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[국내논문] 불가사리 채집용 4절 링크 매니퓰레이터의 최적 설계
Optimal Design of a Four-bar Linkage Manipulator for Starfish-Capture Robot Platform 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.9, 2013년, pp.961 - 968  

김지훈 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ,  진상록 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ,  김종원 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ,  서태원 (영남대학교 기계공학부) ,  김종원 (서울대학교 기계항공공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose an optimal design for starfish capturing manipulator module with four-bar linkage mechanism. A tool link with compliance is attached on the four-bar linkage, and the tool repeats detaching starfish from the ground and putting it into the storage box. Since the tool is not r...

Keyword

#4절 링크   #최적설계   #수중 플랫폼-매니퓰레이터 시스템   #불가사리 채집   #준정적 해석  

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

문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 4절링크 원리를 이용한 불가사리 채집 기구부 메커니즘을 제안하고 이를 최적화하였다. 4절링크 구조는 단순한 회전운동을 일정한 궤적을 따라 반복하는 왕복운동으로 변환하고, 각 링크의 길이를 변화시켜 궤적의 형상을 다양하게 조절할 수 있기 때문에 불가사리 구제 작업의 반복적인 움직임을 구현하기 적합하다.
  • 본 연구에서는 매니퓰레이터의 성능을 불가사리 채집 효율으로 규정하고, 이를 최대화하고자 하였다. 최적화의 목적 함수, 설계변수, 제한조건 등은 아래와 같다.
  • 본 연구에서는 수중 정지운항 플랫폼에 부착되어 유해생물인 불가사리를 채집하는 기능을 수행하는 4절링크 매니퓰레이터를 제시하였다. 매니퓰레이터의 개념설계를 수행한 후 수중에서 매니퓰레이터의 기구학적/동역학적인 해석을 통하여 매니퓰레이터 끝단의 궤적을 계산하였다.

가설 설정

  • A: Mobile underwater robotic platform. B: Starfish capturing manipulator with four-bar mechanism. C: Starfish storage box
  • a) 로봇에 설치된 카메라를 통해 조종자가 불가사리가 군집하여 있는 장소를 발견 후, 조종하여 불가사리 근처로 이동한다. b) 로봇의 자세제어를 통해, 다량의 불가사리를 채집할 수 있는 적정한 위치와 자세에서 정지운항한다. c), d) 4절링크 구동모터가 작동함에 따라, 4절링크가 불가사리를 보관함쪽으로 이동시키고 저장한다.
  • 본 연구의 시뮬레이션에서는 매니퓰레이터가 부착된 플랫폼이 공간상에 고정되어 있다고 가정하였다. 그러나 실제 상황에서는 4절링크의 운동에 의한 수중항력과 지면과의 접촉 등으로 인해 발생하는 힘과 모멘트가 플랫폼에 전달되고, 이는 수중 운항 플랫폼의 자세제어에 외란으로 작용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
불가사리의 특징은? 불가사리는 남해 해역의 마을어장과 패류어장에 서식하며 양식어종에 피해를 주고 수산자원을 황폐화하는 해적생물이다. 불가사리는 절단된 신체 일부를 다시 자라나게 하는 재생력이 강하며, 마땅한 구제방법과 천적이 없고 번식속도가 빨라 개체 수를 줄이기 쉽지 않고, 다 자란 불가사리한 마리는 1년에 약 10 kg의 어패류를 포식하는 것으로 알려져 어촌에 매년 큰 피해를 주는 골치 거리로 대두되고 있다.
불가사리가 해적생물이라 불리는 이유는? 불가사리는 남해 해역의 마을어장과 패류어장에 서식하며 양식어종에 피해를 주고 수산자원을 황폐화하는 해적생물이다. 불가사리는 절단된 신체 일부를 다시 자라나게 하는 재생력이 강하며, 마땅한 구제방법과 천적이 없고 번식속도가 빨라 개체 수를 줄이기 쉽지 않고, 다 자란 불가사리한 마리는 1년에 약 10 kg의 어패류를 포식하는 것으로 알려져 어촌에 매년 큰 피해를 주는 골치 거리로 대두되고 있다.
불가사리를 채집하는 수중로봇은 어떤 문제를 해결해줄 수 있는가? 불가사리 구제기구 개발을 위한 노력이 없지 않았으나,1-3 실질적인 효과가 적고 어장 생태계를 파괴시키는 등의 문제로 인해 널리 사용되지 못하였다. 현재는 어장에서 걷어올린 그물에 붙어있는 불가사리를 어민들이 일일이 수작업으로 떼어내거나, 관련 지방자치단체의 지원으로 해녀와 스쿠버들이 해저에서 직접 채집하는 방식으로 불가사리를 구제하고 있다.4,5 그러나 이러한 방법들은 구제량에 비해 인적·물적 자원의 소모가 크고, 특히 해저에서 직접 불가사리를 채집하는 경우 장시간의 잠수는 인체에 해가 되는 등 전반적으로 비효율적인 면이 크다.
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참고문헌 (12)

