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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이응혁
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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본 논문에서는 휠체어 탑승자가 계단 등과 같은 휠체어 주행 불가 지역에서 안전한 이동을 위해 계단승강로봇의 주행 과정에서 발생하는 안전사고에 대한 위해요인을 감지하고 안전적인 주행이 이루어질 수 있는 대응 기법을
제안한다. 휠체어 결합형 계단승강로봇의 안전사고 위해요인으로는, 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상, 무게중심 제어 오류, 평지 진입 구간 감지 실패로 인한 전복 등이 있다. 따라서 휠체어 결합형 계단승강로봇의 안전성 확보를 위해 위해요인을 감지하고 대응하는 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 계단승강에서 발생할 수 있는 위해요인 감지 및 대응을 위해 계단승강로봇의 운동 동작을 해석하고, 안전사고 위해요인 모델을 분석하였다. 또한 분석한 위해요인에 대해 대응하는 주행제어기법을 제안하였다. 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상은 계단 주행이라는 주행 환경 특성 상 관성센서의 Roll, Pitch 각도를 이용하여 추정된 Yaw 변화율을 피드백 제어에 적용하여 직진성 보정 기법을 제안하였다. 또한 직진성 보정 중 원심력에 의한 관성 등 2차 안전사고를 방지하기 위해 주행 상황별 사용자 탑승 좌석을 제어하여 무게중심 기법을 제안하였다. 평지 진입 구간 감지는 외부환경에 강인한 압력센서 기반의 압력감지부를 제작하고 이를 기반으로
알고리즘을 제안하였다. 3가지 제안사항을 검증하기 위해 실제 계단에서의 외력 상황을 고려하여 실험 환경을 구축하였으며 계단 주행 중 의도적으로 오동작 시켜 위해요인을 만들어 이를 대응하는 실험 시나리오를 설계하였다. 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상 실험 결과 9.66˚의 Yawing 현상을 감지하여 직진성을 보정하였다. 또한 직진성 보정 중 무게 중심 제어를 통해 47.5%의 각속도를 감소하여 안전성을 향상시켰다. 마지막 평지 진입 구간에서 제안한 알고리즘을 적용하여 랜딩기어를 내려 평지로 안전적으로 진입하였음을 확인하였으며, 적용 전과 비교하여 47.8%의 충격량이 감소하였음을 확인하였다. 이를 통해 계단승강로봇의 계단 승강 중 발생 가능한 안전사고 위해요인을 감지 및 대응하여 안전성이 증가하였음을 증명하였다.
제안한다. 휠체어 결합형 계단승강로봇의 안전사고 위해요인으로는, 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상, 무게중심 제어 오류, 평지 진입 구간 감지 실패로 인한 전복 등이 있다. 따라서 휠체어 결합형 계단승강로봇의 안전성 확보를 위해 위해요인을 감지하고 대응하는 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 계단승강에서 발생할 수 있는 위해요인 감지 및 대응을 위해 계단승강로봇의 운동 동작을 해석하고, 안전사고 위해요인 모델을 분석하였다. 또한 분석한 위해요인에 대해 대응하는 주행제어기법을 제안하였다. 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상은 계단 주행이라는 주행 환경 특성 상 관성센서의 Roll, Pitch 각도를 이용하여 추정된 Yaw 변화율을 피드백 제어에 적용하여 직진성 보정 기법을 제안하였다. 또한 직진성 보정 중 원심력에 의한 관성 등 2차 안전사고를 방지하기 위해 주행 상황별 사용자 탑승 좌석을 제어하여 무게중심 기법을 제안하였다. 평지 진입 구간 감지는 외부환경에 강인한 압력센서 기반의 압력감지부를 제작하고 이를 기반으로
알고리즘을 제안하였다. 3가지 제안사항을 검증하기 위해 실제 계단에서의 외력 상황을 고려하여 실험 환경을 구축하였으며 계단 주행 중 의도적으로 오동작 시켜 위해요인을 만들어 이를 대응하는 실험 시나리오를 설계하였다. 정렬 이상 동작과 같은 Yawing 현상 실험 결과 9.66˚의 Yawing 현상을 감지하여 직진성을 보정하였다. 또한 직진성 보정 중 무게 중심 제어를 통해 47.5%의 각속도를 감소하여 안전성을 향상시켰다. 마지막 평지 진입 구간에서 제안한 알고리즘을 적용하여 랜딩기어를 내려 평지로 안전적으로 진입하였음을 확인하였으며, 적용 전과 비교하여 47.8%의 충격량이 감소하였음을 확인하였다. 이를 통해 계단승강로봇의 계단 승강 중 발생 가능한 안전사고 위해요인을 감지 및 대응하여 안전성이 증가하였음을 증명하였다.
목차
표 목차 ···························································································································iv그림목차 ·························································································································v국문요약 ························································································································ⅶ제 1 장 서 론···················································································································1제 2 장 휠체어 결합형 계단승강로봇 운영 모델분석···························································· 6제 1 절 휠체어 결합형 계단승강로봇의 운동 동작 해석························································ 8제 2 절 계단승강 과정에서의 Yawing에 의한 전복 모델 분석·············································· 12제 3 절 평지 진입 구간 감지 오류로 인한 충격 모델 분석····················································· 19제 3 장 계단 주행 과정에서의 안전사고 위해요인 감지 및 대응 기법······································22제 1 절 Yawing 감지 기법을 적용한 직진성 보정 제어기 설계···············································22제 2 절 안전적 계단 주행을 위한 좌석 각도 제어 알고리즘····················································27제 3 절 안전적 평지 진입 구간 위치추정 기법······································································30제 4 장 휠체어 결합형 계단승강로봇 시스템 구현································································33제 1 절 휠체어 결합형 계단승강로봇의 제어 시스템·····························································33제 3 절 계단승강로봇의 운용 소프트웨어 구조····································································41제 3 절 위해요인 감지 및 대응을 위한 구동 소프트웨어·······················································45제 5 장 실험 및 고찰········································································································47제 1 절 실험 환경 구성 및 시나리오 설정···········································································47제 2 절 실험 및 구현········································································································50제 6 장 결 론 ··················································································································58참 고 문 헌 ·····················································································································59ABSTRACT ····················································································································62
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