렉스

RHex

RHex는 자율 로봇 설계로 탐사 및 구조 로봇 사용된다. 작은 강아지만한 크기에 곤충과 같은 6개의 다리가 있다. 빠르게 움직이고 장애물과 계단을 넘을 수 있다. 렉스는 지진 후 사람을 찾는 것에 도움을 주고 화학공장 같은 위험한 지역의 사진도 찍는다. 사람이 갈 수 없는 곳을 갈 수 있어 사람을 안전하게 만드는 중요한 역할을 한다. 다양한 종류가 있으며 Rugged RHex, Aqua, EduBot 및 Desert RHex가 포함되어 있으며 상용 버전은 보스턴 다이나믹스에서 구할 수 있다.

개요

RHex는 거친 지형에서의 이동을 위해 고안된 생물학적으로 영감받은 육각형 로봇이다. 이 로봇은 바위, 진흙, 모래, 눈 그리고 철로 위나 물에서도 이동가능하고 어떤 장애물이 있더라도 넘을 수 있다. 6개의 다리로 제자리를 점프하거나 장애물 피할 수 있고 6개의 다리가 서로 엇갈려 빠르게 이동한다. 이 로봇은 6개로 구성된 다리로 충격을 흡수하고 계단 등을 점프해 이동할 수 있는 특수한 능력을 발휘한다. 또한 끊어진 다리를 건널 수 있는 이단 점프의 능력도 있다. RHex은 원자력 발전소, 사막 등에서 살생한 인명을 구조하기 위해 개발한 것으로 알려졌다. 향후 RHex가 화성 등의 미지의 별 탐험에도 나설 수 있을지 기대된다. 최신 버전에는 Rugged RHex, Aqua, EduBot 및 Desert RHex가 포함되어 있으며 상용 버전은 보스턴 다이나믹스에서 구할 수 있다.

특징

처음의 RHex는 1999과 2001년 사이에 방위고등연구사업청(DARPA)이라는 컨소시엄에서 CBS/CBBS 프로그램을 통해 지원받아 만들어졌다. 방위고등연구사업청에는 미시간 앤아버 대학교, 맥길 대학교, 카네기 멜론 대학교, 캘리포니아 버클리 대학교, 프리스턴 대학교, 코넬 대학교 등이 참여했다. 최신 버전에는 Rugged RHex, Aqua, EduBot 및 Desert RHex가 포함되어 있으며 상용 버전은 보스턴 다이나믹스에서 구할 수 있다. RHex는 프로젝트에서의 처음 개발을 통해 행동 반복에서 많은 역량을 습득했다. 이 로봇은 하나의 자율 로봇처럼 매우 다양한 행동을 할 수 있는 유일한 로봇이다. 이러한 성능은 생물학적 시스템 연구로부터 상당한 양의 영감을 받아 RHex를 설계의 기초는 여러 원리로 이어진다. 첫번째로 바퀴나 트랙 대신 다리를 이용하면 많은 행동을 할 수 있다. 두번째는 다리를 수동적으로 움직이게 하여서 작동 부족에 대한 한계를 극복하고 기계적 설계를 단순화하여 견고함을 준다. 마지막으로 곤충으로부터 영감을 받아 무질서하게 뻗은 자세는 측면 이동을 수동적으로 안정화시킨다.

프로젝트가 5년이 될 무렵에 RHex는 개방적인 행동을 수행할 수 있게 되었다. 초당 최대 2.25m/s로 평평하고 자연적인 지형에서 주행이 가능해졌고 넓은 계단과 최고 45도를 등반할 수 있게 되어싿. 그리고 최대 20 센티미터의 장애물을 넘을 수 있게 되었는데 이 장애물은 RHex의 다리길이 간격의 약 2배길이이다. 그리고 45분간 연속 주행이 가능하며, 효율적인 걸음걸이로 최대 3 마일을 주행할 수 있다. 그리고 큰 바위 및 심하게 부서진 지형을 성공적으로 횡단할 수 있고 차체 방향을 회복하기 위한 몸 뒤집기도 가능하다. 마지막으로 최대 30 센티미터 폭의 도랑을 가로질러 도약이 가능하고 최대 150미터 거리에서 원격 제어가 지원될 수 있도록 개발하였다. 그 후에도 카메라와 다리에 스트레인 게이지를 부착해 안정적이고 자율적인 이동을 할 수 있게 하였다.

