Biomimetic Segmented Robot with Turning and Climbing Locomotion by Linear Magnetic Actuation
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이승엽
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000058752
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
In this thesis, the design of two types of biomimetic segmented robots exhibiting multi-directional earthworm-like locomotion is described. They are composed of electromagnetic actuators (solenoid actuators) without return springs. These solenoid actuators use permanent magnet plungers instead of metal plungers in order to control the direction of the input current applied to the wound coils, which allows them to operate with bi-directional motions. To design the segmented robots for effective locomotion, various locomotive mechanisms such as linear, turning, and climbing locomotion are first investigated. The designed segmented robots are capable of multi-directional and high-speed locomotion regardless of friction conditions. A biomimetic turning segment robot is composed of five segmented bodies, and one segment has two solenoid actuators. This robot can move linearly and it can also turn due to the pair of solenoid actuators in each segment that facilitate the earthworm-like locomotion. A biomimetic climbing segment robot consists of four segmented bodies, and one segment is made up of only one solenoid actuator. This robot is capable of climbing on inclined surfaces, since two types of pads (a gecko pad manufactured by PDMS and a non-slip pad made of silicone) are installed on the bottom of each segment. A theoretical analysis is performed to estimate the optimal profiles of the input current signals for maximum speed, and to predict the displacements over one cycle. Experiments are then conducted to determine the velocities and displacements of motion. Both the theoretical analysis and the experimental results are described here, and then compared.
more초록/요약
본 논문에서는 선형, 회전 및 벽면을 오르는 움직임을 효과적으로 수행하는 분절 로봇을 제안하고 이를 개발하고자 한다. 제안하는 분절 로봇은 지렁이의 움직임을 모사하였으며, 각 분절은 복원력을 가지는 스프링이 없는 전자기 구동기 (솔레노이드 구동기) 만을 사용하여 움직임이 가능하도록 하였다. 현재 시중에서 판매되는 전자기 구동기는 철심의 플런저를 사용하고 있으나, 이에 반해 본 논문에서는 영구 자석을 플런저로 사용하였으며, 이 결과 인가되는 전류의 방향만을 바꿔줌으로써 전자기 구동기가 양방향으로 움직이게 하였다. 제안하는 분절 로봇은 크게 2가지로, 첫 번째 로봇은 5개의 분절로 되어 있으며, 각 분절은 두 개의 전자기 구동기로 이루어져 있다. 두 번째 로봇의 경우 4개의 분절로 이루어져 있으며, 하나의 분절은 하나의 전자기 구동기로 이루어져 있다. 첫 번째 제안하는 분절 로봇은 선형 움직임뿐만 아니라 회전 움직임까지 가능하도록 개발하였다. 두 번째로 제안하는 로봇은 직진운동 및 벽면을 오르는 움직임이 가능하도록 하였다. 벽면을 오르는 움직임을 위해 각 분절에 두 개의 다리를 만들어 주었으며, 다리의 바닥면에 두 가지 형태의 패드를 부착하였다. 다리에 부착한 패드 중 한 형태는 벽면을 오르는 로봇을 개발할 때 흔히 사용되는 게코 패드를, 또 다른 하나는 자동차 용품 중 물건이 미끌려 떨어지는 것을 방지하는 미끄럼 방지 패드를 사용하였다. 본 논문에서는 제안하는 두 가지 형태 분절 로봇의 이동 거리와 속도를 이론적으로 분석하였다. 또한 제안하는 분절 로봇에 인가되는 전류를 제어해줌으로써 선형, 회전 및 벽면을 오르는 움직임과 관련된 실험을 진행하였다. 또한 이론적인 분석과 실험 결과를 비교하여 보았으며, 이를 토대로 제안하는 두 형태의 분절 로봇은 다양한 움직임이 가능하다는 결론을 얻을 수 있었다.
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