$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

3D 모델링을 통한 유리창 청소로봇의 응력해석 및 설계 개선방안 도출
Stress Analysis of a Window Cleaning Robot using 3D Modeling and Improvement Plan 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.2, 2018년, pp.161 - 168  

김균태 (Construction System Research Center, Korea Institute of Civil engineering and building Technology(KICT)) ,  전영훈 (Construction System Research Center, Korea Institute of Civil engineering and building Technology(KICT))

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

최근에 개발되고 있는 가이드레일형 유리창 청소로봇은 현재 첫 번째 시작품이 제작되어 시험 중인 상황으로, 그 크기와 하중이 최적화 되지 못한 상황이다. 본 연구에서는 현재의 유리창 청소로봇을 개선하고 구조적 안전성을 확보하기 위한 정량적인 데이터를 도출하기 위하여 응력해석을 진행하였다. 유리창 청소로봇의 자중, 풍압 등에 의한 응력을 해석한 결과, 자중에 의한 처짐, 풍속에 대한 항력 등에서 개선의 여지가 있음을 발견하였다. 도출된 해석 결과는 유리창 청소로봇의 설계 개선에 직접 적용될 예정이며, 이를 통하여 설계의 완성도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, a prototype of a guide rail type window cleaning robot was developed, and is currently undergoing field testing. The size and the load of the robot have not yet been optimized. In this study, a stress analysis was performed to derive quantitative data to improve the current window cleaning...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 유리창 청소로봇의 프로토타입을 대상으로 유한요소해석 프로그램인 Ansys를 이용하여 유리창 청소로봇에 대한 응력을 해석하였다. 응력해석은 청소로봇의 위치에 따라 대기 상태일 때의 자중에 의한 해석, 청소로봇이 이동할 때의 이송위치에 의한 해석을 진행하였으며, 풍력에 의한 해석, 볼트체결 등 결합 공정방법에 의한 해석, 구조적 안정성 평가 및 확보를 위한 안전계수에 의한 평가를 진행하였다.
  • 본 연구에서는 유리창 청소장치에 발생할 수 있는 응력과 발생 원인에 대해 분석했다. 분석 결과, 실제로 상부 레일 샤프트에 처짐이 발생하고, 결합부위에서 큰 응력이 발생하는 것으로 파악되었다.
  • 본 연구에서는 자중에 의하여 발생하는 응력을 분석하기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 그 결과, Figure 6과 같이 응력이 주로 집중되는 부위는 상부 레일 샤프트와 부품들 간의 체결을 위한 볼트인 것으로 확인되었다.
  • 본 연구에서는 중심부로 갈수록 응력이 커지는 원인을 분석하기 위해 유리창 청소로봇의 이송 위치에 따른 상부 레일 샤프트의 응력과 변형량을 분석하였다. Figure 9는 이송 위치에 따른 상부 레일 샤프트의 응력 분포이다.
  • 본 연구에서는 청소를 위해 유리창 청소로봇이 이송 중일 때에 청소장치의 내부 응력 변화를 확인하기 위하여, 이송 위치에 따른 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과, 장치가 시작 지점, 1/4지점, 1/2지점에 위치할 때 각각 19.
  • 위와 같은 필요성에 따라, 본 연구의 목적은 가이드레일형 유리창 청소로봇(이하 유리창 청소로봇이라 함)의 시뮬레이션을 통해 정량적 데이터를 도출하고, 이를 기반으로 유리창 청소로봇의 설계 개선방안을 도출하는 것으로 설정하였다. 다시 말하면, 3D 모델링 및 동작 시뮬레이션을 통하여 유리창 청소로봇의 하중, 응력분포 등 구조해석을 실시하고, 유리창 청소로봇의 자중, 이송위치, 풍압 등에 의한 응력 해석을 통하여 응력 집중부위를 도출하여, 집중응력 발생원인을 분석하고 대안을 도출하고자 한다.
  • 다시 말하면, 3D 모델링 및 동작 시뮬레이션을 통하여 유리창 청소로봇의 하중, 응력분포 등 구조해석을 실시하고, 유리창 청소로봇의 자중, 이송위치, 풍압 등에 의한 응력 해석을 통하여 응력 집중부위를 도출하여, 집중응력 발생원인을 분석하고 대안을 도출하고자 한다. 이러한 구조해석 결과를 바탕으로 유리창 청소로봇의 설계를 개선함으로써, 설계오류 발생 가능성을 줄이고 설계완성도를 높이고자 한다.