종류

RHex

RHex는 CBS/CBBS 프로그램에서 전산신경과학(Computational Neuromechanics)이라 불리는 초기 방위고등연구사업청 국방과학국에서 시작되었다. RHex 프로젝트의 가장 중요한 목표는 동물 운동에 대한 통찰력에서 비롯된 역량으로 고도로 파손되고 불안정한 자연 지형을 탐색할 수있는 로봇 이동성 시스템을 개발하는 것이었다. 곤충에 대한 다양한 비교 생물학 연구에서 관찰한 결과, 로봇 디자인에 대한 RHex 로봇의 개념은 로봇설계에 대한 기존의 고정관념에서 크게 벗어났다. 다리 운동 플랫폼은 6개의 활동적인 자유도가 특징적이고 하이브리드 동력학 시스템으로 각 고관절에는 컨트롤러가 있다. 전체적인 모양은 육각형인 로봇이다. RHex는 심하게 부서지고 불안정한 지형을 달리는 최초의 다리가 달린 기계였고, 초당 1체 길이 이상의 속도로 달리는 최초의 자율 다리가 달린 플랫폼이었다. RHex 시스템은 혹독한 정부 시험장에서 비범한 능력을 보여주었다. 성능이 근소해 팩봇과 같은 상업용 제품을 능가하는 경우도 있다. RHex는 실제 로봇 설계의 매우 흥미로운 응용을 보여주었다.

Desert RHex

사막화는 중국에서 오래된 문제이지만 특히 북부지역에서의 사막화 과정에 대한 연구는 인력 및 기술 장비의 부족으로 제한적이었다. Desert RHex는 이동식 사막 감지 로봇으로 텐저 사막에 실제 적용과 테스트를 하였다. 이 로봇은 8.5kg의 무게로 20도의 경사면을 오를 수 있다. 그리고 기존의 RHex 로봇의 여러 형태에서 더 개발되어 특히 사막 연구와 이동성을 자향하여 개발되었다. 현재 다리에서의 두 배 넓이의 섬유유리 다리를 새로 제작하였다. 그리고 여러 센서를 부착했는데 압력 센서, 온도 센서 및 전자 나침반 등 사막에 있는 각각의 센서들로부터 데이터를 읽을 수 있도록 제작했다. 이동성 실험 당시 폭우로 인해 모래언덕 표면이 압축되고 건조되는 등의 잠재적 변동 요인에 대해 교정하였다.

이번 실험을 통해 도출된 가설과 결론으로는 실험이 진행되는 동안 많은 양의 모래가 로봇 안으로 들어가 이러한 문제를 해결해 로봇이 고장나는 것을 예방할 계획이다. 그리고 이번 실험에서 극한의 온도를 볼 수 없어서 매우 춥거나 더운 환경에서 로봇이 어떻게 작동하는지 지켜볼 예정이다. Desert RHex의 다리가 넓을수록 다리 마찰이 더 잘 되어 로봇이 한 번의 보행 사이클로 더 멀리 이동할 수 있다는 가설을 세웠다. 만약 이 가설이 사실이라면, 이는 넓은 다리가 에너지 효율을 20% 증가시켜 작동 중 로봇의 범위를 넓힐 수 있기 때문에 상당한 경제적 여유가 있음을 의미한다. 아직 기존보다 넓은 다리의 이점은 불분명하다. 그리고 추가적인 접지 접촉을 통해 더 나은 보행 사이클이 되어 미끄러지는 것을 감소시킬 수 있는지와 이러한 미끄러짐의 차이가 자연적인 좌우동작 또는 제어에 미치는 영향이 궁금해서 더 자세한 테스트를 할 계획이다.

X-RHex

X-RHex

X-RHex는 다양한 연구를 통한 모듈식 페이로드로 이전 버전에 비해 더 강력해지고 긴 작동시간과 이동성으로 설계된 고도로 이동성이 뛰어난 RHex 플랫폼의 최신 버전이다. 새로운 수준의 이동성과 내구성, 모듈식 페이로드 시스템을 통한 신속한 행동 개발 능력을 갖춘 X-RHex는 실험실 및 실외 현장 테스트 모두에서 효과적인 연구 기계다. 6개의 강력한 모터는 호환되는 다리를 작동시켜 X-RHex가 아스팔트, 잔디, 모래, 진흙, 바위 등 다양한 지형을 횡단할 수 있게 해준다.

