화성 용암 동굴 탐사를 위한 점핑 로봇

디자인 철학과 피드백: 화성 용암 동굴 탐사를 위한 점핑 로봇

화성의 용암 동굴은 자원 채굴과 서식지 보호의 가능성으로 인해 행성 탐사의 유망하지만 도전적인 목표입니다. 이러한 도전 과제를 해결하기 위해, 이 기사에서는 이러한 환경을 탐사하기 위해 특별히 설계된 점핑 로봇을 소개합니다. 이 로봇은 주요 이동 방식으로 점프를 우선시하며, 불규칙한 지형과 좁은 공간을 처리할 수 있는 걷기 기능도 유지합니다.

디자인 철학

이 로봇은 화성의 낮은 중력 환경에서 수직 점프 높이를 극대화하기 위해 다섯 바 링크 메커니즘을 사용합니다. 디자인은 고효율 구동, 경량 구조 및 통합된 에너지 회수 시스템에 중점을 둡니다. 주요 디자인 목표는 다음과 같습니다:

1.점프 능력

이 로봇은 수직 및 전방 점프를 수행할 수 있으며, 자신의 높이보다 높은 장애물을 넘을 수 있습니다.:

2. 자세 제어

로봇의 다리는 공중에서 동적으로 조정되어 안정적인 착지를 보장하고, 잠재적인 손상을 최소화합니다.

3.에너지 회수

스프링과 능동적인 모터 댐핑은 에너지 효율적인 점프와 착지를 가능하게 하여 연속적인 점프 기동을 수행할 수 있습니다.

또한, 이 로봇은 표준 걷기 기능과 에너지 효율적인 휴식 자세를 갖추고 있어 다양한 탐사 작업에 다용도로 활용될 수 있습니다.

성능 및 피드백

로봇의 설계와 기능은 MATLAB Simscape 시뮬레이션과 물리적 테스트를 통해 검증되었습니다:

점프 성능: 시뮬레이션에 따르면 지구의 중력 하에서 최대 점프 높이는 1.52m, 화성에서는 3.63m입니다. 실험 테스트에서는 1.141m의 점프 높이를 달성했으며, 발은 지면에서 0.7m를 넘었습니다.

에너지 최적화: 스프링과 모터의 조합은 정적 자세에서 에너지 소비를 최소화하고, 앉은 자세와 일어선 자세 사이의 부드러운 전환을 가능하게 합니다.

구동 시스템

이 로봇은 CubeMars를 사용합니다 AK70-10 KV100 로봇 액추에이터, 높은 성능과 비용 효율성으로 선택됨:

1. 최대 토크: 24.8 Nm, 짧은 활동 시간 동안 강력한 점프를 가능하게 합니다.

2. 통합 인코더: 1 MHz에서 CAN 버스를 통한 고속 통신을 지원합니다.

3. 기어 감속: 10:1의 행성 기어박스는 5바 링크 메커니즘에 충분한 토크를 제공합니다.

4. 전원 공급: 두 개의 Tattu R-Line 5.0 1200 mAh 배터리를 직렬 연결하여 로봇의 높은 전류 요구를 충족시키고, 잠재적인 네 발 로봇 버전에 대한 확장성을 제공합니다.

이 액추에이터는 로봇의 점프 및 걷기 기능을 강력하게 지원하며, 운영 신뢰성을 유지합니다.

결론 및 향후 작업

이 점핑 로봇은 혁신적인 5바 디자인과 효율적인 구동 시스템을 통해 저중력 환경에 대한 탁월한 적응력을 보여줍니다. 복잡한 지형을 극복할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있으며, 이 시스템은 외계 탐사를 위한 점프 이동 방식의 실행 가능성을 입증합니다. 향후 연구는 점프 제어기를 개선하고 설계를 네 발 시스템으로 확장하는 데 집중할 것이며, 이를 통해 행성 탐사 미션에서의 활용도를 더욱 향상시킬 것입니다.