The development of mobile robots for confined spaces is increasing and soft toroidal robots have shown considerable potential. However, the existing soft toroidal robots cannot move freely because no steering mechanism has been developed and their mobility is limited by the shape of the robot. In this work, a steering mechanism that can steer while maintaining the soft morphological nature of soft toroidal robots is proposed. To achieve this, different material properties were analyzed and validated. Since a soft toroidal robot using nylon fabric exhibits internal material (tail) bias effect under certain conditions, the robot was modeled based on this bistable state. Based on the modeling, a steering mechanism utilizing the tail bias effect was developed, and it was possible to create a curvature that does not occur in conventional soft toroidal robots and a steering with 1-DOF. Since nylon fabric is used not only in the aerospace application but also in many other soft robots, it is expected that the characterization and modeling in this work will be widely applied in these fields.
협소한 공간을 위한 이동 로봇의 개발이 증가하고 있으며, 그 중 원환형 로봇이 유망한 아이디어로 떠오르고 있다. 그러나 기존의 원환형 유연 로봇은 조향 메커니즘이 개발되지 않아 자유로운 이동이 불가능하며, 로봇의 기하학적 특성으로 인해 기동성에 한계가 있다. 본 논문에서는 원환형 유연 로봇의 부드러운 형태학적 특징을 유지하면서 조향이 가능한 조향 메커니즘을 제안한다. 이를 위해 재료의 다양한 특성을 분석하고 검증하였다. 나일론 원단으로 제작한 원환형 로봇은 특정한 조건에서 내부 재료의 편향성이 나타나는데, 이와 같은 쌍안정 상태를 기반으로 로봇의 모델링을 진행하였다. 모델링을 기반으로 내부 재료의 편향성을 활용한 조향 메커니즘을 개발하였고, 1-자유도 조향 뿐 아니라 기존의 원환형 유연 로봇에 나타날 수 없는 곡률 형성에 성공하였다. 나일론 원단은 우주 산업과 더불어 많은 소프트 로봇에 사용되는 재료이기에 본 논문에서의 특성 분석과 모델링은 위와 같은 분야에도 널리 사용되기를 기대하고 있다.
