연구진
  - 지도교수 : 주백석
  - 연구원 : 이정섭, 최형준, 신재민, Alyssa Yvonne Alipis

‌1. Introduction
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‌▶ 개발동기 및 필요성

① 3D프린터 기술과 로봇 기술의 융합으로 보급화 및 접근성 향상
  - 일반인 및 비전공자들의 로봇제작 한계
  - 기존 로봇들은 가공 및 제작에 필요한 소요시간이 길며, 수정 및 보완이 힘들다.
  - 3D프린트 또한 로봇이며 로봇으로 로봇을 제작하는 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 제작법이 필요

② 재난구역에서의 험지극복 필요
  - 지진 및 태풍 등의 재난 상황 발생 시 건물과 지반에 균열이 생기거나 붕괴로 인하여 사람의 접근에 한계
  - 일반적인 바퀴를 가진 차량과 로봇은 험지극복에 한계가 있다.
  * 험지 극복에 한계가 있을 시 문제점
  - 재난상황 발생 시 인명피해와 재산 피해 파악이 늦어져 더 큰 피해를 일으킴

③ 무인 시스템 사용 필요
  - 사람이 접근하기 어려운 재난구역을 안전하게 탐사 가능한 로봇이 필요

2. Mechanaical Design
 
▶ 이중 캐터필러 시스템

이중 캐터필러 시스템의 경우 1단과 2단에 동력이 모두 전달되어야 한다. 하지만 하나의 동력원으로 이중의 캐터필러에 동력을 전달하기 위해서는 기구적인 설계가 필요하다. 이에 구동 바퀴와 2단 구조의 전달 바퀴의 캐터필러 연결을 통하여 하나의 동력원으로 이중 캐터필러에 동력이 전달되도록 설계하였다.‌‌

‌▶ 부품의 모듈화 설계

‌‌이동로봇 설계 시 3D 프린트를 이용하며 3D 프린트의 특성을 고려하고 제작 크기의 한계와 제작 시간의 제한사항을 고려하여 교체가 간편하고 제작 시간을 줄일 수 있는 형태로 설계하였다.

▶ 암 위치제어에 필요한 토크 계산

3. Hardware Design

▶ 시스템 개략도

‌‌전방 장애물인식에 필요한 적외선 센서와 지면과의 거리가 측정 가능한 초음파 센서 , 로봇의 현재 기울기 상태와 장애물 극방 상태를 파악하는 자이로 센서로 환경인식 센서가 구성된다. 캐터필러 구동을 위한 속도제어 모터 2개와 장애물을 넘기 위한 로봇 암의 구동을 위한 위치제어 모터 2개가 사용되었다.로봇의 주행상황을 원격으로 제어 및 관측이 가능하도록 와이파이 통신기반의 카메라와 블루투스 모듈이 사용되었다.

▶ Control APP 개발

‌‌상용적으로 사용되는 아두이노 기반의 마이크로컨트롤러 APP의 경우 블루투스 통신을 통하여 조이스틱을 사용하거나 통신만이 가능하다.  개발한 앱은 블루투스 통신과 와이파이 통신을 통합한 환경의 APP를 이용하여 다양한 환경에서 로봇의 제어가 가능하다.

4. Control System Design

▶ 제어 알고리즘

‌‌계단 및 절벽형태의 장애물 자율극복 알고리즘을 개발하기 위해 상승 장애물과 하강장애물을 분류하고 장애물에 형태에 따른 알고리즘을 구상하여 초음파 및 적외선 센서를 이용하여 장애물을 인식하고 모터를 사용하여 회피 및 극복을 하도록 설계하였다.

5. Result

▶ 성능시험 및 결과

설계한 로봇은 3D모델링이 가능한 CATIA 프로그램을 사용하여 각각의 부품들을 조립하고 회전하는 바퀴와 캐터필러를 결합하고, 축과 연결된 기어의 움직임으로 독립적인 팔의 구동이 가능한지에 대한 시뮬레이션을 하였다. 수동주행모드의 경우 WIFI 통신을 통하여 스마트폰, 노트북, 테블릿 PC를 이용하여 실시간 스트리밍 화면을 받아 조이스틱으로 조작 할 수 있도록 앱 인벤터를 이용하여 APP를 개발하였다.자율 극복 모드의 경우 환경 인식 센서와 자세 인식 센서인 초음파, 자이로, 적외선 센서를 이용하여 장애물을 인지하고 서보모터를 통하여 독립 관절암이 구동되고 자세 인식 센서인 자이로센서를 이용하여 계단의 경사각만큼의 차체의 기울기가 보장되었을 때 구동 동작이 이루어져 계단과 경사 형태의 장애물이 극복 할 수 있도록 설계하였으며, 장애물 극복상황이 아닌 경우에는 평지이동 자세로 이동하도록 S/W 알고리즘을 구성하였다.제작 후 실험을 통하여 일정 각도 이상의 경사면이 극복 할 수 있고, 높이 0cm ~ 10cm 범위의 높이를 가지는 계단 및 절벽형태의 장애물이 극복 가능함을 확인하였다. 실제 상용 로봇으로 제작 시 로봇의 크기를 크게 할 경우 더 높은 높이의 장애물들을 극복 가능하다는 것을 확인하였다.

‌▶ 기대효과
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‌① 이중 캐터필러 구조를 통하여 장애물에 대한 극복성을 증가시켜 극복하기 어려운 장애물을 극복 가능하며 그로 인해 더욱 넓은 탐사범위를 가지는 탐사로봇이 개발가능
② 일반인 및 로봇관련 전공자들의 손쉬운 로봇제작과 교육 및 연구개발에 기여
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‌∵ Qualifications (Award & Patent)
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‌‌• 2018 한국지능로봇 경진대회 / 금상
‌• 2018 전국지능로봇 경진대회 / 한국로봇융합연구원장상
• 2018 SRC IRC / 서울과학기술대학교총장상
• 2018 공학페스티벌 참가
• 2018 기계가공학회 캡스톤발표 / 최우수상
• 2018 메카트로닉스 콘터스 / 최우수상
• 2018 C-idea EXPO / 특별상