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자신의 몸체를 스스로 올려 계단을 극복하는 로봇 메커니즘의 설계 = Design of a self-lifting robot mechanism to overcome stairs
서명 / 저자 자신의 몸체를 스스로 올려 계단을 극복하는 로봇 메커니즘의 설계 = Design of a self-lifting robot mechanism to overcome stairs / 강동호.
저자명 강동호 ; Kang, Dong-Ho
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2009].
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초록정보

Unmanned robot has become a key technology for the future. It helps getting information where people can not go and instead of people, it is performed dangerous work like as mine removal, surveillance and reconnaissance. In addition, It will be used for the convenience of the person and the future war which is suppressed the terror in the city. To perform this job, development of unmanned robot mechanism which is overcome the obstacle is important. Most of the existing surface locomotion concepts are based on wheels, caterpillars or legs. Wheel mechanism is the optimal solutions for well structured environment like roads or habitations. But off-the road, its efficiency is very dependent on the typical size of encountered obstacles that have to be overcome in a standard motion mode. Caterpillar vehicle demonstrates good off-road abilities because of their stability and good friction coefficient during motion. Its advantage is the simplicity but the friction losses between the surface and the caterpillars when the robot is turning are high. Walking mechanism is well adapted to unstructured environment because it can insure its stability in a wide range of situations, but it is mechanically complex and requires a lot of control resources. On a plane surface, it demonstrates low speed motion and high power consumption if compared with the other solutions. So I try to hybrid locomotion (wheel+leg) which is well adapted to unstructured environment, like as stair, and it is mechanically simple and easy control. In the literature, most of the existing robot mechanism which is overcome the stair are climbing. They are constrained stair height and width when overcoming the stair. So if they are overcome the common stair, their size are limited. But in this paper, hybrid locomotion is divided two parts. Front part is used the 4-bar linkage. Role of this part, guarantees contacting between front wheel and ground and helping the stability when it is to overcome the stair. It don`t use an actuator, it use the spring and simple structure. So Decision of spring coefficient is important. Using the dynamic simulation, I check the Performance of 4-bar linkage that it is overcoming the stair and get the spring coefficient. Rear part is used the movement of elevator. Using pinion and rack gear, rotation movement of motor is changed translation. Role of this part, elevate the robot body when front wheel is located second stair. Through these move, robot will be walk the stair, like a human. In this result, this mechanism is constrained stair height, but stair width is not constraint. It brings benefits. It is available in various fields. For example, It is used the military robot which is getting information in dangerous region. It makes small and light so it is portable. It is used the medical robot which is electric wheelchairs or stretcher using ambulance. It can resize to fit their purpose. This mechanism is using 5 motors(front, middle, rear wheel and lifting), rack, pinion, baring, guide. Size of robot 23 $\times$ 27 $\times$ 33cm(length $\times$ width $\times$ height) and weight is 13kg. Maximum speed is 0.3m/s and it is overcoming the stair which height is 16cm.

무인소형로봇은 위험 지역이나 최전방에서 병사를 대신하여 정찰 및 감시 역할을 안전하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발물 처리나 지뢰 제거, 화학 무기 제거 등의 위험한 작업들에도 이용된다. 이러한 사람의 인명과 관련된 위험한 일을 로봇이 대신하게 됨으로써 사람의 생명을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 피로나 공포감 없이 작업 수행이 가능하므로 보다 효율적인 수행 결과를 기대할 수도 있다. 군사적 용도로 사용하는 무인소형 로봇을 설계 하되, 현대전의 경우 건물 등지에서 국지전이 발생하는 시나리오를 적용하여 계단을 오르내리는 상황을 설정하였다. 즉, 병사를 대신하여 주야간 정찰, 탐지, 추적을 통하여 유무인 전투체계에 접목하여 전투효과를 극대화 하려고 한다. 기존의 계단을 오르는 로봇 메커니즘에서 능동적인 제어 없이 계단을 극복하는 메커니즘을 도입하였다. 또한 가능한 소형으로 만드는 것을 목표로 한다. 이를 위해 엘리베이터가 오르내리는 형태의 메커니즘을 제안하였다. 먼저 로봇이 계단을 만나면 앞쪽에 있는 링크가 또 다른 동력원을 사용하지 않고 수동적인 제어를 통하여 계단 위쪽에 걸쳐지게 된다. 그 후, 몸체 뒤쪽의 랙과 피니언을 모터로 구동하여 몸체가 서서히 들리게 된다. 몸체의 위치가 계단 높이를 극복하게 되면 아래쪽의 바퀴를 구동하여 몸체가 완전히 위쪽 계단에 얹혀 지게 된다. 마지막 작업으로 뒤쪽 랙이 올라와서 계단 극복이 마무리 되게 된다. 또한 계단의 길이나 너비에 제약을 받는 메커니즘이 아니라 다양한 계단을 손쉽게 극복할 수 있도록 설계 하였다. 실제제작에 앞서 링크 길이 최적화 및 프로그램을 이용한 계단 극복 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션 정보와 실제 제작간의 차이를 비교하였으며 이후 설계 수정 및 보완을 통한 실용적인 사용을 꾀하려 한다. 약 15-6cm 정사각형 형태의 계단 극복을 위해 제작된 소형 로봇의 크기는 25 $\times$ 23 $\times$ 34 cm 이며 무게는 13kg 정도이다. 사용된 동력원의 개수는 모터 5개이다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 09005
형태사항 xii, 73 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Dong-Ho Kang
지도교수의 한글표기 : 곽병만
지도교수의 영문표기 : Byung-Man Kwak
부록 수록
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 68-70
주제 Stairs;Unmanned Robot Mechanism;Self-lifting motion;Passive control;
계단;무인화 로봇 메커니즘;스스로 몸체를 들어올리는 움직임;수동적인 제어;
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