인기호가 발행되었습니다! 산동대학교 Li Yibin 교수 팀은 간단하고 기동성이 뛰어난 바퀴 달린 복합 로봇을 개발했습니다.

인류는 고대부터 다양한 야생 지형에 적응할 수 있는 이동 메커니즘 개발을 꿈꿔왔습니다. 바퀴형 모바일 플랫폼은 동작 안정성과 이동 효율성이 좋지만 거친 지형에서 이동하기 어렵습니다. 다리 및 다리가 있는 로봇은 지형 적응성과 이동 유연성이 좋지만 이동 안정성과 에너지 효율성이 개선될 여지가 있습니다.

바퀴 운동과 다리 및 발 운동의 장점을 결합하기 위해 바퀴-다리 복합 운동 메커니즘이 탄생했습니다. 일반적인 휠 및 다리 복합 메커니즘에는 주로 특수 모양의 휠(예: RHex), 스포크 휠(예: Whegs), 변형 휠(예: OmniWheg), 시리즈 휠 다리(예: Wheeled-ANYmal) 등이 포함됩니다. 그림 X와 같습니다.

그림 1 일반적인 바퀴다리 복합 로봇

최근 산동대학교 리이빈 교수, 일본 리츠메이칸대학교 마 슈겐 교수, 중국과학원 선양 자동화연구소 류진궈 교수, 지장연구소 콩링위 부연구원팀이 새로운 유형을 개발했다. Q-Whex라는 이름의 바퀴 달린 복합 로봇의 모습그림 2와 같습니다.

사진 2 Q-Whex 로봇

Q-Whex는 바퀴 달린 이동 플랫폼처럼 평지에서도 원활하게 이동할 수 있으며, 발이 달린 로봇처럼 섀시 높이보다 높은 장애물도 오를 수 있습니다. 다른 바퀴 달린 복합 이동 로봇과 비교하여 Q-Whex는 표 1에서 볼 수 있듯이 모션 부드러움, 메커니즘 복잡성 및 제어 난이도 측면에서 장점을 가지고 있습니다.

표 1 Q-Whex와 다른 유형의 바퀴 달린 복합 이동 로봇 간의 비교

이 작품은 Journal of Field Robotics에 "Q-Whex: 간단하고 이동성이 뛰어난 준바퀴형 육각형 로봇"이라는 제목으로 게재되었습니다.

▍간단한 메커니즘과 편리한 제어

논문에 나온 Q-Whex 로봇은 길이 277.5mm, 너비 204.8mm, 높이 39.5mm, 자중 2.4kg, 2.65kg의 하중으로 전진 속도 0.44m/s에 도달할 수 있습니다. Q-Whex는 본체와 6개의 동형 섹터 모양 반륜 구동 시스템으로 구성됩니다. 제어 회로, IMU, 배터리, 카메라가 몸통 내부에 통합되어 있습니다. 바퀴 다리 구조의 구동 모터도 몸통 내부에 배치됩니다. 팬 중앙에 연결되어 회전합니다. 부채꼴 가장자리가 지면에 닿으면 바퀴 모양의 가장자리가 지면에 닿으면 다리형 장애물 극복 효과를 얻을 수 있습니다.

Q-Whex의 제작 및 조립은 그림 3과 같이 매우 간단합니다. 모터와 몸통 내부의 구성 요소는 두 개의 탄소 섬유판 사이에 설치되며 각 섹터 모양의 하프 휠도 탄소 섬유판으로 만들어집니다.

그림 3 Q-Whex 분해도

Q-Whex의 모션 제어도 매우 쉽습니다. 각 섹터 모양의 반바퀴가 연속적으로 회전합니다. 왼쪽 섹터 모양의 반바퀴와 오른쪽 섹터 모양의 반바퀴의 속도 차이를 제어하여 조향이 가능합니다. 로봇의 각 부채꼴 반바퀴 사이의 회전 각도를 제어하여 위상차를 통해 다양한 보행을 생성할 수 있습니다. 그림 4는 Q-Whex의 네 가지 일반적인 보행을 보여줍니다.

그림 4 Q-Whex 일반적인 보행 디스플레이

▍바퀴와 다리 조합, 등반 및 장애물 극복

Q-Whex는 삼각형 보행을 채택하여 그림 5와 같이 바퀴 달린 이동 플랫폼처럼 평지에서도 부드럽게 이동할 수 있습니다.

그림 5 평지에서 부드럽게 움직이는 Q-Whex

Q-Whex는 그림 6과 같이 눈, 얼음, 자갈 및 기타 표면도 쉽게 처리할 수 있습니다.

그림 6 Q-Whex는 다양한 표면에서 작동합니다

대칭보행을 이용하면 그림 7과 같이 32도 경사를 오르내릴 수 있습니다.

그림 7 32도 경사면의 Q-Whex

그림 8과 같이 연속 계단을 오를 수 있습니다.

사진 8 Q-Whex 연속 계단 오르기

그림 9와 같이 다양한 험난한 지형도 문제가 되지 않습니다.

그림 9 거친 지형에서 달리는 Q-Whex

▍대칭구성으로 뒤집힐 염려가 없습니다

Q-Whex 로봇의 구조설계는 전후, 좌우, 상하 3방향 대칭형 구성을 채택하고 있어 이동 시 전후, 전후 차이가 없습니다. 로봇이 운전 중 실수로 전복된 경우에도 "뒤집기" 구성으로 계속 전진할 수 있으므로 복잡한 환경 이동 시 위험과 사고에 대한 탁월한 보험 및 내결함성을 갖습니다. 그림 10은 로봇이 등반 과정에서 전복된 후 "백업" 자세로 등반을 완료한 것을 보여줍니다.

사진 10 Q-Whex는 전복 후에도 계속 주행할 수 있습니다

▍온보드 카메라, 원격 감지

Q-Whex 로봇에는 소형 카메라 장비가 설치되어 수집된 이미지를 WiFi 또는 4G 네트워크를 통해 실시간으로 원격 운영자에게 전송할 수 있습니다. 따라서 Q-Whex는 그림 11과 같이 무인 탐지 작업을 수행할 수 있습니다.

그림 11 Q-Whex는 원격 감지를 위해 온보드 카메라를 사용할 수 있습니다.

그림 12와 같이 원격으로 고양이를 놀릴 수도 있습니다.

사진 12 Q-Whex와 고양이

Q-Whex는 본질적으로 새로운 바퀴-다리 복합 이동성 개념으로, 독립적으로 구동되는 6개의 섹터 모양 반바퀴의 지속적인 회전과 상호 위상 조정에서 파생됩니다. 이 개념은 산업 검사, 물류 운송, 현장 감지 등에 필요한 모바일 플랫폼에 적용될 수 있습니다. 실제 적용 요구 사항에 따라 적절한 구성과 크기를 선택해야 합니다. 로봇은 복잡한 인식이나 제어 전략을 채택할 필요가 없으며 구조와 제어가 단순하여 시스템의 견고성과 신뢰성이 향상됩니다.

논문의 첫 번째 저자는 Shandong University의 부연구원 Zhang Guoteng입니다. 이메일:

guoteng@email.sdu.edu.cn.

문서 링크:

https://doi.org/10.1002/rob.22186

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