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미세 작업을 위한 마이크로-나노 로봇개발
The Development of High Precision Manipulator and Micro Gripper 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.2 no.1, 2007년, pp.64 - 70  

이종배 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터) ,  박창우 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터) ,  김봉석 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터) ,  박준식 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터) ,  성하경 (전자부품연구원 지능메카트로닉스연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a robotic system which consists of a precision manipulator and a micro gripper for a micro system assembly is presented. By the experiment, we proved that the developed the system gives acceptable performance when minute operations. Developed the micro-nano robot is actuated by newly ...

주제어

#MEMS   #Piezo actuator   #Piezoelectric micro gripper   #In-plane   #Out-plane  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 바이오 응용이나, 마이크로 시스템 제작과 같은 고정밀, 미세 작업을 위한 초정밀 매니퓰레이터와 마이크로 그리퍼를 제작하고 그 특성을 평가하였다. 매니퓰레이터는 압전 소자를 사용하여 모듈 형태로 2개의 선형 구동기와 2개의 회전 구동기를 제작하였으며 이 들의 조합에 의해 로봇 매니퓰레이터를 제작할 수 있도록 하였다.
  • 초정밀 매니퓰레이터는 압전소자에 의한 구동 방식을 채택하였는데, 압전소자는 크기가 작고 나노미터 수준의 정밀도를 얻을 수 있는 반면, 행정 거리가 짧아 기구적으로 행정 거리를 확대할 필요가 있다. 본 연구에서는 선형 2종 (P-type 1,2)과 회전형 2종 (R-type 1,2)의 구동기 모듈을 개발하고 각각의 조합에 의해 매니퓰레이터를 구성하도록 하였다.
  • 초정밀 로봇 중에서 마이크로미터 내외의 정밀도를 갖는 매니퓰레이터는 바이오용으로 마이크로 스텝 모터기술을 사용한 제품들이 Narishige, Sutter, RI 등의 회사에서 시판되고 있으며 나노미터 정밀도를 갖는 로봇은 Kleindiek 등의 회사에서 반도체 테스트를 포함한 다목적용으로 개발하여 판매하고 있다. 본 연구에서는 압전소자를 이용하여 마이크로미터 이하의 정밀도를 가지며, 클린룸과 같이 공간적으로 제한된 환경에서 작업하는데 유리한 소형의 로봇 매니퓰레이터 (manipulator)와 그 끝에 부착하여 사용할 수 있는 마이크로 그리퍼를 개발한다. 로봇 매니퓰레이터에 있어서, 압전소자의 단점인 작은 행정거리를 극복하기 위해 행정거리 확대 메커니즘에 의한 직선형과 회전형 구동 모듈을 개발하고, 각 구동 모듈을 결합하여 매니퓰레이터를 구성할 수 있도록 한다.

가설 설정

  • (ㄱ) 각각의 압전소자의 크기가 동일할 것.
  • (ㄴ) 각각의 압전소자를 동일하게 장착할 것.
  • (ㄷ) 각각의 압전소자와 구동체가 동일한 힘으로 균일하게 접촉할 것.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MEMS 기술을 사용하여 마이크로 그리퍼를 생산할 경우 어떤 단점이 있는가? 그림 8은 독일의 Clocke Nonotechnik에서 개발한 마이크로 그리퍼로 금속 가공에 의해 제작된 그리퍼이다. 마이크로 그리퍼는 MEMS 기술을 사용하여 제작할 수 있는데, MEMS 기술을 사용하면 극소형의 마이크로 그리퍼를 다양한 형상으로, 저가격에 대량 생산할 수 있지만 내구성과 강도가 약한 단점이 있다[5][6][7]. 본 연구에서는 MEMS 그리퍼의 형태를 그리퍼의 턱이, 생성된 같은 평면상에서 동작하면 In-plane 형, 서로 수직인 평면상에서 동작하면 Out-of-plane형으로 정의하고, 이러한 기준으로 2종의 In-plane형 마이크로 그리퍼, 2종의 Out-of-plane형 마이크로 그리퍼를 개발하였다.
마이크로-나노 로봇이란 무엇인가? 마이크로-나노 로봇은 일반적으로 마이크로 또는 나노미터 정도의 크기를 갖는 극소형 로봇 또는 고 정밀도를 갖는 매크로 로봇(macro robot)을 말한다. 사람의 혈관을 따라 이동할 수 있을 정도의 극소형 로봇은 현재 연구 초기 단계로, 에너지원이나 구동, 제어에 있어 해결해야 할 문제가 아직 많이 남아있다.
초정밀 매니퓰레이터의 회전형 구동기가 회전 운동을 하게 되는 원리는 무엇인가? 첫 번째 회전형 모델 R-type 1은 그림 4와 같이 베이스, 압전 세라믹, 회전판으로 구성되어있으며, 베이스에 120도 간격으로 배치된 압전소자에 전압이 가해지게 되면 압전소자에 전단변형이 발생하면서 회전판을 밀어주게 된다. 입력 전압을 순간적으로 0V로 낮추게 되면 압전소자는 원래 모습으로 복원을 하게 되지만, 압전소자 위에서 회전을 발생한 구동체는 관성력에 의해 회전한 위치에 정지하게 된다. 이러한 과정을 반복하게 되면 구동체는 회전 운동을 하게 된다.
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