X-RHex는 전력, 런타임, 페이로드 크기, 내구성 및 지형 협상 측면에서 이전 제품보다 대폭 개선된 기능을 제공하도록 설계되었으며, 부피가 작고 설치 면적과 무게가 비교 가능하다. 이러한 향상된 능력과 함께 X-RHex는 과거 버전보다 더 신뢰할 수 있는 재설계된 기계, 전기 및 소프트웨어 아키텍처를 통합한다. X-RHex의 모터는 이전 기계보다 두 배 더 강한 힘을 제공하고 배터리는 원래의 성능을 3배, 4배 더 높은 가동 시간이 되도록 도와준다. 이를 가능하게 하는 것은 고출력 리튬 폴리머 배터리를 지원하고 상용 기성품(COTS) 모터 제어기를 사용한다. 그리고 모듈식 페이로드 인터페이스와 새로운 센서와 동작의 신속한 개발을 가능하게 하는 새로운 유연한 소프트웨어 시스템을 갖추고 있다.

XRL

XRL은 X-RHEX Lite라고도 불리며 X-RHex보다 더 가벼운 버전으로, RHex와 동일한 다리 간격을 유지하면서도 보다 민첩하게 설계되었다. 다양한 연구를 도와주는 모듈식 페이로드 아키텍처를 특징으로 한다. 제작을 단순화하는 동시에 중량을 최소화하기 위해 X-RHex과는 약간 다른 구성이다. 이 로봇은 6.7 kg의 소형 로봇으로 독특하게 생긴 6 개의 다리로 점프를 하거나 걸어 다닐 수 있다. 몸길이는 51 cm 정도이고 C 자로 생긴 다리의 지름은 각 17.5 cm정도이다. 그냥 서있을 때 높이도 이 정도라고 한다. 수직으로 자신의 몸 높이의 두배인 30cm 정도를 뛸 수 있고 60cm 정도의 틈새를 이중도약으로 뛰어서 지나갈 수 있다. 그리고 29cm 정도의 장애물을 타고 올라갈 수 있으며 도약을 통해 최대 73cm 높이까지 올라갈 수 있다. 작은 바퀴나 혹은 무한궤도로 움직이기 때문에 장애물이나 틈세를 만나면 쉽게 건너지 못하는 로봇의 한계를 뛰어넘을 수 있는 대안이 되는 로봇이다. 연구자들은 여기에 다리 스프링을 확장해 광범위한 동작이 가능하게 되어 다양한 곡예가 가능하도록 개발한다고 말했다.

구성

상세 구성	내 용
명칭	RHex
높이	20 센치미터(7.9 인치)
길이	57 센치미터(15.4 인치)
폭	39 센치미터(15.4 인치)
무게	RHex : 12.5 킬로그램 | 27.6 Ib X-RHex : 8.6 킬로그램 | 19 파운드
속도	9.72 km/h | 6 마일
센서	카메라, 자이로 스코프, 가속도계 및 기타 옵션 센서, 전류 및 온도 센서
모터	6 개의 DC 모터
배터리	144-Wh 리튬-폴리머 배터리 2개
작동시간	약 6시간
컴퓨팅	인텔 기반 메인 컴퓨터, (옵션 : 페이로드 컴퓨터)
소프트웨어	리눅스 운영체제 제어 소프트웨어 : C, Python 또는 Matlab으로 프로그래밍
재료	알루미늄 및 탄소 섬유 몸체

동영상

RHex

Desert RHex

참고자료

• 이도원 기자, 〈메뚜기 로봇 RHex, 6개 다리 신기하네〉, 《지디넷코리아》, 2013-08-04
• RHex 전기전자기술자협회 공식홈페이지 - https://robots.ieee.org/robots/rhex/
• 〈Summary of the RHex robot platform〉, 《개인사이트》
• kod*lab 공식홈페이지 - https://kodlab.seas.upenn.edu/
• Sonia Roberts Jeff Duperret Xinwan Li Hesheng Wang and Daniel E. Koditschek, 〈Desert RHex Technical Report:Tengger Desert Trip〉, 《코어》, 2014-11

같이 보기

• 인공지능
• 로봇

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