출품자 : 조성건,이동규,강형석
지도교수 : 김병규
학교명 : 한국항공대학교
1. 발명의 목적
- 본 발명은 지형적 환경과 무관하게 이동할 수 있는 외골격 가변형 구형 로봇에 관한 것으로서 구의 부피를
제어함으로써 비평탄면에서의 주행성능을 향상시켜 로봇의 기동성을 확보할 수 있다. 외골격의 부피를 제어하기
위한 구성을 간소화하여 로봇의 제작비용 절감 및 고장률 감소가 가능하다. 종래의 구형로봇은 외경이 고정되어
있기 때문에 지형 변화가 많은 험로 주행에 어려움이 있다. 특히 무인탐사로봇의 임무 수행 측면에서 이동 경로의
특성을 예상할 수 없고, 비평탄면의 존재를 고려하였을 때, 험로 주행이 불가능한 무인탐사로봇의 임무 수행범위는
극단적으로 축소될 수밖에 없다. 또한, 주행 시 마주치는 장애물을 넘지 못하고 회피하면서 이동할 경우 이동거리가
증가하여 로봇의 작동 시간을 감소시키기 때문에, 임무 수행 시간에 치명적인 악영향을 미친다.
결과적으로 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제안된 로봇은 구형 로봇의 장점을
이용한 무인탐사임무를 수행할 뿐만 아니라 외골격의 부피를 변형시켜 로봇의 기동성을 극단적으로 향상시켰다.
또한 텔레스코픽 마스트(telescopic mast)를 이용한 하부 전개형 선회 기능을 포함하여 무인탐사임무를 효과적으로
수행할 수 있도록 설계되었다.
2. 발명의 핵심내용
- 본 발명에서 제안하고자 하는 로봇은 1) 복수의 링크와 조인트로 구성되어 부피변화가 가능한 외골격 부,
2) 외골격의 부피를 변화시키기 위한 크기조절 부, 3) 외골격의 방향전환과 이동을 위한 구동부,
4) 로봇의 외골격 부를 지면으로부터 이격시켜 선회기능을 수행 할 수 있는 선회부로 구분할 수 있다.
외골격 부는 링크의 결합에 의해 동일한 구심점을 갖는 내부 몸체부와 외부 쉘 부로 구분할 수 있으며,
링크와 조인트의 형상에 따라 팽창/축소 시 내/외부 반경의 변화율이 결정된다. 외부 쉘 부는 로봇의
주행성능을 개선하기 위해 가요성 재질을 활용한 외피에 패턴을 각인하여 다양한 지형적 환경에도 구동이 가능하다.
외골격의 부피를 변화시키기 위한 크기조절 부는 구 내부의 임의의 두 점 이상을 가압하기 위한 텔레스코픽
마스트 형태의 제 1 연장부를 포함하고, 제 1 연장부의 길이 변화를 통해 외골격의 부피를 제어한다.
제 1 연장부는 슬라이드-크랭크 구조물로 조절되기 때문에 모터의 회전각에 따라 연장부의 길이를
정밀하게 제어할 수 있다. 따라서 외골격의 부피 역시 정밀하게 제어할 수 있다.
로봇의 방향전환과 이동을 위한 구동부는 다음과 같이 각각 구분하여 동작된다. 로봇의 방향전환은
로봇의 몸체 부 하부에 연결된 무게추의 도립진자 운동을 통해 구현된다. 로봇의 전/후 이동은 로봇의
몸체 부의 중심축 기어에 연결된 모터의 회전에 따라 구현된다.
로봇을 정밀하게 방향전환시킬 수 있는 선회부는 지면으로부터 로봇을 이격·지지하는 것을 특징으로 하며,
텔레스코픽 마스트 형태의 제 2 연장부로 구성되어 지면을 중심축으로 한 360도 회전이 가능하다.
또한, 선회부 전개 시 구동부 무게추의 도립진자 운동을 이용하여 로봇을 안정적으로 제자리 선회시킬 수 있다.
상기 제 1, 2 연장부는 슬라이더-크랭크 구조 또는 와이어를 이용한 형태로 구성이 가능하며, 와이어 구동 시
각각의 연장부 내부에 탄성체를 삽입하여 연장부의 길이를 변화시킬 수 있다.