There are three types of robots that move on the ground classified as drivetrain. Wheels, tracks and Legs. Wheels and tracks are much easier to construct and control, but they have problems passing through obstacles like people. This paper discusses the design of line tracing using Theo Jansen, one of multi-legged walking mechanism. In order to increase the moving speed, the Jansen mechanism is designed by maximizing the objective variable as GL (Ground Length), GAC (Ground Angle Coefficient). In this project, only three sensors were attached and Arduino was used for optimal control of the motor using the sensor values.

본 논문은 얀센 메커니즘을 이용한 라인트레이서를 빠르고 정확하게 주행하게 하기 위한 연구를 토대로 작성되었다. 설계변수는 다리 링크길이에 따른 GL(Ground Length)의 크기, 로봇의 크기, 센서의 위치와 개수 그에 따른 Arduino cording으로 결정하였다. 연구는 이 설계변수들과 결과값의 상관관계를 예측하고 실험을 통해 검증하는 방식으로 진행되었다.

본 논문에서는 얀센 메커니즘을 활용한 보행 로봇의 궤적을 최적화 하기 위한 알고리즘을 연구하였다. 궤적의 최적화 목표는 지면에 닿는 시간이 길고 지면에 평행하며 빠른 이동을 위해 넓은 보폭을 생성 하는 것으로 두었다. 초기 값은 Edison design의 m.sketch를 사용하여 결정하였고 최적화 과정에서는 MATLAB을 사용하였으며 가능한 빠른 계산이 가능한 것에 초점을 두고 알고리즘을 작성하였다. 최적화된 결과 값에서는 지면에 닿는 궤적의 범위와 보폭의 크기, 궤적의 높이가 가장 큰 값을 결정하였다.

Bipedal robots tend to have greater mobility than conventional treaded or wheeled robots yet they are commonly complicated by instabilities in balance. This paper presents a bipedal robot based upon Jansen’s locomotive mechanism which addresses these challenges in stability and efficiency. In order to achieve a functioning robot, we considered a multitude of variables in its motion including, the Ground Score, Drag Score, step size, foot lift, stride, and instantaneous speed of the Jansen mechanism. Matlab and Jansen Opt solver were used to optimize the legs of the robot. A trial and error experimental method was used to determine the best combination of link lengths, and m.Sketch was used to model our results. Finally, we drew the entirety of the robot’s figure by using the Edison design.

본 논문에서는 jansen’s linkage와 기구설계를 기반으로 Theo Jansen의 strandbeast을 DC모터를 통해 구동하는 8족 보행로봇으로 설계 및 제작하고, 그에 대한 해석을 제시한다. 제작된 로봇은 크게 구동부, 제어부, 센서부로 나눌 수 있으며, 구동부는 모터와 다리로, 제어부는 Arduino 보드로 그리고 센서부는 광센서로 구성되어 있다. 구동부의 다리부분은 에디슨의 M-sketch를 통해 설계하였고, 제어부는 센서의 신호를 트랙에 맞추어 적합하게 받아드릴 수 있도록 코딩을 작성하였다. 제작된 로봇은 일반적인 로봇이 아니라 트랙에 맞추어 특화된 로봇으로 그 목적이 제한되어 있음을 밝히는 바이다.

The Theo Jansen mechanism using 1 degree of freedom is special system of walking robot. The trajectory made by the point of ground position is similar to other walking robot using many degrees of freedom. Because of diversity of design parameter of the Jansen mechanism, it makes a lot of trajectory and takes possibilities of optimization. However this research doesn’t focus on the optimization of trajectory, but it focused on comprehensive design of the robot using well-known trajectory and line tracer logic to go fast and accurate along the line. The logic to follow a line has many kinds of possibility of algorithm. To eliminate uncertainty about recognizing a line, I divide the case of line following situation and make optimized logic.

본 논문은 테오얀센 메커니즘을 적용한 보행 로봇 형상 및 라인 트레이싱을 위한 센서의 최적 설계를 수행한다. 소프트웨어를 활용하여 보행 로봇의 운동학적 해석(보행 곡선 추적, Ground Length, Ground Angle Coefficient), 최적화 및 상세 설계, 센서 추적 관련 시뮬레이션을 수행하고 분석하여 속도가 빠르며 안정적으로 주행하는 테오얀센 메커니즘 모델을 제안한다.

본 연구는 4절 링크 이론(four-bar likage mechanism)과 얀센 메커니즘(Jansen mechanism)을 기반으로 다관절 보행로봇을 제작하고, 로봇의 움직임에 대하여 기구학적인 해석을 제시한다. 또한 라인 트레이싱(Line tracing) 방법을 활용한 자동주행 설계를 위해 아두이노 호환 보드와 적외선 센서 4개를 보행로봇에 부착하여 자동 주행 로봇을 제작하였다.

