[논문]다중 이동 로봇 바퀴의 마찰시험

다중 이동 로봇 바퀴의 마찰시험
Friction Experimental Test for Omni-Directional Robot Wheel 원문보기

신상재 (서울대학교 기계항공공학과) , 주종남 (서울대학교 기계항공공학과) , 김성한 (서울대학교 기계항공공학과) , 여동윤 (서울대학교 기계항공공학과)

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따라서 본 논문은 다중 이동 로봇의 각 개별바퀴의 마찰실험을 통하여 다중 이동 로봇의 구동력에 영향을 미치는 마찰계수에 대한 미끄러짐과 압력과의 관계에 대해 연구하였다.
본 논문에서는 다중 이동 로봇의 구동성에 영향을 주는 마찰계수의 변화를 진행방향에 따른 사이각 및 압력 측면에서 연구하였다. 마찰실험을 통해 낮은 상대속도 구간에서 사이각에 따라 마찰계수가 낮아지는 것과 바퀴가 지면에 가하는 압력에 따라 마찰계수가 낮아지는 마찰계수의 추이를 확인할 수 있었다.

2 와 같은 실험장치를 통해 마찰실험을 수행하였다. 모터에는 우레탄 재질의 바퀴를 장착하고, 모터가 장착된 리니어 스테이지와 스피드 컨트롤러를 이용하여 바퀴의 이동속도와 회전 속도를 제어하여 일정한 상대속도를 만들어 내었다. 바퀴의 이동방향과 회전방향의 사이각(θ)에 따른 마찰계수의 변화를 측정하기 위해 리니어 스테이지에 바퀴의 회전 방향을 변경할 수 있는 리그를 장착하였다.
¹ 이와 같은 다중 이동 로봇의 구동성은 개별 바퀴들의 구동력의 벡터 합을 통하여 구현되기 때문에 다중 이동 로봇의 개별 바퀴의 구동력에 대한 연구가 필요하다. 바퀴와 지면과의 마찰에 의해 생성되는 개별 바퀴의 구동력은 여러 인자들에 의한 마찰계수의 영향을 받기 때문에 이를 마찰실험을 통해 알아보았다.
바퀴의 이동방향과 회전방향의 사이각(θ)에 따른 마찰계수의 변화를 측정하기 위해 리니어 스테이지에 바퀴의 회전 방향을 변경할 수 있는 리그를 장착하였다.

또한 압력에 따른 마찰계수의 변화를 측정하기 위해 바퀴와 접촉하는 지면에는 3 축 로드셀을 장착하고 로드셀에 일정한 압력이 주어지게 하여 바퀴를 이동시켰다 . 지면에는 바 닥 재 로 광범위하 게 사용되는 폴리염화비닐(PVC)을 부착하였다.

3 에서 보는 바와 상대속도가 낮은 구간에서 사이각이 커짐에 따라서 마찰계수가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 바퀴의 이동속도와 회전속도에 차이에 따라서도 마찰계수의 변화를 볼 수 있는데 상대속도가 감소함에 따라 마찰계수가 작아지는 것을 확인할 수 있다. Fig.
본 논문에서는 다중 이동 로봇의 구동성에 영향을 주는 마찰계수의 변화를 진행방향에 따른 사이각 및 압력 측면에서 연구하였다. 마찰실험을 통해 낮은 상대속도 구간에서 사이각에 따라 마찰계수가 낮아지는 것과 바퀴가 지면에 가하는 압력에 따라 마찰계수가 낮아지는 마찰계수의 추이를 확인할 수 있었다. 이와 같은 마찰계수의 추이를 이용해 개별 바퀴에서 발생하는 구동력에 대해 알 수 있으며, 이를 통하여 다중 이동 로봇의 구동에 관한 심층적인 연구가 추가적으로 수행될 수 있을 것이다.

마찰실험을 통해 낮은 상대속도 구간에서 사이각에 따라 마찰계수가 낮아지는 것과 바퀴가 지면에 가하는 압력에 따라 마찰계수가 낮아지는 마찰계수의 추이를 확인할 수 있었다. 이와 같은 마찰계수의 추이를 이용해 개별 바퀴에서 발생하는 구동력에 대해 알 수 있으며, 이를 통하여 다중 이동 로봇의 구동에 관한 심층적인 연구가 추가적으로 수행될 수 있을 것이다.

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