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기고 대

on 5 August 2013

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보행로봇을 활용한 정관절 보행과 역관절 보행의 비교 탐구

1. 탐구 동기 및 목적

2.배경지식
-로봇
-보행
-관절

3.가설


탐구 동기 및 목적
대기 고등학교 하정현, 백경도, 현은석
목차
보행
종류 : 보행은 크게 정보행과 동보행으로 나뉜다.

관절
종류 : 관절은 정관절과 역관절으로 나눌수 있다.

로봇
정의
: 스스로 보유한 능력에 의해 주어진 일을 자동으로 처리하거나 작동하는 기계

배경지식
탐구 결과
탐구 결론
제언
감사합니다
가설
가설①: 일반적인 보행능력은 동물관절과 외견상 유사한 관절인 역관절 보행이 더 유리할 것이다.

탐구1
로봇 선택

탐구2
관절에 따른 각 로봇의 비교

가설①을 검증하기 위해 로봇으로 일정 거리를 보행시켜 비교한다.

4.탐구 방법
-탐구1
-탐구2
-탐구3
-탐구4

5.탐구 결과

6.탐구 결론

7.제언
특징 :
정보행은 무게중심을 한걸음씩 발걸음에 싣고 움직이는 보행

동보행은 무게중심을 발걸음에 싣기전에 다음 보행할 발바닥이 움직이는 보행

특징 :
정관절은 바라보는 방향으로
무릎이 꺾여있는 관절

역관절은 바라보는 방향과
반대로 무릎이 꺾여있는 관절
가설②: 방향전환의 효율성은 인간의 관절과 같은 정관절 보행이 더 효율적일 것이다.

가설③: 지형지물을 지나는 보행은 인간의 관절과 같은 정관절 보행이 더 적합할 것이다.

로봇을 직접 설계해서 실험하면 자작로봇의 다양성으로 인한 변수 때문에 시중에 공개된 정관절 보행 형태인 ‘보행머신’ 과 역관절 보행 형태인‘거웍’을 사용하여 최대한 결론을 일반화시킨다.
로봇과 관절형태가 달라 스와핑 형식이나 모터의 회전각 등이 다르므로 정확한 비교를 하기 힘들다. 따라서 그 외의 보폭, 모션 실행시간이나 보행방식을 일치시켜 최대한 같은 조건 상태에서 실행한다.
관절 형태에 따른 각 로봇의 전진 보행
측정 시간

관절 형태에 따른 각 로봇의 후진 보행
측정 시간

탐구 4
각 로봇의 계단 내려가기 특징 비교
탐구3
가설②을 검증하기 위해 각 로봇을 회전시켜 비교한다.

관절 형태에 따른 각 로봇의 회전 측정 시간

가설③을 검증하기 위해 각 로봇으로
계단을 오르기와 내려가기를 하여 비교한다.

각 로봇의 계단 오르기 특징 비교

탐구2의 결과: 역관절 보행이 정관절 보행보다 일반적인 정보행능력이 좋다.

탐구3의 결과: 정관절 보행이 역관절 보행보다 방향전환의 효율성이 좋다.

탐구4의 결과: 정관절 보행이 역관절 보행보다 지형지물을 지나는 보행에 적합하다.

일반적인 정보행에 경우 역관절 보행이 정관절 보행 보다 효과적이다.

방향전환이나 지형지물이 많은 경우에는 정관절 보행이 역관절 보행 보다 효과적이다.
정관절 보행은 무게중심을 앞쪽으로 이동시켜 야하는 동보행에 효과적 일 것이다.

 일상 생활 속 실내에 존재하는 이족 보행로봇의 경우 역관절 보행이 더 적합할 것이다.

야외나 계단 등의 지형지물이 많은 지역의 이족 보행로봇의 경우 정관절 보행이 더 적합할 것이다 .

우리나라를 비롯한 다른 나라들의 이족보행 로봇 중 역관절 로봇의 수가 매우 적다.
이에 호기심을 가지고
역관절과 달리 많이 알려진 정관절 로봇과 역관절 로봇의 차이를 비교하여 특정 상황에서 어떠한 관절이 더 적합한지 탐구하기로 하였다.
역관절에 관련되어 발표된 연구도 없어 여러 가설만 있고 실제로 검출된 결과는 없다.
가. 정보행만을 사용했기 때문에 동보행은 사용되지 않았다. 무게중심을 완전히 옮기지 않고 보행하는 동보행을 비교한다면 보행에 대한 안정성과 보행 능력에 대한 결과에 더욱 정확성을 확보할 수 있을 것이다.

나. 설계를 직접 하지 않았기 때문에 로봇의 구조가 다르다. 이로 인해서 무게와 무게중심 등이 다르다. 따라서 실험결과를 완전히 결론 지을 수 없다.


정관절 역관절 비교표
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