[논문]대면적 TFT-LCD 유리기판 이송용 복합재료 로봇 손 개발에 관한 연구

최기한; 한창우; 이상룡

doi:10.3795/ksme-a.2002.26.7.1357

문제 정의

. 따라서 이러한 진동해석 목적은 로봇 손 자체의 고유 진동수를 예측하고 제어하여 외부 가진하의 공진을 피한다. 따라서 공진 발생 시의 현저한 특징인 큰 변위 발생을 억제하고 처짐 요구량내에서 원활히 로봇 손이 작동될 수 있도록 제어한다.
본 연-十의 목적은 복합재致를 이용하여 대면적 TFT-LCD 유리기판의 이송용 로봇 손을 개녙}하는것이다. 로봇 손에 정적하중이 작용 시.

가설 설정

■성■간만을 고려하였다. 따라서 진체적인 로봇 손의형상을 상판에 오각구멍이 3개 뚫린 중종빔(beam) 외팔보로 가정하였다. 경계오긴(boundary condition)으로는 지지 되는 한쪽 끝올 고청지지(fixed condition)하였다.

제안 방법

(2) 로봇 손의 집중하중에 대한 처짐량을 실세유리판 하중에 대한 처짐량과 비교하여 --'1 타당성여부를 검증하였다. ::L 결괴、상대오차가 심하여이 방법은 적절하지 못했음을 알 수 있었다.
(3) 로봇 손이 전후로 기동 시 발생되는 상하진동을 이용하여 고유진동수를 구하고. 이 값고} 유한요소 및 이론해 값을 비교하였다.
그러나 3개의 진공 패드로 전달되는 하중은 유리기판의 무게중심의 위치 및 로봇 손에 지지대(support) 장착 여부에 따라 균일 하게 "3 씩 전달되지는 않는다. 二I러므로 유리판 하중에 준하는 무게 추를 이용하여 로봇 손 끝 단 에 집중하중을 주어 이론해 및 유한요소 해석과 실험값의 비교, 분석을 수월토록 하였다' 그 후 실제 유리기판을 올려놓아 본 실험조건의 타당성 여 부를 검증하였다. 실험 방법은 Fig.
경량, 저밀도, 방향성에 인한, 설계 유연성이 뛰어난 섬유강화 복합재료에 대한 우수성을 역설하였으得;' 한지I홍은 압진소자를 사용한 지능복합채 구조의 동적거동해식욮 위해 횡전단변형 이론에 기초한 유한요소를 수행하였고' 진동 4 모드의 자동 및 감지 在율성을 계산하이 이들의 효과가 선형조합직으로 시스템에 영향을 미침을 입증하였다(1) 또한심병노 등은 AS4/PEEK 외팔보 복합재료의 진동및 감쇠특성을 기.격시 험과 자유진동실험을 통해구하였고. 횡 진단변형 이론에 의한 이론적 동적거 4 7 个;「\ '깁증하였다.
따라서 진체적인 로봇 손의형상을 상판에 오각구멍이 3개 뚫린 중종빔(beam) 외팔보로 가정하였다. 경계오긴(boundary condition)으로는 지지 되는 한쪽 끝올 고청지지(fixed condition)하였다. 그리고 히중조건(k*id condition)은 로봇 팔 끝단 부위에 집중 하중이 적용된다는 명확한 조건(무게추 실험)으로 설정히였다, .
2와 같이 진공 패드 장착구와 각종 센서 장착구가 있어 이리한 구멍들이 실제 변위와 응력에영향을 미친다. 그러나 이론해에서는, 이러한 변수들을 고려할 수 없으므로 표면에 아무런 구멍이뚫려 있지 않는 단순한 외 팔보로 가성하여 계산하였다.
처짐량을 食구량 내에 만족시키고. 또한 로봇 손이 운동하는 동적 물체인 관계로 기동 중 발생되는 진동까지 감안하여 최적 설계, 재작하였다. 리고 이론해석 값 동율 토대로 실제 실험값과 비교, 분석하여 최적설계의 건전성 여부를 파악하고 로봇 손이실제 기능을 원활히 수행할 수 있는 제품인지도검증하였다.
또한 섬유 수직방향에 대한 균열이나 파괴전진을 막고자 로봇 손의 길이 방향에 대하여 0° / 90° 로 직조된 프리프레그를 제일 아래층과 중간층 그리고 제일 위층에 삽입시켜주었다. 적층 단면의 형상은 Fig.
또한 이 값을 다시 이론해로 산줄, 이롤 비교. 분석하여 신뢰성을 검증하였다.
로봇 손이 유리기판 하중으로 발생되는 정적 처징량을 유한요소 해석읋 통하여 해석하였으며. 또한 이 값을 다시 이론해로 산줄, 이롤 비교.
m冲KMy)를, 구하였다、그.리고 실제 전후로 기동 시 발생되W 상하 진동값을 이용하여 얻은 고유진동수와 비교, 분석하였다. 그 결과는 Table 8과 같디.
또한 로봇 손이 운동하는 동적 물체인 관계로 기동 중 발생되는 진동까지 감안하여 최적 설계, 재작하였다. 리고 이론해석 값 동율 토대로 실제 실험값과 비교, 분석하여 최적설계의 건전성 여부를 파악하고 로봇 손이실제 기능을 원활히 수행할 수 있는 제품인지도검증하였다.
로.봇 손의 끝단 가까이에 유리기판 무게에상응하는 무게추룔 올려놓고 이를 집중하중으로가정하여 실제 치짐량을 측정하고, 이를- 이론해와유한요소 해석값과 서로 비교해본 결과. 상대오차 3% 미만의 정확한 결과를 엄을 수 있었다.
섬유강화 복합재료를 이용. 설계된 대면적 TFI-LCD 유리기판 운반용 로봇 손을 제작하여 ~1 처지량과 고유진동수를 측정하고 이를 유한요소 혜석과 이론해를 통해 비교, 검증하였디I 이에 연구결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
유리판 무개에 준한 무게 추 실험의 신뢰성을 검증하기 위하여 실제 유리판을 로봇 손 위에 올 려놓고 그 처짐량을 측정하였다
유한요소 해석과 이론 해를 통하여 로봇 손의고유진동수(natw시 m冲KMy)를, 구하였다、그.리고 실제 전후로 기동 시 발생되W 상하 진동값을 이용하여 얻은 고유진동수와 비교, 분석하였다.
유한요소 해석을 이용한 해의 신뢰성을 검증, 하기 위해 이론해를 산출하였다. 이론해를 산출하기앞서 먼저 복합재료 적층판에서의 전체 탄성계수 E 값을 산줄하기 위한 고전 적중판 이론을 사용하였다。)
이용하여 고유진동수를 구하고. 이 값고} 유한요소 및 이론해 값을 비교하였다. 그 결과 상대오차 10% 미만의 비교적 정확한 값율 얻을 수있었디.
이론해는 한쪽이 고정 지지된 외팔보로 가정한로봇 손을 실제 실험과 같은 조건으로 끝단에서 65mm 지점에 집중하중을 주었으며, 끝단에서 15mm 지 점에서의 처 짐량을 산출하였다.
처짐량은 a, b 무 지점에서 레이저 변위 측정기 를 통해 즉정했으며, 처짐량 방지블 위해 로봇 손 고정부에 알루미늄 지지대를 장착한 경우와 장착 하지 않은 경우에 대하여 각각 측정하였다. 측성 치는 지면으로부터의 높이이다.

