody
그림 그림 8. 링크와 조인트의 수 Fig. 8. The number of links and joints
그림 그림 9. 최대 지름 계산 Fig. 9. Maximum diameter calculation
그림 그림 10. 로봇의 길이 결정 Fig. 10. Deciding the length of robot
그림 그림 11. 로봇의 최대/최소 길이 결정 Fig. 11. Deciding maximum/minimum Length
표 표 1. 링크 길이와 사이 각도 Table 1. Length or Angle of links
표 표 2. 각 부호마다의 로봇의 길이 Table 2. Lengh of robot body
그림 그림 12. 로봇에 작용하는 자유 물체도 Fig. 12. Free body diagram of the robot
그림 그림 13. 덕트 주행 순서 Fig. 13. “L” type duct driving sequence
그림 그림 14. “L”과 “T” 덕트 간의 내부 모양 차이 Fig. 14. Image difference between “L” type and “T” type duct
그림 그림 15. “T” 덕트 구간 감지 Fig. 15. Detected T-type section
그림 그림 16. 와이어를 이용한 T덕트 구간 극복 Fig. 16. Overcoming of T-shaped duct by wire operation
그림 그림 17. “T”덕트 구간 작동 순서 Fig. 17. Operation sequence in T-type duct
그림 그림 18. 4개의 앵커로부터 중심 태그의 위치 인식 Fig. 18. Tag location identification using distances from 4 anchors
그림 그림 19. 완성된 로봇(옆면-뒷면(위), 정면-대각면(아래)) Fig. 19. Finished Robot (Side-Rear (Top), Front-Diagonal (down))
그림 그림 20. T 덕트 주행 그림 Fig. 20. Driving on T-type duct
표 표 5. 각 구간별 로봇 주행 속도Table 5. Robot speed in several circumstances
표 표 3. 로봇의 전체 사양 Table 3. Specifications of the robot
표 표 4. T 덕트 주행 성공률 Table 4. Success rate of T-duct driving

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UWB 통신이란?	다양한 위치 인식 기술들이 있는데[15], 그 중에서 UWB를 사용하였다. UWB(Ultra Wide Band)통신은 3.1GHz에서10.6GHz 까지의 넓은 주파수 영역에 걸쳐 10m~1km의 전송거리를 보장할 수 있는 무선통신기술로 그 동안 군에서 특수목적으로 개발되어 응용되어 왔으나 최근 민간에 개방하면서 관심을 모으게 되었다. 대용량의 정보를 낮은 전력으로 전송하는 UWB는 실내측위, 스포츠트래킹, 침입자감지시스템, 중장비차량사고방지등 응용범위가 아주 넓은 신기술이다 [9-11].
	센터 바디에 장착된 것은 무엇인가?	기어모터와 스프링, 그리고 벨트들은 정, 동역학적 계산에 의해 수직축과 다양한 수평 구조를 극복할 수 있도록 선정되었습니다. 센터 바디에는 카메라와 거리 센서가 장착되어 있으며 이를 활용하여 L형 및 T형의 덕트에서도 성공적으로 진행이 되도록 제어 알고리즘을 구현하였다. UWB 모듈 및 3변 측위 알고리즘을 사용하여 덕트 내의 청소로봇의 위치 추정도 성공적으로 이루어졌다.
	삼족 로봇의 스프링은 어떤 역할을 하는가?	또한 4개의 파트로 이루어진 슬라이더 링크 구조들도 로봇의 움직임을 돕는다. 스프링들은 로봇 다리의 수축과 확장을 가능하게 하는데 로봇이 다양한 환경을 극복할 수 있도록 해준다. 기어모터와 스프링, 그리고 벨트들은 정, 동역학적 계산에 의해 수직축과 다양한 수평 구조를 극복할 수 있도록 선정되었습니다.

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