Traction control and friction coefficient estimation for mobile robots

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2008. 8., [ ix, 139 p. ]본 연구에서는 바퀴의 미끄러짐을 감소시켜 주행로봇의 에너지 효율 높이고 주행성을 확보하기 위한 견인력 제어에 대한 연구와 이와 동시적으로 바퀴와 지면 사이의 마찰 계수를 추정할 수 있는 연구가 수행 되었다. 주행로봇은 인간을 대신하여 험지나 위험 지역에서 탐사, 전투, 지뢰 제거와 같은 임무를 수행한다. 이러한 임무를 효율적으로 수행하기 위해서 주행로봇의 주행성 확보가 필수적인 요소이다. 또한 특정 지역을 극복 여부를 알려주는 traversability의 예측은 주행로봇의 최적의 경로 계획에 필수적이며, 자율적인 로봇의 회수를 보장한다. 본 논문에서 제안된 견인력 제어 알고리즘은 바퀴의 각속도만을 피드백(feedback)받아 다른 센서와 장치 없이 구현된다. 스틱-슬립(stick-slip)현상에서 착안된 이 방법은 바퀴의 각가속도를 이용하여 바퀴와 지면의 접착을 인식하고, 토크의 선형적인 증가와 감소 반복한다. 제안된 방법은 정지최대마찰계수가 운동마찰계수보다 딱딱한 지형에서 효율성이 극대화 되며, 지형의 형태가 부서지기 쉬운 모래와 자갈과 같은 환경에서는 안정성을 보장하기 힘든 단점이 있다. 제안된 알고리즘을 검증하기 위해 시뮬레이션은 ADAM와 MATLAB을 이용하여 수행되었으며, 이용된 ROBHAZ-6WHEEL의 모델은 3-D CAD 환경에서 실제와 동일하게 구축되었다. 제안된 견인력 알고리즘의 적용으로 70.6%의 미끄러짐 감소와 65.4%의 지면 소산에너지의 감소를 얻었다. 미끄러짐의 감소는 보다 정확한 접촉각도의 예측이 가능하게 하며 이를 이용하여 주행로봇의 힘 분포를 예측하게 된다. 접촉각과 견인력의 추정과 더불어 ROBHAZ-6WHEEL의 정적 모델을 이용하여 힘 분포를 추정하는 방법이 논의 되었고 이를 이용하여 마찰계수 추정 하였다. ADAMS 주행 시뮬레이션을 통해서 얻어진 로봇의 기구학적 정보와 바퀴에 작용하는 수직 항력 등을 이용해 본 연구에서 제시한 방법의 적용 가능성을 확인하였다. 또한 계단 등반 실험을 통하여 계단 면의 실제 마찰계수를 추정하였다.한국과학기술원 : 기계공학전공

Development of piezoelectric motor using momentum generated by bimorph

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2004.2, [ vi, 67 p. ; ]압전 모터는 제어의 용이성과 높은 위치 분해능이 필요하거나 자기장의 간섭이 제거되어야 하는 많은 응용분야에서 이용되어 왔다. 하지만 압전 모터는 두 개의 주요한 단점을 가지고 있다. 하나는 온도의 상승과 마모에 의해 일정한 진폭을 유지하는 것이 어렵다는 것이고 다른 하나는 유전적 기계적 손실에 의한 발열 문제이다. 본 논문에서는, 이와 같은 문제가 극복될 수 있는 모터를 제안 하였다. 제안된 압전 모터는 바이모프와 회전체의 운동량 교환을 이용하여 구동된다. 제안된 모터의 정상상태 속도와 정적 토크를 극대화 하기 위해, 두 개의 바이모프 모델을 이용하여 설계지침이 수립되었다. 설계지침은 실험과 이론의 비교를 통해 부분적으로 증명되었다. 제작된 압전 모터는 몇 시간의 구동 실험에도 발열 문제를 일으키지 않았다. 접착층의 파손과 같은 구조적인 문제와 예비힘의 측정이 어려운 단점을 해결하기 위해 두 번째 압전 모터가 설계 되었다. 전압과 구동 주파수와 위상 변화와 예비힘이 모터의 정적 토크와 정상상태 속도에 미치는 영향이 실험적으로 분석되었다. 두번째 설계된 모터에서 최대 속도는 200rpm이고 최대 정적인 토크는 1.1 mNm 였다. 고정자의 형상이 최적화 되었다.한국과학기술원 : 기계공학전공