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2 자유도 병렬 메니퓰레이터의 동적 모델링
Dynamic Modeling of 2 DOF Parallel Manipulator 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.10, 2014년, pp.897 - 904  

이종규 (경북대학교 기계연구소) ,  이상룡 (경북대학교 기계공학부) ,  이춘영 (경북대학교 기계공학부) ,  양승한 (경북대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, two-DOF parallel manipulator has the sliders which execute a linear reciprocating motion depending on parallel guides and the end-effector which can be adjusted arbitrarily. To investigate the dynamic characteristics of the manipulator, the dynamic performance index is used. The index...

주제어

#병렬 메니퓰레이터   #자코비안 행렬   #관성 행렬   #라그 랑주 방정식  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 말단장치를 임의로 조정할 수 있는 2-자유도 병렬 메니퓰레이터의 동특성을 조사하기 위해 기구학 해석에서 유도한 자코비안과 라그랑주 방식을 적용한 동적 모델에서 구한 동적 성능지수를 구하였다. 메니퓰레이터의 동적 성능지수를 근거로 한 동특성으로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 이 작업에 이용되는 메니퓰레이터의 기구학적 모형8-10은 두 개의 슬라이더가 각각의 평행안내판을 따라 움직이는 구조로써 두 링크의 끝에 말단장치를 부착한다. 이 모형의 기구학적 해석으로부터 성능지수 및 작업공간을 조사하였고, 뉴톤-오일러 방식 또는 라그랑지 방식으로부터 유도한 동역학 방정식을 이용하여 구동기의 힘이나 평형추의 질량 최적화, 동적 절삭력 등을 평가하였다.
  • 본 연구에서 제안한 2-자유도 병렬 메니퓰레이터는 임의로 조정할 수 있는 말단장치를 부착하므로 작업공간이 제한된 특수한 용접작업 또는 도장작업등에 이용할 수 있다. 이러한 메니퓰레이터의 동적 모델을 라그랑주 방식으로 유도한 후, 그 모델의 동적 성능지수를 이용하여 메니퓰레이터의 동특성을 조사하고자 한다.

이론/모형

  • 병렬 메니퓰레이터의 동적 성능지수는 자코비안 행렬 J 및 관성 행렬 M 의 행렬식의 비로 제안한 Yoshikawa16의 식을 이용하였다.
  • 병렬 메니퓰레이터의 동특성 검토를 위한 컴퓨터 시뮬레이션은 라그랑주 방식으로 유도된 비선형 운동방정식을 이용하였으며 사용된 상수들은 슬라이더 A의 질량 및 링크1의 길이를 기준으로 상대적인 값으로 나타냈다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
메니퓰레이터의 한계점? 병렬 메니퓰레이터와 관련한 연구는 Stewart1가헬리콥터 조종사의 안전한 훈련을 위하여 6-자유도 시뮬레이터를 설계한 이후부터 현재까지 기구학적 해석, 동역학적 해석 및 제어와 관련된 분야에서 꾸준히 진행되고 있다. 이러한 메니퓰레이터는 링크의 간섭으로 인하여 유용한 작업공간이 작고, 설계에 어려움이 있고, 정기구학 해를 구하기가 쉽지 않다.
2-자유도 병렬 메니퓰레이터의 장점은? 2-자유도 병렬 메니퓰레이터는 구조가 간단하고 정기구학 해를 구하기가 어렵지 않으므로 높은 정확도 및 정밀도를 가지면서 고속작업에 응용할 수 있다. 공작기계와 같은 특정 기계에서 병렬 메니퓰레이터가 직각좌표 메니퓰레이터보다 강성과정밀도가 떨어질 수 있지만,2 슬라이더에 연결된링크의 개수 증가 및 형상변경으로 병렬 메니퓰레이터의 강성 증가 및 정밀도 향상이 가능하며,3 본 연구에서 제안한 병렬 메니퓰레이터와 같이 제한된 공간에서의 작업이나 링크의 회전운동으로 인한 작업 등에서 직각좌표 메니퓰레이터보다 병렬메니퓰레이터가 요구될 수 있다.
생산품 집기 및 놓기 작업에 이용되는 메니퓰레이터의 기구학적 모형의 특징은 무엇인가? 생산품 집기 및 놓기 작업은 제약산업, 전자산업,식품산업 및 소비재 산업 등의 작업장에서 적용된다. 이 작업에 이용되는 메니퓰레이터의 기구학적모형4-7은 능동 및 수동 링크가 평행사변형 구조로써 두 링크의 끝에 말단장치를 부착한다. 이 모형의 기구학적 해석으로부터 작업공간해석, 강성해석, 특이점해석 및 기구학적 최적설계 등의 연구를 수행하였으나 동역학 해석과 관련된 연구를 진행하고 있지 않다.
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참고문헌 (16)