Various walking robot platforms have been developed to carry out missions such as explorations, pass of obstacle or inspections of dangerous environments. In this work, a four legs mechanism based on Jansen mechanism is developed, which can trace a certain line. In order to maximize the tracing speed, mechanism design is performed in multiple phases using m.sketch, EdisonDesign and Arduino programs. In design process, control of power path and optimization of the locus of legs(GL/GAC) are found to be most important. A prototype model is constructed and test run to check the validity of the design optimization.

Theo Jansen Mechanism을 바탕으로 다리부분의 상하진동폭을 줄여 전체 기구의 안정성을 갖추면서 전진거리를 늘리는 것을 목표로 시행착오를 거치면서 핵심 부위인 다리를 설계하였다.

얀센메커니즘을 활용한 보행로봇의 단점인 저속을 개선 하기위한 연구이다. 그 예시로 라인트레이싱 속도를 높이기 위한 다리의 최적설계를 수행하였다. 이를 위해 EDISON에서 제공하는 프로그램을 사용하여 Ground angle coefficient 와 Ground length를 더한 목적함수를 최대값으로 설계하였고 보행능력이 증가하였다.

한국연구재단의 지원을 받는 EDISON CHANLLENGE를 수행하기 위해 작성되었다. 본 논문은 얀센 메커니즘과 아두이노, 적외선 센서를 이용하여 라인 트래이싱을 하기 위해, 최적의 얀센 메커니즘을 설계한다. MATLAB을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. Ground Score, Average Velocity, Drag Score, 그리고 Standard Deviation of Velocity를 이용하여 최적의 얀센 메커니즘을 설계하였다.

EDISON 전산설계 프로그램들을 이용하여 Jansen Mechanism을 이용한 보행로봇의 보행시 다리구조를 최적화가 되도록 설계하고 아두이노와 적외선 센서와 DC모터를 이용하여 라인을 감지해 움직이는 자율주행 로봇을 제작한다.

이 논문에서는 1자유도 시스템이며, DC모터로 간단히 구동 가능한 로봇으로, Jansen Mechanism을 사용한 4족보행 로봇을 설계 및 제작하고, 센서를 사용한 탐사 수행의 예시로 라인 트레이싱을 구현, 성능 테스트를 통해 차기 연구용 및 단가가 낮은 대량 생산형 로봇으로서의 가능성을 검증한다.

Develop a leg walking robot with ‘Janssen mechanism’. Using ‘ScienceBox’ base and add more items to improve moving speed and balance of the robot. To make the robot better, made optimized drawing and produced it using plastic with 3D printer and acyrl with Laser cutting machine.

본 논문에서는 얀센 메커니즘을 이용한 4족 보행 로봇의 설계와 라인 추적을 통해 목표지점까지 도달할 수 있도록 하는 센싱에 대해 보인다. 가장 핵심이라고 판단되는 구동부의 최적 설계를 위해 m.Sketch를 이용하여 GAC와 GL를 설정하였고, 최적 설계 후 다리 경량화를 통한 로봇 속도 개선 등의 문제는 차후에 다루기로 한다. 본 논문에서 언급되는 모든 구동부는 이론적 계산을 기초로 하여 CATIA 프로그램을 사용하여 제작되었으며, 과학상자를 이용한 여러 번의 구조변경 실험을 통해 최적의 설계를 찾는 것을 목표로 한다.

본 연구는 4족 보행 로봇을 설계하기 위해 linkage of jansen mechanism을 선택하였고 설정한 보행 목적에 맞는 최적 링크의 길이를 구하기 위해 Edison SW를 사용하여 해석을 하고 수치적 해석을 동원하여 목표에 대한 신뢰를 높인다.

Based on the Jansen mechanism theory, a walking robot is developed, which is able to trace a line. In order to find the optimized legs, GL(Ground Length), GAC(Ground Angle Coefficient) and Grashof criteria are utilized in m.sketch program as well as EdisonDesign program. Many types of design are applied to sensors and controls, and the functionality is checked. Finally, a prototype line tracer robot is manufactured using aduino parts and smart boards. The prototype robot is test run to check the validity of the design, and modifications are applied to improve the performance according to each test result until the best design is achieved.

얀센 메커니즘을 구현할 때 다리의 좌우 흔들림 문제를 다리의 접합부의 구조 안정화 설계를 통해 해결하였다. 이를 위해 다리 회전 부분의 최적 접합 공차를 찾아 동력전달 과정에서 생기는 손실을 최소화 하였다.

"I use Jansen mechanism to reduce the unnecessary motion of car body and improve the motion performance capability in the rugged terrain To reduce the unnecessary motion, the positional variation of a main body of vehicle should be minimized. In order to reduce the change of height and control the speed at every moment when vehicle move, 16 legs or more are installed on a crankshaft and the paths of leg motions need to be considered in the rugged terrain. The vehicle will be optimized so that it produces a sufficient speed and torque for practical use. Finally, I designed proper body with Edison simulation. The simulation is good for beginners of mechanism design."