이동로봇과 결합된 교량탐사용 비행로봇의 개발

Abstract

교량의 유지 관리는 교량의 안정성을 확보하고 수명을 연장하는데 목적이 있다. 이를 위해 주기적으로 안전점검을 하게 된다. 하지만 교량의 대부분은 사람이 접근하기 어려워 유지 관리에 있어 어려움이 따른다. 따라서 검사의 효율성을 높이고 검사자의 안전을 확보하기 위한 노력이 시도되고 있다. 최근 교량 유지 관리에 있어 자동화 연구가 이루어지고 있는 것도 이러한 시도 중에 한 방법이다. 하지만, 대부분 차도 위에서 밑으로 팔을 뻗어 교통에 방해를 주거나, 다리에 미리 복잡한 장치를 설치해야 하는 구조들로 되어 있다. 이를 개선하기 위해 비행 로봇과 이동 로봇을 접목시켜 교량에 거꾸로 붙어 있는 상태에서 이동 메카니즘이 움직이면서 검사를 할 수 있도록 하였다. 비행 메카니즘은 정지비행을 할 수 있고, 동체를 줄일 수 있는 동축로터 헬리콥터 형태 이다. 그리고 이동 메카니즘은 로봇의 자세가 유지된 상태로 전방향으로 움직일 수 있는 형태로 되어있다. 이러한 로봇 플랫폼은 감시, 정찰등의 용도로 대부분 사용되던 비행로봇을 변형시켜 새로운 임무를 줄 수 있는 가능성이 있음을 보여주고 있다. 최근 실외에서 활용되는 로봇들은 주로 GPS(Global Positioning System)를 사용하여 로봇의 위치를 인식한다. GPS는 위성 수신만 된다면 어디서나 사용할 수 있는 위치인식 솔루션이라 할 수 있다. 그러나 건물 안, 터널 등 위성이 수신되지 않거나 신호가 약한 곳에서는 사용하기 어렵다. 개발된 로봇의 주요 임무를 수행하기 위해서는 교량의 밑으로 들어가야 하기 때문에 GPS를 사용하기 힘들다. 그래서 GPS와 비슷한 방식으로 동작하는 UPS(Ultrasonic Positioning System)를 사용하여 로봇의 위치인식 문제를 해결 하였다. 본 논문에서는 비행 메카니즘과 이동 메카니즘을 결합하여 교량 검사를 좀 더 안전하게 할 수 있도록 하였다. 또 각각 메카니즘에 대한 모델을 정의하고, 수동조작을 통해 모델의 타당성을 입증하고 추력실험, 위치인식 및 제어 실험을 통해 천장면에 붙어 있는 상태에서 이동 메카니즘을 이용하여 로봇이 움직일 수 있도록 하였다.; The purpose of maintaining bridges is to secure of them and expend its life. They were needed to have a regular safety check. But, most parts of a bridge were not able to access easily for people so it was difficult to maintain. Therefore, people had been trying to enhance reliabilities and secure the safety of examiners. Automate researching for bridge maintenance was recent one way of these tries. But, most were interrupt traffics to stretch its arm below to above or needed to attach the structure of complex devices in advance. To improve it, the flight mechanism and mobile mechanism were combined to examine with moving when they were attaching to bridges up and down. The flight mechanism is a coaxial rotor type that cut the body down and can be done hovering. The mobile mechanism was shaped to move every direction with holding the position of a robot. These robot platforms showed possibilities to use them not only for observation and patrol but they could be used for a new usage with transformation of flying robots. Recently, robots that used at outdoor usually used GPS(Global Positioning System) to recognize the location of robots. GPS was a localization solution that can be used anywhere with reception via satellite. But, they were difficult to use some places where signals were weak such as inside of building and tunnels. It was difficult to use GPS because robots that had been improving were needed to go under the bridges to do their works. So, the problem about localization of robots had solved with UPS(Ultrasonic Positioning System) that worked very similar way as GPS. In the paper, it was focused on location maintaining when a robot was examined a bridge. The flight mechanism would only have propulsions and adhesive force, the mobile mechanism would be used for moving. Therefore, defining the kinematic model of the mobile mechanism has proved the validity of the model through manual control and PD controller is using for position control.