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논문 상세정보

2개의 자유도를 가진 병렬 매니퓰레이터의 기구학 해석

Kinematics Analysis of a 2-DOF Parallel Manipulator

Abstract

In this paper, a parallel manipulator is comprised of two sliders and four links. Sliders execute a linear reciprocating motion depending on parallel guides and make the connected links rotate. A couple of links connected by sliders do coupling motion. The end-effector called a link tip has orientation angle. Through the kinematics analysis of this manipulator, we found displacement, velocity and acceleration using direct and inverse kinematics. We used equations that derived from this analysis and determined five constraint conditions. These conditions had much to do with rotation states of links, the relative relation of link length and coupling motion state. To verify those, we suggest a new algorithm regarding constraint conditions of a manipulator. With the result which performed the algorithm, we found out that operation range of coupled links was limited by relative relation of link length and that manipulator was not able to carry out a series of link motion, in case of being the link vertical between two parallel guides.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2 자유도 병렬로봇
2 자유도 병렬로봇과 관련된 연구는 무엇이 있는가?
Sergiu6 등은 동일한 축을 가지는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였고, Li7 등은 x-y 축을 따라 운동하는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였다. 그리고 Bi8 등은 동일한 축을 따라 움직이면서 하나의 링크의 연장선에 로봇선단(endeffector)이 존재하는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였고, Yang9 등은 오프셋(offset)이 있는 축을 따라움직이면서 로봇선단이 회전할 때 최적 설계를 하였다. 또한 평행안내판을 따라 움직이면서 운동하는 병렬로봇의 연구가 진행되고 있으며 Jun10 및 Shen11 등은 병렬로봇이 평행안내판을 따라 움직이면서 운동을 하는 병렬로봇의 기구학 해석 및 최적 설계를 수행하였으나 로봇선단이 고정되어 있다

이에 비해 2 자유도 병렬로봇은 상대적으로 강성이 높고 구조가 간단하여 실제 산업현장의 요구조건을 충족시킬 수 있다. 이러한 2 자유도병렬로봇과 관련된 연구에서 Sergiu6 등은 동일한 축을 가지는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였고, Li7 등은 x-y 축을 따라 운동하는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였다. 그리고 Bi8 등은 동일한 축을 따라 움직이면서 하나의 링크의 연장선에 로봇선단(endeffector)이 존재하는 병렬로봇의 기구학 해석을 하였고, Yang9 등은 오프셋(offset)이 있는 축을 따라 움직이면서 로봇선단이 회전할 때 최적 설계를 하였다. 또한 평행안내판을 따라 움직이면서 운동하는 병렬로봇의 연구가 진행되고 있으며 Jun10 및 Shen11 등은 병렬로봇이 평행안내판을 따라 움직이면서 운동을 하는 병렬로봇의 기구학 해석 및 최적 설계를 수행하였으나 로봇선단이 고정되어 있다.

병렬로봇
병렬로봇의 장점은?
강성이 높고 부하 용량이 크고 우수한 위치정밀도를 가지고 있으며 고속운전이 가능하다

이러한 구조 때문에 고속운동이 쉽지 않다. 이에 비해 각 링크의 연결상태가 병렬구조인 폐회로 구조를 이루고 있는 병렬로봇은 강성이 높고 부하 용량이 크고 우수한 위치정밀도를 가지고 있으며 고속운전이 가능하다. 병렬로봇의 이러한 특성 때문에 Kang1 등은 병렬로봇을 이용하여 다축가공형상에 이용하였고, Shin2 등은 초정밀 3 자유도 병렬로봇을 개발하였고, Lee3 등은 여유구동 병렬로봇을 이용하여 힘 분배 제어를 수행하였고, Gao4 등은 6 자유도 병렬메커니즘의 기구학 해석을 하였고, Lee5 등은 5 자유도 햅틱 장치를 이용하여 궤적을 추적하는 등 국내외적으로 병렬로봇의 기구학 해석 및 제어와 관련된 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

산업현장에서 사용되고 있는 직렬로봇
산업현장에서 사용되고 있는 직렬로봇은 어떤 구조를 가지는가?
각 링크의 연결상태가 직렬구조인 개회로 구조

산업현장에서 사용되고 있는 직렬로봇은 각 링크의 연결상태가 직렬구조인 개회로 구조를 이루고 있다. 이러한 구조 때문에 고속운동이 쉽지 않다.

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참고문헌 (13)

  1. 1. Kang, J. G., Lee, K. B., Moon, Y. R. and Kim, H. S., "Incremental Forming of Multi-axis Machining Features Using Parallel-type Robot," Proc. of KSPE Autumn Conference, pp. 125-126, 2010. 
  2. 2. Shin, D. I., Kim, Y. S., Suh, S. W., Han, C. S., Choi, D. S. and Whang, K. H., "Development of 3-DOF Parallel Manipulator Using Flexure Hinge," Journal of KSPE, Vol. 26, No. 7, pp. 127 - 133, 2009. 
  3. 3. Lee, S. M., Shim, H. S. and Lee, J. W., "Torque Distribution Control of 3RRR Redundant Parallel Robot," Journal of KSPE, Vol. 25, No. 2, pp. 72-79, 2008. 
  4. 4. Gao, Z., Su, R., Wang, H. and Xiao, J., "Kinematic Analysis on a Take-and-Place Parallel Mechanism," IEEE International Conference on MACE, pp. 3461- 3464, 2010. 
  5. 5. Lee, L. F., Narayanan, M. S., Mendel, F. and Krovi, V. N., "Kinematics Analysis of In-Parallel 5 DOF Haptic Device," IEEE/ASME International Conference on AIM, pp. 237-241, 2010. 
  6. 6. Sergiu, S. and Balan, V. M. R., "Optimization of Workspace of a 2 DOF Parallel Robot," IEEE International Conference on MAA, pp. 165-168, 2006. 
  7. 7. Li, J., Liu, Y., Wang, C. and Sun, L., "Optimal Kinematic Design of a Planar Parallel Manipulator with High Speed and High Precision," IEEE International Conference on MAA, pp. 1888-1892, 2006. 
  8. 8. Bi, Z. M. and Zhang, W. J., "Performance Improvement of Parallel Robotics through Flexible Platform," Proceeding of the 6th International Symposium on Artificial Intelligence and Robotics & Automation in Space, pp. 18-22, 2001. 
  9. 9. Yang, Y. and Yang, Y., "Optimal Design of a 2-DOF Planar Parallel Manipulator," IEEE International Conference on MACE, pp. 2259-2264, 2010. 
  10. 10. Wu, J., Li, T., Liu, X. and Wang, L., "Optimal Kinematic Design of a 2-DOF Planar Parallel Manipulator," Tsinghua Science & Technology, Vol. 12, No. 3, pp. 269-275, 2007. 
  11. 11. Shen, H., Xue, C., Ding, L., Deng, J., Liu, S., Li, J. and Jiang, Y., "Kinematics for a 2-DOF Parallel Manipulator," IEEE 11th International Conference on CAIDCO, Vol. 2, pp. 1351-1356, 2010. 
  12. 12. Merlet, J. P., "Parallel Robots," Springer, pp. 2683- 2686, 2006. 
  13. 13. Mallik, A. K., Ghosh, A. and Dittrich, G., "Kinematic Analysis and Synthesis of Mechanisms," CRC Press, pp. 159-162, 1994. 

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