로봇은 감시, 검사, 유지 보수 작업을 위해 벽을 오르고 있습니다.

두 개의 발톱, 모터 및 할아버지 시계의 진자처럼 흔들리는 꼬리를 휘두르는 ROCR("로커")이라는 이름의 작은 로봇은 15초 만에 카페트가 깔린 8피트 벽을 기어오르며 효율적으로 오르도록 설계된 최초의 로봇입니다. 인간의 암벽 등반가나 원숭이가 나무 사이를 휘젓는 것처럼 움직입니다.

“이 로봇은 결국 검사, 유지 관리 및 감시에 사용될 수 있지만, 아마도 가장 큰 단기적 잠재력은 교육 도구 또는 교육 도구일 것입니다. 정말 멋진 장난감입니다.”라고 유타 대학교 기계 공학 조교수인 로봇 개발자 William Provancher가 말했습니다.

ROCR Oscillating Climbing Robot 개발에 대한 그의 연구는 이번 달 Transactions에 의해 온라인 출판될 예정입니다. 전기전자공학회와 미국기계공학회(American Society of Mechanical Engineers)의 저널인 Mechatronics에서.

Provancher와 그의 동료들은 대부분의 등반 로봇이 건물, 교량 또는 댐의 외부, 저장 탱크, 핵 시설 또는 건물 내부의 정찰과 같은 환경."

그러나 지금까지 대부분의 등반 로봇은 효율성을 염두에 두지 않고 더 많은 것을 염두에 두고 설계되었습니다. 기본 목표는 올라가는 벽에서 떨어지지 않는 것입니다.

“이전의 등반 로봇은 속도, 벽 밀착, 이동 방법 및 위치 결정과 같은 문제에 중점을 두었지만 ROCR은 첫 번째입니다. 효율적으로 등반에 집중하기 위해”라고 Provancher는 말합니다.

이전의 한 등반 로봇은 초당 6.2인치로 올라갈 수 있는 ROCR보다 약 4배 더 빠르게 상승했지만 ROCR은 등반 테스트에서 20%의 효율성을 달성했습니다. Provancher는 "자동차의 엔진 효율이 약 25%라는 점을 고려할 때 상대적으로 인상적입니다."라고 말합니다.

로봇의 효율성은 로봇이 소비하는 전기 에너지에 등반하는 행위에서 수행되는 작업의 비율로 정의됩니다. 그는 로봇이라고 말합니다.

Provancher의 개발 독립형 로봇의 개발, 테스트 및 연구는 유타 대학교 기계 공학 박사 과정 학생인 Mark Fehlberg와 현재 New Hampshire에서 엔지니어로 일하고 있는 전 유타 석사 과정 학생인 Samuel Jensen-Segal이 공동 저술했습니다. 회사.

국립 과학 재단과 유타 대학이 연구 자금을 지원했습니다.

ROCR은 정상을 향한 갈고리 발톱을 가진 스윙어입니다.
다른 연구자들은 건조 접착제, 마이크로스파인, 소위 "dactyl" 가시 또는 ROCR, 흡입 컵, 자석, 심지어 건조 혼합물과 같은 큰 발톱을 포함하여 등반 로봇이 벽에 달라붙는 다양한 방법을 연구했습니다. 벽을 기어오르는 도마뱀붙이를 모방한 접착제와 발톱.

로봇이 다양한 벽면을 기어오르는 데 다양한 방법이 시도되고 입증된 지금, -생명, 효율성은 집중해야 할 일 목록의 맨 위에 있습니다."라고 Provancher는 말합니다.

그럼에도 불구하고 등반 로봇이 일반적으로 사용되기 전에 "해야 할 일이 훨씬 더 많습니다"라고 그는 말합니다. 추가합니다.

이전의 일부 등반 로봇은 다리가 2개에서 8개로 컸습니다. 반면 ROCR은 폭이 12.2인치에 불과하고 길이가 18인치에 불과하며 무게가 1.2파운드에 불과합니다.

로봇의 꼬리와 곡선형 대들보를 구동하는 모터 스테빌라이저 바는 로봇의 상체에 부착됩니다. 상체에는 로봇이 올라갈 때 카페트 벽에 가라앉는 두 개의 작은 강철 갈고리 모양의 발톱이 있습니다. 스태빌라이저가 없으면 ROCR의 발톱은 벽이 오르내릴 때 벽에서 멀어지는 경향이 있습니다.

