로봇 시스템의 기본이 되는 메커니즘은 다양하게 분류 된다. 그 예로, 구조적인 특성에 의해 직/병렬 메커니즘, 구동 방식에 의해 모터 시스템, 유/공압 시스템, 와이어 드리븐(wire-driven) 시스템 등으로 분류 된다. 이와 같이 분류된 메커니즘은 서로 다른 특성을 가진다. 직렬 메커니즘의 경우 넓은 작업 영역을 가지고 있으며, 모든 관절들은 독립적으로 구동 된다. 하지만, 병렬 메커니즘에 비해 구조적으로 강하지 못하며, 하위 관절 및 링크는 상위 관절들의 링크 및 엑추에이터의 하중까지 함께 받게 된다. 따라서, 직렬 메커니즘은 로봇 자체 무게 대비 가반하중 (payload)이 작은 경우가 많다. 병렬 메커니즘의 경우 구조적으로 높은 강성, 큰 가반하중 등의 장점이 있지만 좁은 작업 영역 (workspace), 구조적인 싱귤러(geometric singularity configurations), 해석 및 설계의 복잡성 등의 단점을 가지고 있다. 또한, 구동 방식에 있어서 모터시스템은 제어 및 설계가 비교적 간단하기 때문에 일반적인 로봇에 가장 많이 사용된다. 유/공압 시스템은 순간적인 큰 힘 또는 빠른 속도를 요구하는 시스템에 주로 사용된다. 와이어 드리븐의 경우 메커니즘을 구동하기 위한 엑추에이터(일반적으로 모터)를 실제 작업이 발생하는 관절에서 분리하여 임의의 위치에 위치하게 할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 메커니즘 및 구동 방식에 따라 로봇의 성능 및 특성이 결정되기 때문에, 로봇 설계 시 적절한 메커니즘과 구동 방식을 선택해야만 한다. 본 논문에서는 기존의 로봇 시스템에 적용될 수 있는 새로운 형태의 메커니즘을 제안할 것이다. 제안하는 메커니즘은 ``stackable ...
로봇 시스템의 기본이 되는 메커니즘은 다양하게 분류 된다. 그 예로, 구조적인 특성에 의해 직/병렬 메커니즘, 구동 방식에 의해 모터 시스템, 유/공압 시스템, 와이어 드리븐(wire-driven) 시스템 등으로 분류 된다. 이와 같이 분류된 메커니즘은 서로 다른 특성을 가진다. 직렬 메커니즘의 경우 넓은 작업 영역을 가지고 있으며, 모든 관절들은 독립적으로 구동 된다. 하지만, 병렬 메커니즘에 비해 구조적으로 강하지 못하며, 하위 관절 및 링크는 상위 관절들의 링크 및 엑추에이터의 하중까지 함께 받게 된다. 따라서, 직렬 메커니즘은 로봇 자체 무게 대비 가반하중 (payload)이 작은 경우가 많다. 병렬 메커니즘의 경우 구조적으로 높은 강성, 큰 가반하중 등의 장점이 있지만 좁은 작업 영역 (workspace), 구조적인 싱귤러(geometric singularity configurations), 해석 및 설계의 복잡성 등의 단점을 가지고 있다. 또한, 구동 방식에 있어서 모터시스템은 제어 및 설계가 비교적 간단하기 때문에 일반적인 로봇에 가장 많이 사용된다. 