3D shape exterior wall adaptive mechanism of rope-based climbing robot

Abstract

3D shape exterior wall adaptive mechanism of rope-based climbing robot DongGeun Hyun Dept. of Mechanical Engineering The Graduate School Hanyang University Although many exterior wall climbing robots for cleaning or inspecting buildings have been researched and developed, most of them are targeted at vertical building. In this study, we developed and analyzed the feasibility of a new robot platform that can move freely on unstructured buildings with obstacles or slopes. The robot uses a built-in winch(ascender) to climb the exterior wall, and wheel-leg mechanism to move on various slopes of the ex- terior wall and overcome obstacles. I also analyzed the problems encountered when applying the ascender and wheel-leg mechanisms to 3D exterior wall sit- uation and proposed a Linear sliding turret (LST) mechanism to compensate. The proposed mechanism minimizes damage to the building by controlling the center of gravity(CoG) of the robot so that the reaction force acting on the robot and the building is uniform. And this controls the zero moment polygon (ZMP) to reliably overcome obstacles on the exterior wall of the building. I validated the performance of the robot and LST by conducting experiments on various slopes to ensure that the robot moves stably, overcomes obstacles, and reduces reaction forces. This demonstrated the feasibility of using the properties of the wheeled legs and rope to overcome obstacles in various slope environments.|건물 청소나 점검을 위한 외벽 등반 로봇이 많이 연구 개발되고 있지만 대부분 수직 건축물을 대상으로 한다. 본 연구에서는 장애물이나 경사면이 있는 비정형 건축물에서 자유롭게 이동할 수 있는 새로운 로봇을 개발하고 그 실현 가능성을 분석하였다. 로봇은 내장된 윈치(acsender)와 wheel -leg 메커니즘을 이용하여 외벽을 다양한 경사면으로 이동하고 장애물을 극복한다. 또한 acsender와 wheel-leg 메커니즘을 3-D 외벽 상황에 적용할 때 발생하는 문제점을 분석하고 이를 보완하기 위한 Linear sliding turret(LST) 메커니즘을 제안하였다. 제안된 메커니즘은 로봇과 건물에 작용하는 반력이 균일하도록 로봇의 무게중심을 제어하여 건물의 손상을 최소화한다. 그리고 이는 Zero Moment Point(ZMP)를 제어하여 건물 외벽의 장애물을 안정적으로 극복할 수 있다. 로봇이 안정적으로 움직이고 장애물을 극복하며 반력을 감소시킬 수 있도록 다양한 경사면에서 실험을 수행하여 로봇과 LST의 성능을 검증하였다. 이는 다양한 경사 환경에서 장애물을 극복하기 위해 wheel-leg와 로프의 특성을 활용할 수 있는 실현 가능성을 입증하였다.