자신의 몸체를 스스로 올려 계단을 극복하는 로봇 메커니즘의 설계

Abstract

무인소형로봇은 위험 지역이나 최전방에서 병사를 대신하여 정찰 및 감시 역할을 안전하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 폭발물 처리나 지뢰 제거, 화학 무기 제거 등의 위험한 작업들에도 이용된다. 이러한 사람의 인명과 관련된 위험한 일을 로봇이 대신하게 됨으로써 사람의 생명을 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 피로나 공포감 없이 작업 수행이 가능하므로 보다 효율적인 수행 결과를 기대할 수도 있다. 군사적 용도로 사용하는 무인소형 로봇을 설계 하되, 현대전의 경우 건물 등지에서 국지전이 발생하는 시나리오를 적용하여 계단을 오르내리는 상황을 설정하였다. 즉, 병사를 대신하여 주야간 정찰, 탐지, 추적을 통하여 유무인 전투체계에 접목하여 전투효과를 극대화 하려고 한다. 기존의 계단을 오르는 로봇 메커니즘에서 능동적인 제어 없이 계단을 극복하는 메커니즘을 도입하였다. 또한 가능한 소형으로 만드는 것을 목표로 한다. 이를 위해 엘리베이터가 오르내리는 형태의 메커니즘을 제안하였다. 먼저 로봇이 계단을 만나면 앞쪽에 있는 링크가 또 다른 동력원을 사용하지 않고 수동적인 제어를 통하여 계단 위쪽에 걸쳐지게 된다. 그 후, 몸체 뒤쪽의 랙과 피니언을 모터로 구동하여 몸체가 서서히 들리게 된다. 몸체의 위치가 계단 높이를 극복하게 되면 아래쪽의 바퀴를 구동하여 몸체가 완전히 위쪽 계단에 얹혀 지게 된다. 마지막 작업으로 뒤쪽 랙이 올라와서 계단 극복이 마무리 되게 된다. 또한 계단의 길이나 너비에 제약을 받는 메커니즘이 아니라 다양한 계단을 손쉽게 극복할 수 있도록 설계 하였다. 실제제작에 앞서 링크 길이 최적화 및 프로그램을 이용한 계단 극복 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션 정보와 실제 제작간의 차이를 비교하였으며 이후 설계 수정 및 보완을 통한 실용적인 사용을 꾀하려 한다. 약 15-6cm 정사각형 형태의 계단 극복을 위해 제작된 소형 로봇의 크기는 25 $\times$ 23 $\times$ 34 cm 이며 무게는 13kg 정도이다. 사용된 동력원의 개수는 모터 5개이다.