구형 투척 로봇의 동적 자세 안정화

Abstract

최근의 군사 과학기술 분야에서는 최소한의 인명 피해를 발생시키기 위하여, 로봇을 이용한 효과적인 감시정찰 연구가 진행되고 있다. 효과적인 감시정찰을 위해선 몇 가지 달성되어야 할 조건이 있다. 첫째로는 ‘로봇 크기의 제약’으로서 감시정찰 시에, 적군에 노출되지 않을 만큼의 소형, 경량이어야 하며, 원거리 정찰을 위한, ‘장거리 투척성’, ‘투척 후의 충격 흡수 성능’ 등을 갖추어야 한다. 본 논문에서는 위의 제한 조건을 만족하며 효율적인 감시정찰 기능을 수행할 수 있는 ‘장거리 투척을 위한 소형 구형 로봇’을 개발하였으며 개발된 로봇의 동역학적 거동에 대한 분석을 제시한다. 개발된 로봇은 작고 가벼운 투척형 로봇으로서 투척과 충격흡수에 용이한 구형 형상을 지닌다. 또한 본 로봇은 정확한 정찰 정보를 송신하기 위하여 동적 자세에 있어서 안정화되어야 한다. 동적 자세 안정화에 있어서는 크게 3가지 카테고리를 만족하여야 한다. 첫 번째 조건으로는 낮은 무게중심 설계를 이용하여, 투척 직후에 작동모드로 변환되어야 한다. 두 번째 조건으로는 로봇이 직진 주행을 할 수 있어야 하며, 급감가속 시에 카메라 앵글이 일정 범위 안에서 보정되어야 한다. 마지막 조건으로는 안정화 상태에서 고속 회전이 가능하여야 한다. 특히 구형 투척 로봇은 구형 형상을 이용하여 투척에 용이하며 충격 흡수에 용이하지만 륜거가 짧음에 따라 동적 자세에 있어서 불안정한 단점을 지닌다. 따라서 본 논문에서는 로봇의 직진성 보장과 카메라 앵글 보정, 륜거 길이 조절에 따른 동적 자세 안정화에 대해 논한다. 또한 양 바퀴의 토크와 속도 및 륜거의 길이 변화에 따른 임의의 경사도에서의 동적 자세 안정화 범위에 대해서도 Kane`s Dynamics를 이용하여 분석한다. 마지막으로, 본 논문은 륜거 길이를 상태에 따라 조절 가능한 작고 가벼운 새로운 컨셉의 로봇을 설계, 제작하였으며 실험을 통해 개선된 동적 자세 안정성에 대해 분석한다.