유/공압 시스템은 순간적인 큰 힘 또는 빠른 속도를 요구하는 시스템에 주로 사용된다. 와이어 드리븐의 경우 메커니즘을 구동하기 위한 엑추에이터(일반적으로 모터)를 실제 작업이 발생하는 관절에서 분리하여 임의의 위치에 위치하게 할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 메커니즘 및 구동 방식에 따라 로봇의 성능 및 특성이 결정되기 때문에, 로봇 설계 시 적절한 메커니즘과 구동 방식을 선택해야만 한다. 본 논문에서는 기존의 로봇 시스템에 적용될 수 있는 새로운 형태의 메커니즘을 제안할 것이다. 제안하는 메커니즘은 ``stackable mechanism" (적층형 메커니즘)이다. 적층형 메커니즘은 병렬 메커니즘이지만 직렬 메커니즘과 같이 모든 관절이 독립적으로 구동되는 메커니즘이다. 즉, 모든 엑추에이터 (모터)를 실제 작업이 발생하는 관절에서 분리하여 임의의 위치에 배치 할 수 있는 직렬 메커니즘이다. 또한 병렬 메커니즘인 장점인 구조적인 견고성을 가지는 메커니즘이다. 이와 같이 적층형 메커니즘은 직렬 메커니즘의 특성, 병렬 메커니즘의 특성을 동시에 가지는 메커니즘이다. 또한, 유/공압 장치와 같이 선형 구동력을 이용하여 관절을 구동하는 메커니즘이며, 와이어 드리븐 메커니즘과 같이 로봇을 구동하는 모든 엑추에이터를 임의의 위치에 둘 수 있게 하는 메커니즘이다. 따라서, 적층형 메커니즘의 작업 관절들은 소형으로 제작 가능하며, CoM, ZMP 등을 임의의 위치에 둘 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 장점들을 설명하기 위해, 인간의 검지 손가락과 크기가 같은 소형 로봇 손가락, 작은 절개 부위에 삽입 가능한 수술용 로봇 팔, CoM, ZMP 등의 위치를 임의로 선택할 수 있는 장점을 이용하여 로봇의 무게 대비 작업 능력 (관절 구동속도, 가반하중, 작업 반경)이 큰 이동 로봇 기반의 작업 로봇에 적층형 메커니즘을 적용할 것이다. 적층형 메커니즘을 다양한 로봇에 적용 할 수 있도록 기구학적 해석 방법 및 설계를 위한 구조적인 강성 해석의 방법을 제시 할 것이다. 적층형 메컨니즘은 다수의 4-BAR 메커니즘으로 구성되어 있기 때문에 설계 시 이를 구성하는 모든 링크의 길이, 폭, 두께 등을 최적화 할 필요성이 있다. 하지만 다수의 4-BAR로 구성되어 있어서 해석 및 설계가 복잡하다. 따라서, 1개의 4-BAR의 기구학적 해석 방법 및 설계 문제를 설명할 것이며, 이를 확장하여 간단하게 적층형 메커니즘에 적용 할 수 있을 방법을 제시 할 것이다. 이를 위해 구조적인 강성을 해석 하기 위해 사용되어 지고 있는 유한요소법을 간략화하여 적층형 메커니즘에 적용 하는 방법을 설명할 것이다. 최종적으로 제시하는 메커니즘의 장점을 가장 잘 설명할 수 있는 예제를 통해, 기구학적인 해석 법, 기구학적 설계 변수를 선정하는 방법, 기구적인 강성 해석을 통한 최적 설계 방법 등을 상세히 설명할 것이다.
