이륜 구동 주행 메커니즘을 적용한 개구리 모방 도약 로봇

Abstract

색적 및 정찰을 위하여 전쟁 지역이나 자연 재해 현장에 투입되는 소형 무인 주행 차량(SUGV)은 험지 극복성능이 뛰어나야 한다. 바퀴나 트랙, 다리 혹은 다관절 형태의 이동수단을 가진 로봇들은 평지에서 효율적이고 빠른 이동성을 가진다. 하지만 이러한 로봇들은 수직장애물과 같이 복잡한 지형을 극복하기 위해 지면과의 지속적인 견인력이 필요하기 때문에 이동수단의 크기에 따라 극복할 수 있는 장애물의 크기가 제한된다. 생물학에서는 이러한 현상을 `size-grain hypothesis`라고 한다.자연은 이러한 문제에 대해서 해결책을 가지고 있다. 개구리, 벼룩, 메뚜기와 같이 도약능력을 가지고 있는 생물체들은 자신의 크기보다 훨씬 높은 장애물을 극복할 수 있다. 개구리는 뛰어난 도약 능력을 가지고 있는데, 다리의 독특한 근골격 구조와 `indueced peak`라는 도약 메커니즘을 통하여 도약을 하는 생물이다.본 논문에서는 이륜 구동 주행 메커니즘을 적용한 개구리 모방 도약 로봇에 대해 논할 것이다. 이 로봇은 복잡한 험지를 원활하게 극복할 수 있는 도약 능력의 장점과 평지에서의 효율적이고 빠른 주행 능력의 장점을 결합하였다. 도약 메커니즘을 설계하기 위해 4절 링크 구조, twisting actuation, 형상기억합금, pawl-ratchet을 적용하였다. 주행 메커니즘을 설계하기 위해 경량화 및 충격 흡수에 강한 바퀴와 도약 각도 조절이 가능한 꼬리를 개발하여 로봇에 적용하였다.목표 장애물은 소형 무인 주행 차량이 정찰 환경에서 가장 빈번하게 마주치면서 동시에 극복하기 어려운 장애물인 계단(규정 단높이 20cm)으로 설정하였다. 이 도약 로봇은 약 26.5cm를 도약하면서 계단을 극복할 수 있는 성능을 가지고 있다. 또한 평지에서 약 1.25m/s(13bodylength/s)의 속력으로 주행이 가능하고 도약 메커니즘의 도움 없이 약 2.8cm의 수직장애물을 극복할 수 있다.