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문제 정의
- 따라서 작업의 성능 및 효율을 높이고 구동모터 의 과부하와 밀림현상을 방지하기 위해 로봇이 안정되고 원활하게 작업이 이루어질 수 있게 할 수 있는 고 정유닛이 필요로 하였다. 본 연구에서는 고정유닛을 본 체의 상단에 장착하여 로봇을 고정할 수 있게 고안하였다. 고정유닛의 형태는 무한궤도 차륜의 형태로 하 였고, 작업 포지션에 로봇이 도착하면 관로상의 위쪽 으로 고정유닛이 올라가 바퀴와 함께 삼각형의 형태로 관로에서 로봇을 고정하여 작업을 수행 할 수 있게 하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 고정유닛을 본 체의 상단에 장착하여 로봇을 고정할 수 있게 고안하였다. 고정유닛의 형태는 무한궤도 차륜의 형태로 하 였고, 작업 포지션에 로봇이 도착하면 관로상의 위쪽 으로 고정유닛이 올라가 바퀴와 함께 삼각형의 형태로 관로에서 로봇을 고정하여 작업을 수행 할 수 있게 하였다. 무한궤도 차륜의 형태로 고안하였기 때문에 작업할 때 로봇이 절단부위를 절단함과 동시에 천 천히 앞으로 이동할 수 있고 그에 따라 받는 하중에 도 충분히 견딜 수 있도록 안정되게 설계하였다.
- 구동 모터의 동작 순서는 로봇 제어반의 이출력을 통해 모터 드라이브로 구동명령을 주는 것이다. 따라서 오픈루프 제어 설정 상에서 전압과 모터출력 그리고 웜기어(15:1)의 기어비에 의한 바퀴 출력의 관계를 실험으로 살펴보았다. Fig.
- 한 개의 가이드와 공압 피스톤이 연결된 한 개의 축으로 구성 되어있다. 또한 무한궤도 차륜의 하단 부위와 본 체 사이에 로드셀을 장착하여 하중량을 검출 할 수 있게 하였으며, 작업 상태에 따라 고정유닛의 고정 정도를 조절할 수 있도록 설계 및 제작하였다.
- 위의 (1)~(6>의 식을 기초로 사용된 구동 모터의 크 기는 지름 150 mm 길이 86 mm, 정격 전압은 AC 220 V 정격출력은 100 W로 된 AC서보모터를 선정하였으며, 감속기는 1:15의 감속비를 갖는 것을 선정 하였다. 또한 바퀴의 구동축 부분에는 디퍼런셜 기어를 설치해서 구동축 양쪽 바퀴의 회전속도가 다를 경우에 도 양축에 고르게 회전력(토크)을 전달하도록 하였다. 본체와 구동축이 접촉하는 곳에는 슬라이딩 베어링과 볼베어링을 장착하여 마찰력을 최소화 하였다.
- 후진이 원활히 이루어 질수 있도록 크기와 구조를 최적화시켜 설계하였다. 또한 하수관 내부 에 존재하는 하수나 물이 스며들지 않도록 충분한 방 수 처리와 하수관 진행 시 관 내벽 및 장애물에 충돌 하더라도 견딜 수 있는 내구력을 지닌 알루미늄 합금 (라우탈) 재질로 설계 및 제작 하였다.
- 구동모터 및 감속기어의 선정은 다음과 같은 방법으로 수행하였다. 먼저, 로봇의 모든 하중을 견인할 수 있는 모터의 용량, 관성, 마찰을 고려하여 모터 및 감 속기를 선정하였다. 결합된 모터와 감속기의 크기가 본 체 내부에 들어갈 수 있는 크기이며, 가 .
- 고정유닛의 형태는 무한궤도 차륜의 형태로 하 였고, 작업 포지션에 로봇이 도착하면 관로상의 위쪽 으로 고정유닛이 올라가 바퀴와 함께 삼각형의 형태로 관로에서 로봇을 고정하여 작업을 수행 할 수 있게 하였다. 무한궤도 차륜의 형태로 고안하였기 때문에 작업할 때 로봇이 절단부위를 절단함과 동시에 천 천히 앞으로 이동할 수 있고 그에 따라 받는 하중에 도 충분히 견딜 수 있도록 안정되게 설계하였다. 본 연구에서 고안한 무한궤도 형태의 고정유닛으로써 Fig.
- 본 논문에서는 바이트의 형상을 원통형으로 설계 및 제작 하였다. 원통형 바이트는 흄관 부위의 어느 한쪽 에 위치에 흄관을 조금씩 깎아서 없애는 방법을 떠나 흄관 자체를 한번에 돌출된 관로상의 가장 안쪽으로부터 한번에 절단하는 형식을 취하였다.
- 관로상 원활하고 안정된 주행을 위해 본체의 바퀴 부분에 11도의 경사를 주어 안정된 주행과 작업을 수 행 할 수 있게 하였으며, 바퀴는 일반 타이어를 사용하였다. 본 연구의 하수관 돌출부 절단용 로봇은 관로 의 직경에 따라 안정된 주행을 할 수 있도록 사전에 관로 조사 후 바퀴 부분을 작업 전 관로의 직경에 맞 추어 더욱 안정된 주행과 작업을 수행 할 수 있도록 알맞은 크기의 바퀴로 교체하여 작업 시 본체의 주행 부담을 줄이는 방법으로 설계하였다.
