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안드로이드 스마트폰 기반의 원격 IPMC 제어시스템 구현

The implementation of remote IPMC control system using android smartphone

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.17 no.3, 2013년, pp.533 - 539  

김관형 (동명대학교 컴퓨터공학과)

초록
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최근 의료 및 생체공학 분야의 액추에이터(actuator)와 센서 및 연료전지로 활용할 수 있는 새로운 재료인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 IPMC의 특징은 센서(sensor)와 액추에이터(actuator)의 성질을 동시에 가지는 있는 특이한 성질을 가진 복합재료로서 IPMC에 전압을 가하면 움직임이 생기며, IPMC에 움직임이 발생하면 IPMC 내부에 전압이 충전되는 성질이 있어 모션 센서나 힘 센서로도 활용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 IPMC에 대한 몇 가지 특성을 파악하고 IT 기술인 스마트폰의 연계하여 원격지에서 IPMC의 동작을 제어할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 또한, 스마트폰을 기반으로 하여 영상정보를 전송하여 모니터링 하도록 하였다. IPMC의 동작제어는 스마트폰의 블루투스를 이용하여 동작명령을 전송하도록 시스템을 구현하였다. 본 논문의 실험 및 구현으로부터 IPMC 물성에 대한 정확한 분석은 부족하지만 향후 IPMC의 활용에 있어서 IT 기술과의 융합을 통하여 센서, 액추에이터, 연료전지 등과 같은 분야에 적극 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, Ionic Polymer Metal Composite (IPMC) systems receive great attention in the fields of the medical and biomedical Engineering because of several merits in terms of new actuators and sensors and fuel cell materials. When the voltage is excited to IPMC system, it moves. Conversely, if there a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 새로운 신소재인 IPMC의 활용에 있어서 액추에이터로서의 활용과 센서로서의 활용도를 IT 기술과 융합하여 몇 가지 특징을 고찰하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 IPMC의 동특성을 감안하여 액추에이터로서 활용할 수 있도록 시스템에 주안점을 두었다. IPMC의 휨 정도에 대한 계측은 스마트폰의 CCD 카메라를활용하여 계측하였으며, IPMC의 휨정도에 대한 영상을 Wi-Fi 통신을 이용하여 실시간으로 원격지 서버로 영상 데이터를 전송하도록 구현하여 원격지에서 모니터링 하도록 구현하였다.
  • 본 논문에서는 이상과 같은 시스템을 구축하여 IPMC에 대한 휨 상태를 Wi-Fi를 이용하여 원격지 스마트폰에서 모니터링 할 수 있도록 구현하였으며, 또한 IPMC 상태 제어는 스마트폰에 탑재된 블루투스를 통하여 IPMC 구동 프로세서를 통하여 제어하도록 하여 스마트폰 기반의 원격 IPMC 제어시스템을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트폰 기반의 IPMC 원격 위치 제어 시스템의 구성은 어떻게 나누어 지는가? 첫째는 MCU(dsPIC30F3011)를 이용하여 IPMC 드라이브를 포함한 제어모듈과 데이터 계측을 위한 차동 증폭기 모듈이며, 둘째는 스마트폰으로 획득된 영상을 Wi-Fi 기반으로 원격지 서버에 영상 데이터를 전송하는 부분과 다른 원격지에서 스마트폰을 통하여 서버의 영상정보를 모니터링 할 수 있는 영상 통신 및 처리부 이며, 셋째는 원격지 IPMC 영상을 통하여 원격지에서 IPMC를 제어할 수 있는 블루투스 기반의 원격 제어 모듈로 구성된다.
IPMC의 특징은 무엇인가? 최근 의료 및 생체공학 분야의 액추에이터(actuator)와 센서 및 연료전지로 활용할 수 있는 새로운 재료인 IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 IPMC의 특징은 센서(sensor)와 액추에이터(actuator)의 성질을 동시에 가지는 있는 특이한 성질을 가진 복합재료로서 IPMC에 전압을 가하면 움직임이 생기며, IPMC에 움직임이 발생하면 IPMC 내부에 전압이 충전되는 성질이 있어 모션 센서나 힘 센서로도 활용할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 IPMC에 대한 몇 가지 특성을 파악하고 IT 기술인 스마트폰의 연계하여 원격지에서 IPMC의 동작을 제어할 수 있도록 시스템을 구성하였다.
IPMC의 단점은 무엇인가? 또한 IPMC는 모션 센서나 힘 센서로 활용할 수 있기 때문에 센서로서의 활용도가 매우 높다고 할 수 있다. 그러나 IPMC의 단점은 히스테리시스(hysteresis)가 존재하는 단점을 가지고 있으며, IPMC 내부의 화학적인 반응에 대한 비선형 특성을 반영하지 않아 액추에이터로 활용하고자 할 때 정밀 제어에 많은 어려움이 있다.[1][2][3][4]
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참고문헌 (8)

  1. Kim S. J., Lee I. T., Lee H. Y., Kim Y. H., 2006, "Performance improvement of an ionic Polymer-metal composite actuator by parylene thin film coating," Smart Mater. Struct., 15, pp. 1540-1546. 

  2. Choi S., Tang W. and Lee S. Y., 1009, "Theoretical modeling and experimental verification for a multi-layered IPMC actuator," The KSME Fall Ann. Metting, pp. 2763-2768. 

  3. P. Brunetto, L. Fortuna, S. Graziani, and S. Strazzeri, "A model of ionic polymer-metal composite actuators in underwater operations," Smart Materials and Structures, Vol. 17, 025029, 2008. 

  4. B. Fang, C. K. Lin, M. Ju, "Development of sensing/ actuating ionic polymer-metal composite (IPMC) for active guide-wire system," Sensors and Actuators A, vol. 158, pp. 1-9, 2010. 

  5. Y. Zhang, M. Cong, and D. Guo, "Design optimization of a bidirectional microswimming robot using giant magneto strictive thin films," IEEE Trans. Mechatronics, vol. 14, pp. 493-503, 2009. 

  6. Z. Chen, S. Shatara, and X. Tan, "Modeling of biomimetic robotic fish propelled by an ionic polymer-metal composite caudal fin, "IEEE Trans. Mechatronics, vol. 15, pp. 448-459, 2010. 

  7. M. Aureli, V. Kopman, and M. Porfiri, "Freelocomotion of underwater vehicles actuated by ionic polymer metal composite," IEEE Trans. Mechatronics, vol. 15, pp. 603-614, 2010. 

  8. 구본민, "IPMC 고유특성에 기반한 액추에이터 모델링 및 위치 제어 시스템 개발", 석사학위논문, 한양대학교 대학원, 2010. 

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