We developed an autonomous omni-directional wheeled/4 legs(hybrid) mobile robot which has four driving omni-wheels arranged in a rectangular style and 4 legs of 2 DOF which like be a crab's legs. This new locomotion mechanism that combines legs and robot body is proposed, and a prototype mobile robot that adopts the mechanism is described. We adopted Xscale processor as a main controller which is based on the ARM architecture enabling high-performance computing with low power consumption. Also by using Real-time Linux as OS, we constructed a Real-time control system.
This mobile robot uses two modes for the mechanism, wheel mode and leg mode. Wheel mode is used to move in flat terrain, but leg mode is used to climb stair and threshold. In this thesis, only leg mode is focused and then main task of this robot is to arrive at the top floor of stair, to go over threshold autonomously. The motions of 4 legs are not just trivial because we also use the body of robot for more fast climbing and more stability. So the motion looks be abnormal, but robot is able to climb stair and go over threshold more fast.
A trivial LRF can detect one dimensional distance. But we need the data of stair size which height and width of one step. Furthermore, we want to short the time of scanning as possible. Accordingly, we modified the only one direction of LRF by using mirror. A LRF can obtain another directional distance data by mirrors which has 3 dimensional angle. It necessarily has more complexity to obtain information of stair or threshold. But, it is worth sensing 3 dimesional information by just one scanning.
The results of experiments are described to show the motion of 4 legs for climbing stair and going over threshold. Also joint thetas at each gait of legs, sensed data from LRF are showed.
Mobile robot은 인간의 편의를 위해 더욱 개발되어지고 있는 분야이다.Mobile robot은 크게 평지에서 빠른 속도와 높은 효율을 가진 바퀴 구동 mobile robot과 불규칙한 지형이나 계단 및 둔 턱등에도 이동성을 보장하는 다리 구동 mobile robot으로 나누어진다. 그러나, 항상 다양하고 불규칙한 환경에서 생활하는 인간에게 도움을 주는 mobile robot이 되기 위해선 그러한 환경에서도 충분한 이동성을 가지고 있는 mobile robot이 필요하다. 이러한 조건을 충족시키기 위해 이 두 가지 종류의 mobile robot을 융합시키는 hybrid mobile robot 연구가 이미 많이 진행되어 오고 있지만, 이 논문에서 새로이 제안된 구조의 hybrid mobile robot은 안정성을 확보하면서 보다 빠른 속도로 계단을 오르고 둔 턱을 넘어갈 수 있도록 설계되었다. 비록 정적(static) control을 이용하여 구현하여 동적(dynamic) control 보다 외부 환경 변화에 대한 적응에 한계를 가지지만, 이러한 정적 control만으로도 충분히 빠른 속도로 원하는 목표를 달성 할 수 있었다.
이러한 동작 성능을 확인하기 위해 MATLAB을 이용하여 계단을 오르거나 둔 턱을 넘어갈때에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 여기에는 각 다리의 발이 움직여야할 경로 계획과 그 경로에 대한 속도 정보계산 및 역기구학(inverse kinematics) 계산 그리고 다리 구조에 의한 각도값 보상이 포함된다. 또한 hybrid mobile robot의 각 다리가 보다 자연스러운 동작을 위해 이 각도값들이 연속성을 지니도록하기 위한 경로 설정도 포함된다. Hybrid moible robot을 구성하기 위해 임베디드 시스템환경인 Xscale 보드에 리눅스와 RTAI를 적용하여 각종 프로그램을 작성하고 각종 부품을 지지시키기 위해 프레임(frame)을 설계해서 제작하였다. 구성된 hybrid mobile robot이 실제로 정확히 동작하여 계단을 오르고 둔 턱을 넘어가는지에 대한 실험을 계단과 둔 턱 실험환경을 만들어 수행하였다. 이 실험 결과를 통해서 제안된 hybrid mobile robot구조가 계단을 오르고 둔 턱을 넘어가는데 비교적 적은 시간이 소모하면서 안정적으로 동작한다는 것을 알 수 있다. 그리고 LRF의 단방향성을 극복하기 위한 거울을 이용하여 레이저를 반사시키는 실험을 통해 얻은 data를 가지고 충분히 계단의 폭과 높이를 알아낼 수 있다는 것을 제시하였다.
