Concept과 개발목표

Rammus 프로젝트는 기존 원형바퀴 기반의 이동형 플랫폼을 탈피하여 구형바퀴 기반의 전방향성 차세대 이동형 플랫폼을 구축하는 프로젝트이다. 좁은 공간에서도 기동이 용이하다는 장점으로 구형바퀴를 활용한 전방향성 이동형 플랫폼은 Rammus 프로젝트 이전에도 몇몇 진행되었었다. 그러나 균형을 잡은 채 이동하는 방식으로 구형 바퀴를 외부에서 복잡하게 제어하다보니, 산업 및 가정에서의 활용성과 차후 확장성에서 떨어졌었다. Rammus 프로젝트는 플랫폼의 설계, 구조 단순화를 개발방향으로 잡았고, 위와 같은 단점을 극복해 모듈을 활용한 확장성을 가질 수 있음은 물론 구형바퀴가 제공하는 3축 자유도. 전, 후, 좌, 우, 및 제자리 회전 기동성 보장을 개발목표로 하였다.

중점 개발

이를 가능하게 하기 위해 Rammus 프로젝트 팀은 두가지 개발에 중점을 두었는데, 첫째는 전방향성 기동성을 위한 구형바퀴의 설계와 구동부의 구조 개선 및 단순화, 둘째는 모듈 확장성을 위한 ROS(Robot Operating System)의 활용이었다.

2.1. 구형바퀴의 설계와 구동부의 구조 개발

구형바퀴의 설계와 구동부의 구조 개발부터 보면, 핵심은 구형바퀴를 외부 동력부가 제어하지 않고 동력부 자체를 구형바퀴 내부로 집어넣어 기동 및 자세제어를 단순화시켰다는 것이다. 이는 구형바퀴의 가장 큰 특징이었던 고정축이 없다는 것을 큰 강점으로 끌어올렸다. 기존 외부제어방식에서 고정축이 없다는 것은 불안정 평형이라는 단점을 야기시켰는데, 동력부를 내부에 넣어 불안정 평형을 해결하면서, 고정축이 없다는 구형바퀴의 특징이 로봇에게 안정적인 전방향성을 제공할 수 있게 되었기 때문이다.

배터리와 모터 볼베어링과 같이 무거운 요소를 하단에 배치하여 내부 동력구동부의 무게중심을 낮추었고, 기본적인 안정평형을 이룰 수 있게 하였다. 또한 주행 특성에서의 균형을 위해 내부 동력 구동부가 좌우 대칭이 되도록 하였고 이에 따라 직진성과 제어 용이성이 향상되었다. 동력 구동부의 상부에 배치된 현가 장치로 구동부의 바퀴 접지력을 향상시켜 슬립을 최소화하였고, 구동부가 뒤집어지는 상황이 발생하더라도 민감한 전자시스템을 보호하도록 설계하였다.

이동 방식에 대해서는, 그림과 같이 내부 동력부가 이동하면서 무게중심을 이동시키고, 구를 회전시켜 전체 로봇이 이동하는 방식이다. 동력부를 구 내부로 이동시키면서 실제 로봇의 기능파트와 이동파트를 완전히 분리시켰는데, 이는 동력부 또한 모듈화 시켜, 차후 배터리 교체 및 파손시에도 손쉽게 동력부를 교체하기 위함이다. 대게 동력부는 로봇의 핵심이 되어 교체하기가 어려운 경우가 많은데, Rammus는 동력부 또한 모듈화되어 다른 기능부 모듈과 같이 교체가 용이해졌다. 동력부의 모듈화를 위해 외각이 될 구의 결합방식을 새롭게 설계했다. 내부 동력파트와 구 외곽 파트를 분리시키고, 필요시 동력파트를 갈아낄 수 있게, 구 또한 반구로 분리가능하게 만들어야 했는데, 이를 볼트체결방식으로 설계했다.

2.2 ROS의 활용을 통한 시스템 개발

동력부에는 ARM 보드가 들어가고, 동력부 위에 로봇 본체 모듈로서 Linux 컴퓨터가 올라간다. ROS를 통해 Linux 컴퓨터와 ARM 보드는 변수 공유를 가능하게 했는데, 이를 이용해 로봇 본체 모듈이 동력부의 기동을 제어한다. 이동형 플랫폼으로서 기능부 모듈을 손쉽게 추가하거나 제거할 수 있어야 했는데, 이는 USB plug and play 방식을 구현해 마치 컴퓨터에 추가 장치를 연결하는 식으로 기능을 계속하여 확장시킬 수 있는 구조를 만들어냈다. 현재 모듈 예시로서 카메라 모듈을 제작하였으며, 이후 삽입식으로 계속하여 모듈을 쌓을 수 있는 구조를 개발했다.