로봇 시스템의 기본이 되는 메커니즘은 다양하게 분류 된다. 그 예로, 구조적인 특성에 의해 직/병렬 메커니즘, 구동 방식에 의해 모터 시스템, 유/공압 시스템, 와이어 드리븐(wire-driven) 시스템 등으로 분류 된다. 이와 같이 분류된 메커니즘은 서로 다른 특성을 가진다. 직렬 메커니즘의 경우 넓은 작업 영역을 가지고 있으며, 모든 관절들은 독립적으로 구동 된다. 하지만, 병렬 메커니즘에 비해 구조적으로 강하지 못하며, 하위 관절 및 링크는 상위 관절들의 링크 및 엑추에이터의 하중까지 함께 받게 된다. 따라서, 직렬 메커니즘은 로봇 자체 무게 대비 가반하중 (payload)이 작은 경우가 많다. 병렬 메커니즘의 경우 구조적으로 높은 강성, 큰 가반하중 등의 장점이 있지만 좁은 작업 영역 (workspace), 구조적인 싱귤러(geometric singularity configurations), 해석 및 설계의 복잡성 등의 단점을 가지고 있다. 또한, 구동 방식에 있어서 모터시스템은 제어 및 설계가 비교적 간단하기 때문에 일반적인 로봇에 가장 많이 사용된다. 유/공압 시스템은 순간적인 큰 힘 또는 빠른 속도를 요구하는 시스템에 주로 사용된다. 와이어 드리븐의 경우 메커니즘을 구동하기 위한 엑추에이터(일반적으로 모터)를 실제 작업이 발생하는 관절에서 분리하여 임의의 위치에 위치하게 할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 메커니즘 및 구동 방식에 따라 로봇의 성능 및 특성이 결정되기 때문에, 로봇 설계 시 적절한 메커니즘과 구동 방식을 선택해야만 한다. 본 논문에서는 기존의 로봇 시스템에 적용될 수 있는 새로운 형태의 메커니즘을 제안할 것이다. 제안하는 메커니즘은 ``stackable mechanism" (적층형 메커니즘)이다. 적층형 메커니즘은 병렬 메커니즘이지만 직렬 메커니즘과 같이 모든 관절이 독립적으로 구동되는 메커니즘이다. 즉, 모든 엑추에이터 (모터)를 실제 작업이 발생하는 관절에서 분리하여 임의의 위치에 배치 할 수 있는 직렬 메커니즘이다. 또한 병렬 메커니즘인 장점인 구조적인 견고성을 가지는 메커니즘이다. 이와 같이 적층형 메커니즘은 직렬 메커니즘의 특성, 병렬 메커니즘의 특성을 동시에 가지는 메커니즘이다. 또한, 유/공압 장치와 같이 선형 구동력을 이용하여 관절을 구동하는 메커니즘이며, 와이어 드리븐 메커니즘과 같이 로봇을 구동하는 모든 엑추에이터를 임의의 위치에 둘 수 있게 하는 메커니즘이다. 따라서, 적층형 메커니즘의 작업 관절들은 소형으로 제작 가능하며, CoM, ZMP 등을 임의의 위치에 둘 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 장점들을 설명하기 위해, 인간의 검지 손가락과 크기가 같은 소형 로봇 손가락, 작은 절개 부위에 삽입 가능한 수술용 로봇 팔, CoM, ZMP 등의 위치를 임의로 선택할 수 있는 장점을 이용하여 로봇의 무게 대비 작업 능력 (관절 구동속도, 가반하중, 작업 반경)이 큰 이동 로봇 기반의 작업 로봇에 적층형 메커니즘을 적용할 것이다. 적층형 메커니즘을 다양한 로봇에 적용 할 수 있도록 기구학적 해석 방법 및 설계를 위한 구조적인 강성 해석의 방법을 제시 할 것이다. 적층형 메컨니즘은 다수의 4-BAR 메커니즘으로 구성되어 있기 때문에 설계 시 이를 구성하는 모든 링크의 길이, 폭, 두께 등을 최적화 할 필요성이 있다. 하지만 다수의 4-BAR로 구성되어 있어서 해석 및 설계가 복잡하다. 따라서, 1개의 4-BAR의 기구학적 해석 방법 및 설계 문제를 설명할 것이며, 이를 확장하여 간단하게 적층형 메커니즘에 적용 할 수 있을 방법을 제시 할 것이다. 이를 위해 구조적인 강성을 해석 하기 위해 사용되어 지고 있는 유한요소법을 간략화하여 적층형 메커니즘에 적용 하는 방법을 설명할 것이다. 최종적으로 제시하는 메커니즘의 장점을 가장 잘 설명할 수 있는 예제를 통해, 기구학적인 해석 법, 기구학적 설계 변수를 선정하는 방법, 기구적인 강성 해석을 통한 최적 설계 방법 등을 상세히 설명할 것이다.
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