메이즈

목표 및 제작 동기

본 서비스는 협소 지형 통과와 험지 안정 주행을 동시에 수행할 수 있는 가변 폭 독립 조향 로버를 개발하는 것을 목표로 한다. 일반적인 이동 로봇은 차체 폭이 고정되어 있어 좁은 통로에서는 통과가 어렵고, 반대로 차체를 작게 설계하면 경사면이나 요철 지형에서 전복 위험이 커진다. 본 로버는 이러한 한계를 해결하기 위해 환경을 인식한 뒤, 현재 지형 조건에 따라 차체 폭과 주행 모드를 능동적으로 변경한다. 협소 통로에서는 차체 폭을 줄여 통과성을 확보하고, 경사·요철·작업 구간에서는 차체 폭을 넓혀 지지 안정성을 높인다. 또한 일반 고무바퀴 기반 4륜 독립 조향 구조를 적용하여 전진, 후진, 횡이동, 제자리 회전 등 다양한 주행 모드를 구현한다. 이를 통해 재난 현장, 비정형 실내 공간, 협소 점검 구역, 행성 탐사 환경과 같이 이동성과 안정성이 동시에 요구되는 환경에서 활용 가능한 탐사형 모빌리티 플랫폼을 제안한다. [기대효과] 본 프로젝트의 가장 큰 기대 효과는 통과성과 안정성 사이의 균형을 상황에 따라 능동적으로 조절할 수 있다는 점이다. 기존의 고정 폭 로봇은 좁은 공간 통과를 위해 차체를 작게 만들면 안정성이 부족해지고, 안정성을 위해 차체를 크게 만들면 협소 공간 진입이 어려워지는 한계가 있다. 본 로버는 차체 폭을 가변적으로 조절함으로써 이러한 상충 관계를 완화할 수 있다. 협소 통로에서는 폭을 줄여 장애물 사이를 통과하고, 경사면이나 요철 지형에서는 폭을 넓혀 지지 다각형을 확대함으로써 전복 위험을 줄일 수 있다. 또한 메카넘휠이 아닌 일반 고무바퀴 기반 독립 조향 구조를 적용하여 비평탄 지형에서의 접지력과 내구성을 확보하면서도 횡이동과 제자리 회전 같은 전방향 주행 기능을 구현할 수 있다. 이를 통해 재난 현장 내부 탐사, 협소 설비 점검, 비정형 실내 공간 이동, 험지 기반 탐사 로봇 등 다양한 분야로 확장 가능하다. 특히 단순한 원격 조종 로봇이 아니라, 센서 기반 환경 판단과 주행 모드 전환을 결합한 구조이기 때문에 향후 자율 탐사 로봇, 산업 점검 로봇, 특수 목적 모빌리티 플랫폼으로 발전시킬 수 있다.