대상 데이터

로봇 손은 속이 빈 중공의 사각 튜브(tube)이며, 한쪽 끝이 고정된 외폴?보(cantilever beam) 헝상이다. Fig.
섬유강화 복합재료를 이용. 설계된 대면적 TFI-LCD 유리기판 운반용 로봇 손을 제작하여 ~1 처지량과 고유진동수를 측정하고 이를 유한요소 혜석과 이론해를 통해 비교, 검증하였디I 이에 연구결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

데이터처리

또한 이 값을 다시 이론해로 산줄, 이롤 비교. 분석하여 신뢰성을 검증하였다. 단, 실제 로봇 손은 Fig.

이론/모형

위해 이론해를 산출하였다. 이론해를 산출하기앞서 먼저 복합재료 적층판에서의 전체 탄성계수 E 값을 산줄하기 위한 고전 적중판 이론을 사용하였다。)

성능/효과

검증하였다. ::L 결괴、상대오차가 심하여이 방법은 적절하지 못했음을 알 수 있었다.
이 값고} 유한요소 및 이론해 값을 비교하였다. 그 결과 상대오차 10% 미만의 비교적 정확한 값율 얻을 수있었디. 따라서 실험값에 대한 해석값의 검증되어그.
상대오차 3% 미만의 정확한 결과를 엄을 수 있었다. 단, 과다한 처짐량 방지률 목적으로 알루미늄 지지대를장착하면 비교적 큰 상대오차(12.8%, 가 나타났다. 이는 시.
봇 손의 끝단 가까이에 유리기판 무게에상응하는 무게추룔 올려놓고 이를 집중하중으로가정하여 실제 치짐량을 측정하고, 이를- 이론해와유한요소 해석값과 서로 비교해본 결과. 상대오차 3% 미만의 정확한 결과를 엄을 수 있었다. 단, 과다한 처짐량 방지률 목적으로 알루미늄 지지대를장착하면 비교적 큰 상대오차(12.
에 문게가 있었음을 알 수 있었다. 이를시정하기 워해서 결퐈릂 가지고 역으고 재해석한결과, 지지대'뵬 장착하지 않은 로봇 손을 기준으 兵, 같은 위치에 420g 무게주룔 사■욤하거나 같은 早 제 수- 률 사 용■ 하 뇌 로쏫 손 '지 지 부 에서 부 터 980nun 지점에 올려놓으뗜 유리판 분포하중에 상응하打 결과를 얻을 수 있을 갓이다,

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