가변궤도 차량의 장애물 접촉충격 감소를 위한 궤도 접근각변화 연구

Abstract

신속하게 움직이는 로봇차량을 개발하기 위해서는 센서를 통한 환경인식과 얻은 정보를 통해 근역범위의 지도를 생성하여 실시간으로 경로를 결정하는 경로 계획기술, 계획된 명령과 경로를 효과적으로 추종하고, 반응을 적합하게 할 수 있는 메커니즘을 설계하는 기술, 차량의 성능을 극대화 할 수 있는 제어기술이 필요하다. 이러한 여러 영역 중에서 주행차량의 동역학적인 특성을 고려한 운동특성 제어에 대한 연구는 다른 영역에 비해 많이 미비한 실정이다. 대부분의 구조 및 정찰용 궤도차량은 플리퍼(flipper), 서브암(sub-arm)등으로 구성된 가변 서브암이 있다. 가변서브암은 차량이 장애물에 접근시 가장 먼저 접촉하는 부분으로 서브암의 운동은 장애물 극복성능을 좌우하는 초기상태를 결정하는 중요한 부분을 차지한다. 궤도차량의 접근각(attack angle)은 궤도의 앞부분과 지면 사이의 각도를 의미하는데, 가변궤도차량은 서브암의 회전으로 접근각을 변화시킬 수 있다. 또한 이 접근각은 차량의 지속 동작 능력과 차량의 안정성, 충격력 감소 능력 등에 영향을 미친다. 본 연구에서는 가변궤도차량(Variable Configuration Tracked Vehicle: VCTV)이 장애물을 극복하는 과정에서 접근각의 변화이 충격력 감소에 미치는 영향을 분석하고 저감 방안을 제시하고자 한다. 그를 위해 가변궤도차량의 장애물 극복에 대한 동특성을 예측하기 위한 모델과 운동방정식을 도출하였다. 그리고 MATLAB/Simulink를 이용한 시뮬레이션을 통해서 장애물 극복과정의 작용력을 계산하였다. 가변궤도차량의 접근각 변화 전략에 대해 기술하고 컴퓨터 모의 실험을 통해 접근각 변화의 충격 저감 효과를 확인하였다. 먼저 가변궤도차량이 장애물에 충돌할 때 접근각을 고정시킨 경우와 접근각을 변화시킨 경우 차량에 전달되는 충격력의 크기를 비교를 한 후, 가변궤도차량의 장애물 접근속도와 접근각 변화 속도의 관계를 도출하였다.