SI-PASS 가변 스포크 모빌리티

작성자
이윤서
작성일
2022-11-18 11:57
조회
357

SI-PASS

SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY INSITUTE OF ROBOTICS -PLATFORM WITH ACTIVE SPOKE SYSTEM

팀원: 이윤서(팀장), 김재영, 성우진, 권근형


작품 소개

2개의 전륜 가변 스포크 시스템을 구동하며, 다양한 지형 상황에서 이동할 수 있는 차세대 모빌리티입니다.
  •  2개의 전륜 스포크 시스템으로 구동
  • 각 스포크 시스템은 속도 조절 및 방향 조절이 가능함
    • 웜 기어드 모터 사용으로, 의도치 않은 외력에 대해 저항하는 힘이 강함
  •  하나의 스포크 시스템은 8개의 스포크로 구성되어있고, 림의 상대운동으로 가상 바퀴 지름을 형성함
    • 가상 바퀴 최대 지름 450mm, 최소 지름 320mm으로 약 30%의 바퀴 지름 변화가 가능함
  •  오토 밸런싱 기능으로, 장애물 돌파 과정에서 본체 평형을 유지할 수 있음

개발 동기 및 시나리오

ROMELA 연구소의 IMPASS 로봇에 영감을 받았습니다. 다양한 지형 및 기상 상황에서 구동할 수 있는 모빌리티가 필요하다고 생각했고, 지면의 상황에 따라 본체가 평형을 유지하는 시스템이 부재하다는 점을 파악하였습니다.

지형이 고르지 못한 지역이나 재난 지역 등을 돌파할 수 있고, 극지방이나 오염 지역등을 수색하는 데 적용할 수 있는 가변 스포크 시스템을 개발하였습니다.

사용 기술 및 제어


제어 구조


칼만 필터 사용 및 전체 회로도


오토 밸런싱 알고리즘

-> 현재 본체의 기울기를 측정하여 스포크에 전달여 시스템이 평형을 이루게 한다


사용 HW

  • 아두이노
  • MPU6050(6축 자이로 가속도 센서)
  • HC-06(블루투스 모듈)
  • L298N(모터 드라이버)
  • 서보 모터
    • 30kgf*cm
  •  웜기어드 DC 모터
    • 18 kgf*cm
  •  슬립링

구조 및 작동 영상


회전 림 개별 구동 가능 및 스포크 시스템 개별 구동 가능


  • 큰 림 – 본체 : 웜기어드 모터로 기어비 3:1 구동
  • 큰 림 – 작은 림: 서보모터로 상대적인 회전 운동 구현

구조물을 넘어가는 SI-PASS


작동 영상: https://drive.google.com/file/d/15JyGM0OsczzQa9ZiDeBJxGaORUZ7hKYr/view?usp=share_link

개선 및 발전가능성

SI-PASS 발전 방향
  • 스포크 개수 증가 및 경량화
    • 현재 스포크 시스템 및 본체가 무거움. 빠른 기동에 문제가 있음
    • 스포크 개수를 증가한다면 더욱 부드러운 움직임이 가능함.
  • 4륜 가변 스포크 시스템
    • 현재 가변 스포크 시스템이 전륜 2개로만 구성되어있음.
    • 스포크 시스템 4개를 사용한다면 다양한 지형 조건에서 평형을 유지할 수 있을 것을 예상됨.
  • 특수 상황일 때 스포크 돌출 구조
    • 평소에는 기본 바퀴를 통해 부드러운 움직임과 승차감을 유지
    • 특수 지형 및 눈길 등 악천후 시에 스포크가 돌출되어 안전성 제고
산업 적용 방안
  • 배달로봇
  • 불균일한 도로 및 턱 등 장애요소에 제한 받지 않음
  • 외부 탐사 로봇
  • 다양한 지형 등에 적용 가능


 

감사합니다.
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