가설 설정

  • 따라서 본 연구에서는 응력집중이 되는 부분의 체결방법을 볼팅에서 용접으로 변경하는 것으로 가정하여, 이송위치 1/2지점에서의 응력분포를 확인했다. 그 결과 Figure 14와 같이 최대 응력이 6.
  • 해석 시간을 단축시키고 해석의 정확성을 높이기 위하여, 와이퍼, 브러쉬, 전자 부품 등 해석에 직접적인 영향이 크지 않은 요소들은 간략화 하였다. 본 해석이 자중에 의한 구조해석임을 고려하여 제외된 부품들의 중량을 고려하여 그에 부합하는 하중조건을 부여했으며, 전자 부품 등을 포함한 하중을 10kg으로 가정하여 해석을 진행했다. 본 연구에서 설정한 조건은 다음과 같다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유리창 청소로봇은 어떤 구조인가? 유리창 청소로봇은 상부에 위치하고 있는 2개의 레일 샤프트와 하부의 레일에 의해 자중을 지지하는 구조이다. 따라서 Figure 5 (a)와 같이, 2개의 상부레일 끝단에 fixed support 조건을 부여하였다.
유리창 청소로봇은 어떻게 구성되는가? 유리창 청소로봇은 상부 레일 샤프트, 브러쉬롤러, 와이퍼, 컨트롤 박스(본체), 하부 레일 등으로 구성되며, 그 3D 모델은 Figure 4와 같다. 해석 시간을 단축시키고 해석의 정확성을 높이기 위하여, 와이퍼, 브러쉬, 전자 부품 등 해석에 직접적인 영향이 크지 않은 요소들은 간략화 하였다.
개발되고 있는 유리창 청소장치의 예에는 어떤 것들이 있는가? 국내외에서는 유리창 청소방법을 개선하기 위하여 다양한 청소장치가 개발되고 있다. 일본의 니혼비소(Nihon Biso) 사는 Figure 3(a)와 같이, 벽면에 매립되어 있는 레일을 따라서 유리창을 청소하는 장치를 개발하여 상용화하였다. 한양대학교에서는, Figure 3(b)와 같이, 신축 시 커튼월에 매립해 놓은 레일을 따라 이동하면서 유리창을 청소하는 장치를 개발하였다[6]. 그러나 이와 같은 시스템들은 건축물 신축 시에 레일을 미리 매설하여야만 적용할 수 있다는 한계가 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (10)

  1. Kim KT, Jun YH, Shin EY. Feasibility study of the development of guiderail-type window cleaning equipment. Proceeding of Korea institute of building construction; 2016 May 19-21; Jeju, Korea. Seoul(Korea):Korea institute of building construction; 2016 p. 85-6. 

  2. Kim KT, Jun YH, Kim JT, Park KH. Structural analysis of self-weight of cleaning robot for external windows. Proceeding of Korea institute of building construction; 2017 Nov 19-20; Busan, Korea. Seoul(Korea): Korea institute of building construction; 2017 p. 203-4. 

  3. Kim KT, Jun YH. A Problem deriving of the window cleaning work through current status analysis. Proceeding of Architectural institute of Korea; 2016 Oct 4-6; Busan, Korea. Seoul(Korea): Architectural institute of Korea; 2016 p. 1578-9 

  4. Kim KT, Shin EY, Jun YH. Intelligent external window cleaning robot using window protrusion avoiding technology: Korea institute of civil engineering and building technology; 2017 Jun. Report No: 16CTAP-C117255-01. 

  5. Kim KT, Han JG, Kim CH. An Analysis and improvement of exterior wall maintenance works for high-raised building: Korea institute of construction engineering and management. Proceeding of Korea institute of construction engineering and management; 2010 Nov 5-6; Inchun, Korea. Seoul(Korea): Korea institute of construction engineering and management; 2010 p. 359-60 

  6. Building maintenance unit [Internet]. JP, Nihon Bisoh co.; 2017 Dec Available from:https://www.bisoh.co.jp/en/gallery/permanent/27.html 

  7. BMR Research group. Developent of intelligent robotic system for high-rise building maintenance: Hanyang university; 2015 Apr. 1327p. Report No: R&D10-technology innovation-E03 

  8. Newton, I. Newton's Principia mathematica. The mathematical principles of natural philosophy. New York : Daniel Adee; 1687. Book 2. Section 7. Proposition 37; p. 338-43. 

  9. Beer, F and Johnson, R. Mechanics of materials. 2nd rev. ed. McGraw-Hill Higher Education, New York(US); 1992. 740 p. 

  10. Burr, A and Cheatham, J: Mechanical design and analysis, 2nd rev. ed. Prentice-Hall, New Jersey(US); 1995. section 5.2. Strain, Stress and Strength; p. 256-60. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로