2-자유도 적응형 변형바퀴 로봇의 기구학 기반 궤적 최적 설계

Abstract

바퀴 구조는 평지 주행에 효과적인 형태를 가지고 있어 인간 생활 환경에서 동작하는 다양한 종류의 서비스 로봇에 사용되는 구조이지만, 턱 또는 계단과 같은 장애물에 대해서는 이동성의 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 다양한 크기의 턱 장애물을 효과적으로 극복할 수 있는 적응형 변형바퀴의 개념이 제시되었다.

적응형 변형바퀴는 기존의 다른 변형 바퀴와 달리 높은 자유도를 가지고 있어 주행과정에서 바퀴의 움직임을 조절할 수 있고, 이를 통해 장애물을 보다 효과적으로 극복할 수 있다. 본 논문은 이러한 적응형 변형바퀴가 턱 장애물을 주행하는 과정에서 발생하는 흔들림을 최소화하고 바퀴가 로봇 본체에 미치는 안전성, 효율성을 높이기 위해 바퀴 중심점의 궤적을 최적화하는 연구에 대해 다룬다. 장애물과 바퀴에 대한 기구학적 분석을 통해 장애물 극복 과정에서 바퀴가 반드시 통과하는 지점을 확인하였고, 이를 만족하는 다양한 궤적에 대한 최적화 목적함수와 제한조건을 선정하여 주어진 조건에서 최적의 바퀴 움직임을 찾는 최적 설계 방법론을 도출하였다. 최적화 결과로써 최적의 바퀴 중심 경로 외에 바퀴의 운동을 위한 설계변수 변화량 궤적 또한 확인하였다