- 실린더의 용량 설계에서 압력은 입력과 출력의 차를 100 bar로 계산하였다. 이때 실린더의 두께는 6 mm로 하고 최고 압력이 210bai에서 견딜 수 있어야 했다.
- 본 연구에서 고안한 절단 헤드는 상하 , 좌우로 작 업을 할 수 있는 자유도는 없지만 도면에서 볼 수 있 듯이 헤드 자체를 상하 . 좌우의 자유도 없이 고정하여 관로상에 돌출 되어 있는 관을 한 번에 헤드컨트롤 없이 절단할 수 있도록 설계하였다.
- 실린더 내경(D)과 로드 경(D)은 실린더 전 . 후진시의 힘을 고려하여 각각 25 mm, 20 mm로 하였다. 따라서 실린더 전진시 유효 단 면적 (A) 4.
- 본체는 관로상 전 . 후진의 이동이 원활하도록 견고 하고 유연성 있게 설계하였다. 본체의 상단과 정면에 고정유닛과 절단헤드를 부착하여 이동을 하기 때문에 그에 대한 충분한 하중을 견딜 수 있고, 이동상에 어려 움 없이 전 .
- 본체의 상단과 정면에 고정유닛과 절단헤드를 부착하여 이동을 하기 때문에 그에 대한 충분한 하중을 견딜 수 있고, 이동상에 어려 움 없이 전 . 후진이 원활히 이루어 질수 있도록 크기와 구조를 최적화시켜 설계하였다. 또한 하수관 내부 에 존재하는 하수나 물이 스며들지 않도록 충분한 방 수 처리와 하수관 진행 시 관 내벽 및 장애물에 충돌 하더라도 견딜 수 있는 내구력을 지닌 알루미늄 합금 (라우탈) 재질로 설계 및 제작 하였다.
대상 데이터
- 결합된 모터와 감속기의 크기가 본 체 내부에 들어갈 수 있는 크기이며, 가 . 감속이 가능한 모터를 선정하였다.
- 관로상 원활하고 안정된 주행을 위해 본체의 바퀴 부분에 11도의 경사를 주어 안정된 주행과 작업을 수 행 할 수 있게 하였으며, 바퀴는 일반 타이어를 사용하였다. 본 연구의 하수관 돌출부 절단용 로봇은 관로 의 직경에 따라 안정된 주행을 할 수 있도록 사전에 관로 조사 후 바퀴 부분을 작업 전 관로의 직경에 맞 추어 더욱 안정된 주행과 작업을 수행 할 수 있도록 알맞은 크기의 바퀴로 교체하여 작업 시 본체의 주행 부담을 줄이는 방법으로 설계하였다.
- 무한궤도 차륜의 형태로 고안하였기 때문에 작업할 때 로봇이 절단부위를 절단함과 동시에 천 천히 앞으로 이동할 수 있고 그에 따라 받는 하중에 도 충분히 견딜 수 있도록 안정되게 설계하였다. 본 연구에서 고안한 무한궤도 형태의 고정유닛으로써 Fig. 3-1 은 (a) 3D모델링과 실제 제작된 고정유닛을 보여주고 있다.
- 위의 (1)~(6>의 식을 기초로 사용된 구동 모터의 크 기는 지름 150 mm 길이 86 mm, 정격 전압은 AC 220 V 정격출력은 100 W로 된 AC서보모터를 선정하였으며, 감속기는 1:15의 감속비를 갖는 것을 선정 하였다. 또한 바퀴의 구동축 부분에는 디퍼런셜 기어를 설치해서 구동축 양쪽 바퀴의 회전속도가 다를 경우에 도 양축에 고르게 회전력(토크)을 전달하도록 하였다.
- 위의 식을 기초로 사용된 실린더는 TPC 제품으로 튜브 내경이 40이고, 실린더 행정은 25 mm를 갖는 공 압 복동식 실린더를 사용하였다. 또한 두 개의 솔레노 이드를 사용하여 상 .
- 이때 실린더의 두께는 6 mm로 하고 최고 압력이 210bai에서 견딜 수 있어야 했다. 지지실린더는 로봇 몸체 중앙에 위치하며 로봇이 작업 중 안정된 자세를 유지하기 위한 실린더로, 실린더의 바깥 크기는 로봇 내 공간을 고려하여 길이 150 mm, 외경은 50mm로 선정하였다. 실린더 내경(D)과 로드 경(D)은 실린더 전 .
성능/효과
- 1. 절단헤드의 구조적 문제점으로 인하여 과부하시 구동모터가 손상되는 문제점을 절단헤드의 자유도를 없애고 원통형의 바이트를 장착함으로서 한번의 작업 으로 흄관을 제거해 모터의 과부하를 방지하였다.
- 2. 흄관 절단 시에 절단헤드에 받는 부하로 인하여 수평 및 센터 잡기가 불안정 요소를 고정유닛의 개발 을 통해 수평 및 센터잡기를 하여 작업 중에 받는 불 안정한 진동이나 백래쉬를 해결하였다.
- 3. 절단헤드의 자유도 및 구조적 문제로 절단직경의 한계가 있었으나 이 문제도 역시 자유도를 없앤 절단 헤드와 원통형 바이트로 인하여 절단직경의 한계를 없 애고 원활한 작업이 이루어질 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서 개발된 하수관로 검사 및 연결 돌출부 절단용 로봇은 기존에 있던 하수관로 로봇의 단점을 보완하고 새로운 기능을 추가하여 작업성능과 효율적인 작업을 할 수 있었다.
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