  1. Kim, T., Kim, H., Kim, C., Baek, C., Park, C., and Hwang, G., "Drag type apparatus for capturing starfish," KOR Patent, No. 1003790240000, 2003. 

  2. Kim, T., Kim, H., Kim, C., Baek, C., Park, C., and Hwang, G., "Roller type gear for continuous harvesting of starfish," KOR Patent, No. 1003790270000, 2003. 

  3. Han, J. and Gye, H., "An apparatus and method for capturing starfish in the sea," KOR Patent, No. 1020070111077, 2007. 

  4. Lee, M., "Jeollabuk-do purchases starfish from fishermen," http://www.newsis.com/ar_detail/view.html? cID&ar_idNISX20120826_0011392418(Accessed 31 January 2012) 

  5. Lee, J., "100 Scuba Divers Exterminating Starfish," http://www.ilyoseoul.co.kr/news/articleView.html?idx no69000 (Accessed 31 January 2012) 

  6. Zheng, T., Branson, D. T., Rongjie, K., Cianchetti M., Guglielmino, E., Follador, M., Medrano-Cerda, G. A., Godage, I. S., and Caldwall, D. G., "Dynamic Continuum Arm Model for Use with Underwater Robotic Manipulators Inspired by Octopus Vulgaris," IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 5289-5294, 2012. 

  7. Kim, J., Kim., J., and Choi, D., "Optimization of Hind Foot Trajectory Using Four Bar Linkage for Lizard Inspired Robot," Proc. of KSPE Autumn Conference, pp. 209-210, 2012. 

  8. Kim, H., "Optimal Design of Four-bar Mechanism in Consideration of Tolerances and Clearances," Proc. of KSPE Autumn Conference, Vol. 2, No. 3, pp.70-76, 1985. 

  9. Arnaud, H. and Yannick A., "Walking Trajectory Optimization with Rotation of the Feet for a Planar Bipedal Robot with Four-bar Knees," The ASME 2012 11th Biennial Conference On Engineering Systems Design and Analysis, 2012. 

  10. Nariman-Zadeh, N., Felezi, M., Jamali, A., and Ganji, M., "Pareto Optimal Synthesis of Four-bar Mechanisms for Path Generation," Mechanism and Machine Theory, Vol. 44, No. 1, pp. 180-191, 2009. 

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  11. Khorshidi, M., Soheilypour, M., Peyro, M., Atai, A., and Shariat Panahi, M., "Optimal Design of Four-bar Mechanisms Using a Hybrid Multi-objective GA with Adaptive Local Search," Mechanism and Machine Theory, Vol. 46, No. 10, pp. 1453-1465, 2011. 

    상세보기 crossref

  12. Jin, S., Lee, S., Kim, J., and Seo, T., "Starfish Capture Robotic Platform: Conceptual Design and Analysis," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 29, No. 9, pp. 978- 985, 2012. 

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