모터는 꼬리 상단의 기어를 구동하여 꼬리가 앞뒤로 흔들리게 합니다. 로봇을 위로 밀어 올립니다. 배터리는 꼬리 끝에 있으며 로봇을 위쪽으로 휘두르는 데 필요한 질량을 제공합니다.

“ROCR은 한 번에 한 손으로 벽을 번갈아 잡고 꼬리를 휘두르면서 중심을 만듭니다. 자유 손을 들어 올려 등반 표면을 움켜쥐는 중력 이동의 영향을 받습니다.”라고 이 연구는 말합니다. "손은 쥐는 역할을 하고 ROCR은 꼬리를 반대 방향으로 흔듭니다."

ROCR은 자체 내장형이며 자율적이며 마이크로컴퓨터, 센서 및 전력 전자장치가 있어 원하는 꼬리 동작을 실행하여 오르게 합니다. .

Provancher는 ROCR이 효율성을 달성하기 위해 동물과 기계를 모방한다고 말합니다.

“자연과 인공 모두에서 효율적인 시스템을 모방한 설계로 효율성이라는 목표를 추구합니다. "라고 그는 말한다. "나무를 가로지르는 긴팔원숭이와 괘종시계의 진자를 모방하여 매우 효율적입니다."

연구에 따르면 ROCR의 핵심 혁신은 에너지 효율적인 등반 전략과 단순함입니다. 기계적 설계 - 인간의 등반가의 질량 이동과 동물의 완완 [흔들기] 동작을 관찰함으로써 발생합니다."

등반 로봇 시뮬레이션 및 테스트
로봇 자체를 테스트하기 전에 Provancher와 동료들은 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 ROCR의 등반을 시뮬레이션하고 이러한 시뮬레이션을 사용하여 가장 효율적인 등반 전략을 평가하고 로봇의 물리적 특징을 미세 조정했습니다.

그런 다음 그들은 로봇이 짧은 낮잠 카펫으로 덮인 8피트 높이의 합판 위로 가장 효율적으로 올라갈 수 있는 방법을 결정하기 위해 로봇의 꼬리가 얼마나 빠르고 얼마나 많이 흔들리는지 다양한 실험을 수행했습니다.

로봇은 괘종시계의 진자가 고유 주파수에서 흔들리는 방식과 유사하게 공진 근처(로봇의 고유 주파수 근처)에서 달릴 때 가장 빠르고 효율적으로 작동했습니다. 꼬리가 더 천천히 흔들리면서 상승했지만 빠르거나 효율적이지는 않았습니다. 연구원들은 꼬리가 앞뒤로 120도(또는 60도에서 60도) 흔들릴 때 가장 큰 효율성(20%)을 달성한다는 것을 발견했습니다. 꼬리가 초당 1.125회 앞뒤로 흔들렸을 때와 발톱이 4.9인치 떨어져 있을 때.

꼬리가 1초에 2번 휘두르니 너무 빨라서 ROCR이 벽에서 뛰어내렸고 안전코드에 걸려서 파손되지 않았다.

Provancher는 연구는 처음이라고 말했다. 미래 모델을 비교할 수 있는 등반 로봇의 효율성에 대한 벤치마크를 설정합니다. 그는 미래의 작업에는 로봇의 디자인 개선, 벽돌과 사암과 같은 다양한 종류의 벽을 잡기 위한 더 복잡한 메커니즘 통합, 로봇을 제어하는 ​​더 복잡한 방법 조사 등이 포함될 것이라고 말합니다. 이 모든 것은 효율성 향상을 목표로 합니다.

"등반 효율이 높아지면 독립형 자율 로봇의 배터리 수명이 연장되고 로봇이 수행할 수 있는 작업의 다양성이 확장됩니다."라고 그는 말합니다.

William Provancher, University of Utah.

유타 대학의 기계 엔지니어인 William Provancher와 동료들이 개발한 ROCR 진동 등반 로봇은 두 개의 갈고리 모양의 발톱, 모터 및 할아버지 시계의 진자처럼 흔들리는 꼬리를 사용하여 카펫이 깔린 벽을 효율적으로 오를 수 있습니다. 무게는 1.2파운드에 불과하고 너비는 12.2인치, 길이는 18인치로 감시, 검사, 유지 보수, 교육 공학 및 심지어 장난감으로도 사용할 수 있습니다.