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형상기억합금 코일 구동기와 복합재를 이용한 소형 도약 로봇 설계 및 제작
Miniature Jumping Robot Using SMA Coil Actuators and Composite Materials 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.8 no.2, 2013년, pp.136 - 142  

정순필 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering) ,  고제성 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering) ,  정광필 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering) ,  조규진 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In nature, many small insects are using jumping as a survival strategy. Among them, fleas jump in a unique method. They use an elastomer, 'Resilin', an extensor muscle and a trigger muscle. By contracting the extensor muscle, the elastic energy, that makes a flea to jump, is stored in the resilin. A...

주제어

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

문제 정의

  • . 본 논문에서는 벼룩 모사 캐터펄트 메커니즘을 이용한 재도약이 가능한 초소형 로봇 메커니즘을 제작하고 도약 성능을 평가하여 초소형 도약 로봇으로 적용 가능성을 확인해 보고자 한다. 벼룩은 1 밀리미터이하의 크기로 150mm 가량 도약을 하는 능력을 가지고 있고 이는 도약 다리의 토크 역전 현상에 의해 동작할 수 있다[5].
  • 본 논문에서는 벼룩의 독특한 캐터펄트 메커니즘을 이용한 초소형 로봇 메커니즘을 제작하였다. 이 메커니즘은 형상기억합금 코일 스프링에 탄성에너지를 저장하며 토크 역전현상을 이용하여 빠르게 에너지를 풀어 줌으로서 도약하는 캐터펄트 메커니즘이다.
  • 이러한 한계를 극복하는 방법 중의 하나로, 소형 생체는 에너지를 모았다가 한번에 분출할 수 있는 도약방식을 사용한다. 생물뿐만 아니라 소형 이동 로봇에서도 크기에 따른 같은 한계가 존재하고 이를 도약 메커니즘으로 극복해 보고자 한다.

가설 설정

  • 실험에 사용한 형상기억합금 스프링의 구체적인 사항들은 Table 1에 정리하였다. 인장실험에서 이 스프링은 (2.4V, 0.8A)에서 가장 좋은 성능을 보이며, 변형길이와 힘이 선형적인 관계를 보이므로, 100N/m의 강성을 가지는 일반적인 스프링으로 가정할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
캐터펄트 메커니즘이란 무엇인가? 소형 도약 로봇은 대부분 스프링을 이용하여 탄성에너지를 저장했다가 스프링을 한번에 풀 수 있는 메커니즘을 이용하여 도약 메커니즘을 개발한다. 캐터펄트 (Catapult) 메커니즘은 탄성 에너지를 한번에 풀어 운동에너지로 순식간에 바꾸는 메커니즘을 지칭한다. 다양한 캐터펄트 메커니즘이 존재하는데 그 중 소형 도약 로봇에 가장 많이 사용 되는 메커니즘이 Escapement Cam 메커니즘이다.
크기가 작은 생물이 이동 속도의 한계를 극복하기 위한 방법은 무엇이 있는가 크기가 작은 생물은 다리 길이 또한 작아 이동 속도에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하는 방법 중의 하나로, 소형 생체는 에너지를 모았다가 한번에 분출할 수 있는 도약방식을 사용한다. 생물뿐만 아니라 소형 이동 로봇에서도 크기에 따른 같은 한계가 존재하고 이를 도약 메커니즘으로 극복해 보고자 한다.
벼룩의 다리는 무엇으로 구성되어 있는가? 1과 같다. 벼룩의 다리는 다리를 이루는 외골격[흉부(Thorax), 밑마디(Coxa), 넓적다리(Femur)]과 탄성체인 레실린, 신근(Extensor muscle), 굴근 (Flexor muscle), 방아쇠 근육(Trigger muscle)으로 이루어져 있다. 이들을 이용해 벼룩은 자신의 신장보다 150배 높은 도약을 할 수 있다.
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참고문헌 (5)

  1. M. Kovac, M. Fuchs, A. Guignard, J.-C. Zufferey, and D. Floreano, "A miniature 7g jumping robot," in Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2008, pp. 373-378. 

  2. U. Scarfogliero, C. Stefanini, and P. Dario, "The use of compliant joints and elastic energy storage in bioinspired legged robots," Mechanism and Machine Theory, vol. 44, no. 3, pp. 580-590, 2009. 

  3. B. G. A. Lambrecht, A. D. Horchler, and R. D. Quinn, "A small, insect-inspired robot that runs and jumps," in Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005, pp. 1240-1245. 

  4. J. -S. Koh, S. -P. Jung, M. -K. Noh, S. -W. Kim and K. -J. Cho, "Flea Inspired Catapult Mechanism with Active Energy Storage and Release for Small Scale Jumping Robot," in Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2013. 

  5. M. -K. Noh, S. -W. Kim, S. -M. An, J. -S. Koh and K.-J. Cho, "Flea-Inspired Catapult Mechanism for Miniature Jumping Robots", Robotics, IEEE Transactions on (TRO), vol. 28, no. 5, p1007-1018, Oct. 2012. 

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