U N D E R G R A D U A T E  A C T I V I T I E S

Grappling Robot Based on Wire Mechanism to Overcome Disconnected Terrain

연구진
  - 지도교수 : 주백석
  - 연구원 : 김범석, 이호창, 장승련

1. Introduction

▶ 연구 배경 및 목적

   ① 기존 이동 로봇의 한계
      - 재난 및 재해로 인하여 생긴 단절 지형을 극복하고자 할 때 기존의 바퀴 로봇은 이를 극복하지 못함.
      - 드론의 경우에도 협소한 공간 등의 장소에서 생긴 험지를 극복하지 못함.
      - 특정 상황에 맞는 각기 다른 로봇을 사용하는 것은 시간과 경제적인 측면에서 효율적이지 못함.
   ② 와이어 메커니즘 기반의 그래플링 로봇
     - 본 연구에서는 자체적으로 주위 환경을 인식하고 건너편의 지형에 와이어를 고정하여 단절 지형을 극복할 수 있는 로봇을 제안함.
2. Wire Mechanism

▶ 와이어 메커니즘
   ① Flexivle Wire
     - 말아서 보관이 가능하기 때문에 작은 부피로 먼 거리 전개가 가능함.
     - Convex 단면을 가지고 있어 직선의 형태를 유지하며 길게 전진 가능함.
그리퍼_펼치기.png
그리퍼_파지.png
   ② Gravity Grappling Hook
     - 4절 링크의 형태로 되어있어 와이어의 1자유도 제어만으로 후크 구동이 가능하도록 설계함.
3. Mechanical Design

▶ 기구부 설계
카메라_센서위치.png
   ① 본체 설계
     -로봇이 험지를 인식하고 건너편의 지물과의 거리를 측정하기 위해 레이저 센서가 부착되고, 실시간으로 로봇 상황을 스트리밍할 수 있는 카메라 센서가 부착됨.
   ② 충격 완화 장치
     - 로봇이 단절 지형을 극복할 때 벽면에 부딪히며 생기는 충격을 줄이도록 완충장치를 설계함.
 
   ③ 다목적 지지대 설계
다목적_지지대_모드변형.png
     1) 다목적 지지대를 움직여 로봇 본체의 상하 각도 조절이 가능하도록 설계함.
     2) 모서리 극복 시 다목적 지지대가 슬라이드 역할을 하여 반대 지형을 극복하도록 설계함.
4. Hardware Design

▶ 하드웨어 구성 및 연결도
     - 로봇의 전면부에 부착된 레이저 센서를 통해 단절 지형 인식, 후크와 평행하게 위치한 거리 감지 센서를 통해 로봇과 지물 간의 거리 측정함.
     - 메인 컨트롤러인 아두이노에서는 센서 부를 통해 인식한 내용을 바탕으로 구동부인 모터에 제어 신호를 전송함.
     - 전원 배터리에서 메인 컨트롤러와 모터부에 전원 공급함.
▶ 로봇 제어 및 모니터링 어플리케이션 개발
     - 앱 인벤터를 활용하여 유저 인터페이스를 개발함.
     - 카메라 센서와 와이파이 모듈을 통해 전송되는 로봇 전방 상황을 실시간으로 모니터링 함. 
     - 사용자가 모바일 기기를 통해 로봇에게 동작 명령을 내릴 수 있음.
5. Control System Design
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▶ 지물 인식 과정
     1) 로봇이 왼쪽으로 회전하며 반대 지형에 존재하는 지물을 인식.
     2) 센서에 값이 인식되면 즉시 바퀴 회전을 중지.
     3) 레이저 센서를 통해 얻은 거리정보를 통해 그 값만큼 와이어를 전개, 후크 고정.
     4) 오른쪽으로 회전하며 같은 동작을 수행하고 정면을 바라보게 배치.
▶ 장애물 극복 메커니즘
     - 사용자가 원격으로 로봇을 조작할 수 있도록 블루투스 모듈을 이용하여 모바일 기기와 연결함.
     - 모바일 기기에서 로봇의 전면부에 부착된 카메라 센서를 이용하여 전방 상황을 전송받아 움직임을 사용자가 수동으로 제어할 수 있음.
     - 단절 지형을 인식하면 회전하며 반대편에 존재하는 지물을 인식함.
     - 와이어를 당기며 로봇이 단절 지형을 극복함.

‌▶ 구동 영상

▶ 기대효과

     -와이어 메커니즘을 기반으로 여러 환경과 관계없이 이동할 수 있음.
     - 사람이 접근하기 어려운 곳에 대한 조사가 필요하거나 구조목적 및 물품 수송 등의 역할로 사용할 수 있음.
     -하나의 로봇으로 여러 환경을 이동할 수 있어 시간적, 경제적인 측면에서도 효율적임.
∵ Qualifications (Award & Patent)

• 2022 대한기계학회 전국 학생설계 경진대회 / 대한기계학회장상(은상)
• 2022 창의적 종합설계 경진대회 / 특별상 (중소기업중앙회장상)
• 2022 영남대 컨소시엄 창의적 종합 설계 경진대회 / 은상
• 2022 KIT Engineering Fair / 구미시장상