As civil structures become massive and high, the maintenance and inspection for the structures are getting important, however most of the conventional maintenance and inspection methods are labor-intensive. It has a problem of the large cost due to the staffing professionals, lack of professional manpower and high risk for hard to reach areas. To solve these problems, the needs of wall-climbing robots are emerged. Infrastructure-based wall-climbing robots have been studied for a long time to inspect and maintain an outer wall of building with high payload and safety. However, the infrastructure must be installed on the wall to use the robot and it can injure the exterior of the structure. Consequently, the architects don’t prefer the infrastructure-based wall-climbing robots. In case of the non-infra-based wall-climbing robot, it is researched to overcome the aforementioned problems and gaining attention recently. Most of the non-infra-based wall-climbing robots, they stick to the wall using adhesion mechanisms such as magnetics, vacuum system or adhesion materials instead of the infrastructure that installed on the wall, but most of the technologies are in the laboratory level since the payload, safety and maneuverability are not satisfactory. To overcome these problems, a MAV(Micro Aerial Vehicle) type wall-climbing robot is proposed in this paper. The robot is designed to climb a wall and flying with four rotors and wheels. It can fly using the thrust forces generated by four rotors. Also, it can stick to the wall with the same thrust forces and then climb the wall with four wheels. The wall-climbing robot can stabilize its position even if it is suddenly detached from the wall by unexpected disturbances using the flying capability. It makes the maneuverability and safety of the robot improved. The forward dynamics and inverse dynamics of the robot are solved and the controllers are proposed. Also, it is simulated by MATLAB and WORKING MODEL 2D software and then it is verified through experiments with a prototype.
최근 빌딩, 교량 등의 구조물들이 고층화, 대형화됨에 따라, 구조물의 관리 및 검사의 중요성이 높아지고 있다. 하지만, 기존의 관리 및 검사는 인력에 의존하고 있으므로, 전문 인력의 부족, 비용의 증가, 사고의 위험성 등이 문제가 되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 벽체 등반로봇의 연구가 이루어지고 있다. 인프라기반의 벽체 등반로봇은 가장 오래 연구된 벽체 등반로봇으로 높은 안전성과 유효하중을 가진다. 하지만, 로봇의 운용을 위해 목표 벽면에 인프라가 설치되어 있어야 하며, 해당 인프라는 구조물의 외관을 해칠수 있다는 단점을 가진다. 이러한 이유로 인프라 기반의 벽체 등반로봇은 건축가들에게 기피되고 있다. 때문에, 이렇나 인프라를 필요로 하지 않는 무인프라 기반의 벽체 등반로봇의 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 무인프라 기반의 벽체 등반로봇은 벽면에 설치되어야 하는 인프라 대신에 진공흡착, 자석, 점착성 물질 등을 사용하여 벽면에 부착되어 이동한다. 하지만, 대부분의 무인프라 기반 벽체 등반로봇은 낮은 유효하중, 이동성, 안전성의 문제로 인하여 대부분 연구실 단계에 머무르고 있다. 본 논문에서는 이러한 무인프라 기반 벽체 등반로봇의 단점을 해결하기 위해 비행 가능한 소형 무인 항공기 형태의 벽체 등반로봇을 개발하였다. 해당 로봇은 비행이 가능하여 이동성이 높으며 특히 기존의 무인프라 기반의 벽체 등반로봇이 예상치 못한 외란으로 인해 벽면에서 이탈하였을 경우 추락 및 사고로 이어지는 반면, 제안된 로봇은 벽면으로 복귀가 가능하므로 안전성이 향상되었다. 본 논문에서는 제안된 로봇의 동역학적 해석 및 제어기를 설계하고, 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 로봇의 운용 가능성을 검증 하였다.
