삼각트랙을 구비한 외벽 등반로봇 플랫폼 (ROPE RIDE)의 안정성 및 이동성 향상을 위한 토크 분배 알고리즘 개발 :Development of torque distribution algorithm for improving stability and mobility of the wall climbing robot platform (ROPE RIDE) equipped with triangular track wheels

조선미

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조선미 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2013

삼각트랙을 구비한 외벽 등반로봇 플랫폼의 안정성 및 이동성 향상을 위한 토크 분배 알고리즘 개발

조선미 , 서근찬 , 김태균 외 2명 Journal of the Korean Society for Precision Engineering 2013.07 학술저널

삼각트랙을 구비한 외벽 등반로봇 플랫폼 (ROPE RIDE)의 안정성 및 이동성 향상을 위한 토크 분배 알고리즘 개발

조선미 기계항공공학부 2013.01 학위논문

2012

삼각트랙이 장착된 외벽 등반로봇 플랫폼의 기구학 해석

조선미 , 서근찬 , 김태균 외 2명 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2012.05 학술대회자료

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본 논문은 삼각트랙을 구비한 외벽 등반로봇 플랫폼(ROPE RIDE: RObot Platform Enabling Rope access In Dangerous Environment)이 벽면에 구속되어 장애물을 승월하며 이동하거나 로봇 플랫폼에 탑재된 가반하중에 의하여 외란을 받을 때, 안정성과 이동성을 동시에 향상시키기 위한 삼각트랙 토크 분배 알고리즘 개발에 관한 연구를 다룬다. 외벽 등반로봇 플랫폼은 크기 957 mm x 1500 mm x 758 mm (폭x길이x높이), 무게 75 kgf 이며, 로프 등강기의 로프 이송력을 이용하여 옥상에 고정된 로프를 타고 상하 이동한다. 4개의 삼각트랙 전체 회전이 가능하여 불규칙한 형상을 가진 표면에서의 이동과 장애물 승월이 용이하며, 프로펠러의 추력에 의하여 삼각트랙을 벽면에 밀착하여 주행하는 구조를 가지고 있다.
삼각트랙이 장착된 외벽 등반로봇 플랫폼에 가반하중이 탑재되거나 외란이 작용하게 되면 상, 하단부 삼각트랙 중 하나를 벽면으로부터 이탈시키는 피치 모멘트가 발생하여 안정성을 해치게 된다. 장애물 승월 시 로프 이송력 변동의 증가로 인하여 로봇 플랫폼의 이동 반대 방향으로 삼각트랙에 작용하는 반력의 증가는 이동성을 해치게 된다. 피치 모멘트의 영향을 줄이기 위하여 각 삼각트랙에 작용하는 노면 반력의 차이를 최소화함으로써 로봇 플랫폼이 장애물을 승월하면서 이동하는데 있어서의 안정성을 향상시키고, 로봇 플랫폼이 로프 이송력의 변동을 최소화하면서 이동하도록 각 삼각트랙에 작용하는 반력의 합을 최소화함으로써 로봇 플랫폼의 이동성을 향상시킨다. 로봇 플랫폼의 운동방정식을 통하여 삼각트랙에 가하는 토크가 로봇 플랫폼의 안정성과 이동성에 영향을 미침을 보였고, 이러한 안정성 및 이동성을 향상시킬 수 있도록 삼각트랙과 장애물 간의 접촉 상태를 모델링하여 삼각트랙에 가하는 토크 값을 계산하였다. 이를 토대로 로봇 플랫폼의 100 mm 장애물 승월 주행 시뮬레이션을 수행한 결과 로봇 플랫폼의 로프 등강 속도가 0.3 m/min 일 때, 안정성은 52.73 %, 이동성은 11.44 % 향상되었으며, 로프 등강 속도가 3 m/min 일 때, 안정성은 41.35 %, 이동성은 10.90 % 향상되었음을 확인하였다.

This thesis presents a development of torque distribution algorithm for improving stability and mobility of the wall climbing robot platform (ROPE RIDE: RObot Platform Enabling Rope access In Dangerous Environment) equipped with triangular track wheels when the robot platform constrained by the wall overcomes obstacles and receives the disturbance by the payload mounted on it. The size of robot platform is 957 mm x 1500 mm x 758 mm (width x length x height), and the weight is 75 kgf. The robot platform driving on the fixed rope on the roof climbs the wall using the pulling force of the rope by the rope ascender. It can move on the surfaces with irregular shape and overcome obstacles based on the four rotatable triangular tracks. The robot platform drives triangular tracks close to the wall using the adhesion force of the propeller thruster.
When the payload is loaded or the disturbance occurs on the wall climbing robot platform equipped with triangular tracks, the stability of the robot platform decreases due to the emergence of pitch moment to escape one of the triangular tracks from the wall. The mobility of the robot platform decreases as well, due to the increase of the reaction forces on the triangular tracks towards the opposite direction of the robot platform’s move. The increase of the rope’s pulling force enables the robot platform to overcome obstacles. In order to reduce the effect of the pitch moment, the stability of moving on the wall and overcoming obstacles can be improved by minimizing the difference between the values of the road surface reaction forces. In order to move the robot platform while minimizing the fluctuation of rope’s pulling force, the mobility of the robot platform can be improved by minimizing the sum of reaction force values which act on each triangular track. Through the motion equation of the robot platform, it is proved that torques acting on triangular tracks have an effect on stability and mobility. In order to improve the stability and mobility, the values of torques acting on triangular tracks are calculated by modeling the contact state between the triangular tracks and obstacles. Based on this thesis, simulation results from driving and overcoming 100 mm height obstacle showed the improvement of stability (52.73 %) and the mobility (11.44 %) when climbing speed was 0.3 m/min. The results also showed the improvement of stability (41.35 %) and mobility (10.90 %) when climbing speed was 3 m/min.

#외벽 등반로봇 #삼각트랙 #토크 분배 알고리즘 #안정성 #이동성

초록
1. 서론
1.1 연구배경 및 연구동기
1.2 기존 연구 조사
1.3 연구목표 및 내용
2. 외벽 등반로봇 플랫폼(ROPE RIDE)의 구조 및 동작원리
2.1 기구구조 및 제원
2.2 동작원리
3. ROPE RIDE의 자유물체도 및 운동방정식
3.1 ROPE RIDE하부 바디의 자유물체도 및 운동방정식
3.2 삼각트랙의 자유물체도 및 운동방정식
4. ROPE RIDE의 안정성, 이동성 정의 및 토크의 영향
4.1 안정성 정의 및 삼각트랙 토크의 영향
4.2 이동성 정의 및 삼각트랙 토크의 영향
5. ROPE RIDE의 삼각트랙 토크 분배 알고리즘
5.1 트랙과 지면의 접촉상태 변화에 따른 토크 값 결정 방법 5.2 삼각트랙 토크 분배 알고리즘
6. 삼각트랙 토크 분배 알고리즘의 검증
6.1 로프 등강 속도 0.3 m/min인 경우의 시뮬레이션 결과
6.2 로프 등강 속도 3 m/min인 경우의 시뮬레이션 결과
7. 결론
8. 참고문헌
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