프로젝트 컨셉

본 시스템은 상위 제어부, 환경 인식부, 주행 판단부, 임베디드 제어부, 로버 하드웨어로 구성된다. Depth Camera를 이용해 전방 통로 폭과 진입 가능 공간을 판단하고, LiDAR를 이용해 장애물과의 거리 및 접근 여부를 측정한다. 수집된 센서 정보는 상위 제어 시스템에서 처리되며, 현재 차체 폭으로 주행 가능한지, 장애물이 존재하는지, 안정 주행이 필요한 상황인지 판단한다. 주행 모드는 FSM 기반으로 구성한다. 기본 주행 상태인 NORMAL을 기준으로, 장애물 감지 또는 폭 조절 전에는 STOP 상태로 전환하고, 협소 통로가 감지되면 WIDTH_NARROW 상태에서 차체 폭을 줄인 뒤 PASS_NARROW 상태로 통과한다. 반대로 경사나 요철 등 안정성이 필요한 구간에서는 WIDTH_WIDE 상태로 전환하여 차체 폭을 확장한다. 또한 STRAFE와 ROTATE 모드를 통해 횡이동과 제자리 회전을 구현한다. 주행 제어부에서는 목표 속도 Vx, Vy와 각속도 ω, 현재 차체 폭 W를 반영하여 각 바퀴의 조향각과 구동 속도를 계산한다. 폭이 변하면 각 바퀴의 위치 관계도 달라지므로, 가변 폭 상태를 반영한 4륜 독립 조향 운동학을 적용한다. 하위 임베디드 제어기는 상위 제어부에서 전달받은 조향각, 바퀴 속도, 폭 조절 명령을 실제 모터 제어로 변환하며, 조향각 피드백, 리미트스위치, 비상정지 신호 등을 통해 안전성을 확보한다. [개발 역량] 본 팀은 기구 설계, 전장 설계, 임베디드 제어, 주행 알고리즘, 센서 인식 분야를 역할별로 나누어 개발을 진행할 계획이다. 기구 파트는 4륜 독립 조향 바퀴 모듈과 가변 폭 차체 구조를 설계한다. 바퀴 모듈은 구동모터, 조향축, 베어링, 모터 마운트, 타이어 구조를 포함하며, 폭 가변 구조는 슬라이드 레일 또는 리드스크류 기반으로 최소 폭과 최대 폭을 안정적으로 구현한다. 전장 파트는 배터리, 전원 분배, 모터드라이버, 배선, 커넥터, 비상정지 회로를 구성하고, 임베디드 파트는 구동모터, 조향모터, 폭 가변 모터의 저수준 제어를 담당한다. 또한 상위 제어기와 MCU 간 통신 구조를 설계하여 조향각, 속도, 폭 조절 명령이 안정적으로 전달되도록 한다. 주행제어 파트는 4륜 독립 조향 운동학을 기반으로 각 바퀴의 조향각과 속도를 계산하고, FSM 기반 모드 전환 알고리즘을 구현한다. 필요 시 Simulink를 활용하여 폭 변화에 따른 주행 명령과 전복 안정성 변화를 사전에 검증한다. 센서 파트는 Depth Camera와 LiDAR를 이용해 통로 폭 판단, 장애물 거리 측정, 폭 조절 판단값 생성을 담당한다. 이처럼 본 팀은 하드웨어 제작과 임베디드 제어, 센서 기반 판단, 주행 알고리즘을 통합하여 실제 동작 가능한 모빌리티 시스템을 구현할 역량을 갖추고 있다. [지원 동기] 본 프로젝트에 지원하게 된 동기는 실제 환경에서 발생하는 이동 로봇의 한계를 직접 해결해보고 싶었기 때문이다. 로봇이 단순히 평탄한 바닥을 주행하는 수준을 넘어, 좁은 공간과 불규칙한 지형을 모두 대응하기 위해서는 기구 구조, 센서 인식, 임베디드 제어, 주행 알고리즘이 유기적으로 결합되어야 한다. 본 팀은 이러한 복합적인 문제를 해결하는 과정이 모빌리티 기술의 본질에 가깝다고 판단하였다. 가변 폭 독립 조향 로버는 단순히 새로운 외형을 가진 로봇이 아니라, 환경 조건에 따라 스스로 이동 전략을 바꾸는 플랫폼이다. 개발 과정에서 4륜 독립 조향 운동학, 모터 제어, 센서 기반 판단, FSM 제어, 전장 안정화 등 실제 로봇 시스템 개발에 필요한 핵심 요소들을 경험하고 검증하고자 한다. 본 대회를 통해 아이디어 수준에 머무르지 않고, 실제 하드웨어로 동작하는 로버를 제작하여 협소 통로 통과, 폭 확장 안정 주행, 횡이동 및 제자리 회전 시연까지 완성하는 것이 목표이다. 나아가 이번 프로젝트를 기반으로 재난 탐사, 산업 점검, 험지 주행 로봇 등 실사용 가능한 모빌리티 플랫폼으로 발전시켜 보고자 한다.

팀원 기여도

• 박규현e4ds 회원
• 최수희e4ds 회원
• 박지수e4ds 회원
• 김은혁e4ds 회원
• 김다은e4ds 회원
• 김은희e4ds 회원