  1. Stewart, D., "A Platform with Six Degrees of Freedom," Proc. Inst. Mech. Eng., Vol. 180, pp. 371-386, 1965. 

    상세보기 crossref

  2. Lee, M. K., Kim, T. S., and Lee, W. C., "Study on Parallel-Typed Robot and Machining Tool," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 18, No. 7, pp. 9-18, 2001. 

  3. Liu, X. J., Tang, X., and Wang, J., "A Novel 2-DOF Parallel Mechanism Based Design of a New 5-Axis Hybrid Machine Tool," Proc. of ICRA, pp. 3990-3995, 2003. 

  4. Huang, T., Li, Z., Li, M., Chetwynd, D. G., and Gosselin, C. M., "Conceptual Design and Dimensional Synthesis of a Novel 2-DOF Translational Parallel Robot for Pick-and-Place Operations," Journal of Mechanical Design, Vol. 126, No. 3, pp. 449-455, 2004. 

    상세보기 crossref

  5. Pierrot, F., Baradat, C., Nabat, V., Company, O., Krut, S., and Gouttefarde, M., "Above 40g Acceleration for Pick-and-Place with a New 2-DOF PKM," Proc. of ICRA, pp. 1794-1800, 2009. 

  6. Peng, B., Li, Z., Zeng, L., and Sun, Y., "A Novel High Speed 2-DOF Translational Parallel Robot for Pick-and-Place Operations," International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering, pp. 522-525, 2010. 

  7. Li, Z., Lou, Y., Li, Z., Yang, G., and Gao, J., "T2: A Novel Two Degree-of-Freedom Translational Parallel Robot for Pick-and-Place Operation," Proc. of 8th IEEE ICCA, pp. 725-730, 2010. 

  8. Liu, X. J., Wang, Q. M., and Wang, J., "Kinematics, Dynamics and Dimensional Synthesis of a Novel 2-DOF Translational Manipulator," JIRS, Vol. 41, No. 4, pp. 205-224, 2004. 

  9. Wu, J., Wang, J., Li, T., and Wang, L., "Dynamic analysis of the 2-DOF Planar Parallel Manipulator of a Heavy Duty Hybrid Machine Tool," Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 34, No. 3-4, pp. 413-420, 2007. 

    상세보기 crossref

  10. Peng, B., Zeng, L., and Sun, Y., "A Novel High Rigid 2-DOF Parallel Translating Robot," Proc. of 2nd ICICTA, pp. 375-379, 2009. 

  11. Yang, Y. and Yang, Y., "Optimal Design of a 2-DOF Planar Parallel Manipulator," International Conference on MACE, pp. 2259-2264, 2010. 

  12. Shen, H., Xue, C., Ding, L., Deng, J., Liu, S., et al., "Kinematics for a 2-DOF Parallel Manipulator," IEEE International Conference on CAIDCD, Vol. 2, pp. 1351-1356, 2010. 

  13. Gao, Z., Su, R., Wang, H., and Xiao, J., "Kinematic Analysis on a Take-and-Place Parallel Mechanism," International Conference on MACE, pp. 3461-3464, 2010. 

  14. Lee, J. G., Yang, S. H., Lee, S. R., and Lee, C. Y., "Study of Local Performance Index of 2-DOF Parallel Manipulator," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 37, No. 1, pp. 89-95, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  15. Atia, K. R. and Cartmell, M. P., "A General Dynamic Model for a Large-scale 2-DOF Planar Parallel Manipulator," Robotica, Vol. 17, No. 6, pp. 675-683, 1999. 

    상세보기 crossref

  16. Yoshikawa, T., "Dynamic Manipulability of Robot Manipulators," Proc. of IEEE ICRA, Vol. 2, pp. 1033-1038, 1985. 

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