[논문]계단 승강 로봇의 계단 승강 시 랜딩기어를 활용한 자율 승강 기법에 관한 연구

황현창; 이원영; 하종희; 이응혁

doi:10.7471/ikeee.2021.25.2.362

[국내논문] 계단 승강 로봇의 계단 승강 시 랜딩기어를 활용한 자율 승강 기법에 관한 연구
A Study on Autonomous Stair-climbing System Using Landing Gear for Stair-climbing Robot 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.25 no.2, 2021년, pp.362 - 370

황현창 (Dept. of Information & Communication Eng. Korea Polytechnic University) , 이원영 (Dept. of Information & Communication Eng. Korea Polytechnic University) , 하종희 (Dept. of Electronics Eng. Korea Polytechnic University) , 이응혁 (Dept. of Electronics Eng. Korea Polytechnic University)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 휠체어 사용자의 이동권 확보를 위한 계단 승강 로봇 개발에 있어 ToF센서 및 IMU의 데이터를 기반으로 자율 계단 승강 기법을 제시하였다. 자율 계단 계단 승강 기법은 랜딩기어 동작 시점을 위치로 구분하고 상태 머신을 활용하여 제어하였다. 본 연구에서 제시한 이론의 검증을 위해 표준 기준의 모형 계단을 제작하여 실험하였다. 진입각 확보 실험을 통해 랜딩기어의 동작 길이 평균 오차는 2.19%, Pitching 기준 진입각 평균 오차는 2.78%로 부드러운 진입을 확인하였고, 자율 계단 승강 기법의 단계 구분 및 상태 전이를 검증하였다. 제안된 기법의 실적용 시 교통약자들의 이동제약을 줄일 수 있을 것이고, 이동권 보장을 통한 자립심의 고취가 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose the Autonomous Stair-climbing system based on data from ToF sensors and IMU in developing stair-climbing robots to passive wheelchair users. Autonomous stair-climbing system are controlled by separating the timing of landing gear operation by location and utilizing state machines. To prove the theory, we construct and experiment with standard model stairs. Through an experiment to get the Attack angle, the average error of operating landing gear was 2.19% and the average error of the Attack angle was 2.78%, and the step division and status transition of the autonomous stair-climbing system were verified. As a result, the performance of the proposed techniques will reduce constraints of transportation handicapped.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. Passive Wheelchair Joined Stair-climbing Robot. 그림 1. 수동휠체어가 결합된 계단 승강 로봇
그림 Fig. 2. Sensors and Landing Gear Configuration Diagram. 그림 2. 센서 및 랜딩기어 구성도
그림 Fig. 3. How Landing Gear Works during Stair Driving. 그림 3. 계단 상승/하강 주행 중 랜딩기어 운용 방법
그림 Fig. 4. State Machine of Stair Ascent mode. 그림 4. 계단 상승 주행 모드의 상태 머신
그림 Fig. 5. Create Attack Angle on Stair Climb. 그림 5. 계단 상승 주행 시 진입각 생성 과정
그림 Fig. 6. Create Landing Angle on Stair Climb. 그림 6. 계단 상승 주행 시 착지각 생성 과정
표 Table 1. State of Stair Ascent mode. 표 1. 계단 상승 주행 모드의 상태
그림 Fig. 7. Sensors and Landing Gear Configuration Diagram. 그림 7. 계단 하강 주행 모드의 상태 머신
그림 Fig. 8. Stair Ascent Mode Flowchart. 그림 8. 상승 주행 모드 순서도
표 Table 2. State of Stair Descent mode. 표 2. 계단 하강 주행 모드의 상태
그림 Fig. 9. Stair Descent Mode Flowchart. 그림 9. 하강 주행 모드 순서도
그림 Fig. 10. Experimental Conditions. 그림 10. 실험 환경 구성
표 Table 3. Specification of the sensors used in the experiment. 표 3. 실험에 사용한 센서의 제원
표 Table 4. Landing Gear Test that Calculate an Attack Angle. 표 4. 진입각에 따른 랜딩기어 동작 실험
그림 Fig. 10. Step of Stair Ascent State Machine. 그림 10. 상승 주행 시 거리 감지 데이터에 따른 단계 구분
그림 Fig. 11. Stair Ascent State Machine Test. 그림 11. 상승 주행 실험 사진
그림 Fig. 12. Step of Stair Descent State Machine. 그림 12. 하강 주행 시 거리 감지 데이터에 따른 단계 구분
표 Table 5. Error rate for First Stair Landing Gear Test. 표 5. 첫 계단 랜딩기어 동작 실험의 오차율
그림 Fig. 13. Stair Descent State Machine Test. 그림 13. 하강 주행 실험 사진

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Sang-ho Lee, Jin-suk Ko, Yeon-ha Jung, Hyun-Soo Shin, Chang-Joon Kim, Seoung-yeol Lee, Chang-soo Han, "A Study on the Driving Analysis of Tracked Robot," Proceedings of the KSME Conference, pp.142-147, 2007.

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