공리 설계를 이용한 모바일 로봇 도킹 스테이션의 개발

Abstract

청소 로봇의 일종인 진공 청소 로봇은 집안 청소와 같은 집안 일을 대체하며 그 시장을 넓히고 있다. 청소 로봇의 유용성을 높이기 위해서는 고기능화, 청소 기능의 향상과 같은 다양한 목적을 충족시켜야 한다. 도킹 스테이션을 통해 이 목적을 만족시킨다. 하나의 주행 플랫폼과 교체 가능한 기능별 모듈은, 아이로봇사의 팩봇 시리즈와 같이 많은 기능을 수행할 수 있다. 로봇이 기능별 모듈을 교환할 수 있는 도킹 스테이션은 총 2개의 부분으로 구성되는 데, 하나는 도킹 메커니즘이고 다른 하나는 자동 도구 교환 장치이다. 전자는 로봇을 스테이션으로 유도하여 고정하는 역할을 하고, 후자는 모듈을 자동으로 교환하는 역할을 한다. 이 논문에서는 도킹 메커니즘의 개발을 다룬다. 도킹 메커니즘은 로봇이 스테이션에 정확히 도킹하고 그 상태를 외란으로부터 유지할 수 있게 한다. 에너지 효율이 높고 구조가 간단하도록 메커니즘을 설계하였다. 정확한 도킹을 위해서는 로봇의 주행력에 의해 움직이는 메커니즘의 동작부가 로봇의 진입하는 오차를 보상하도록 하였다. 도킹 상태를 강하게 유지하기 위해서는, 메커니즘이 로봇을 잡고 로봇의 진행력에 의해 잠기도록 유도된 토글 스위치에 의해 로봇을 고정하도록 하였다. 공리 설계는 체계적인 설계를 위해 이용하였다. LG전자의 진공 청소 로봇에 적용될 수 있도록 도킹 메커니즘을 개발하였다. 그것은 무게 6kg, 사이즈 Φ340mm x 133mm H이다. 도킹 메커니즘은 로봇의 진입 오차 중, 평행 오차는 최대 ±50mm, 각도 오차는 최대 ±20도를 보상할 수 있었다. 이 정도의 오차를 보상할 수 있으면, 적외선 센서를 사용하는 도킹을 충분히 성공적으로 수행할 수 있다. 그리고, 20N의 힘으로 로봇를 고정 시킬 수 있다.