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문제 정의
- 그러나 도관 내부의 줄 꼬임에 대한 진동의 영향과 관련된 연구는 진행된 바가 아직까지 없었다. 따라서 우리는 곡선 도관 내에서 줄 꼬임에 대한 거동을 조사하고 모델링하려는 주제에 대한 이전 연구와는 달리 진동을 통해 마찰로 인한 부정적인 영향을 완화하고자 한다.
- 본 논문에서는 도관과 꼬인 줄 사이의 마찰을 줄이기 위해 진동을 사용하는 것에 대한 가능성을 조사를 했다. 우리는 두 가지 편향 각(90° 및 180°)에 대해 진동이 있거나 없는 TSA의 거동을 실험적으로 비교했다.
- 특히 높은 편향 각(90° 와 180°)에서 부정적 영향이 악화 되었으므로, 본 연구에서, 우리는 90° 와 180° 의 두 가지 고정 값을 선택하여 실험을 진행하고자 한다.
- 따라서, 본 연구에서는 진동을 통해서 꼬인 줄과 도관 사이의 마찰로 인한 부정적 영향을 완화하는데 목적을 두었다. 다음 절에서는 이 연구에서 사용된 실험 장치 및 절차에 대해 설명한다.
- 본 실험은 진동이 편향된 TSA의 입출력 위치 특성에 미치는 영향을 검증하기 위한 것이다. 이를 위해 줄이 꼬일 때와 풀릴 때 모두 진동이 켜져 있는 동안 TSA의 입력(모터 각도) 및 출력(줄의 수축)위치를 측정했다.
- 따라서 본 실험에서는 180°로 편향된 도관을 [Fig. 8]과 같이 4개의 지점을 나누어 각 지점에 진동 모듈을 설치하였을 때 줄 꼬임 구동기의 응답특성을 확인하고자 한다.
- 다음으로는 진동 모듈의 위치에 따른 응답 특성을 조사하기 위한 실험을 진행하였다. 이전에 진행된 실험의 경우, 편향된 도관에서 줄이 완전히 꼬였을 때 도관과의 마찰로 인해 꼬임의 전파가 끊기는 지점, 즉 도관과 꼬인 줄 사이의 마찰이 가장 클 것으로 예상되는 위치에 진동 모듈을 설치하였다.
- 본 논문은 진동이 상당한 굴곡 각 에서 도관 내부의 줄 꼬임 거동에 미치는 영향에 대한 실험적 연구 결과를 제공한다. 도관의 굴곡된 영역에 대한 공진 주파수에서의 진동의 적용은 pull-back과 hysteresis의 상당한 감소를 보였다.
가설 설정
- 우리는 길이 L의 도관이 일정한 곡률 반경 R을 갖는 경로를 따라 각도 β에 의해 편향된다고 가정한다.
- 본 절에서는 TSA의 일반적인 수학적 모델에 대해 설명한다. 이 수학적 모델은 케이블의 극소 부분이 균일하게 꼬여 나선형 구조를 형성한다고 가정하여 파생된다[12-14]. 꼬인 줄의 단면을 도식적으로 표현한 것이 [Fig.
- ‧ Hysteresis: 다른 모든 동력 전달 메커니즘의 공학적 한계와 마찬가지로 줄 꼬임 거동은 100%의 효율을 낼 수 없기에 일정량의 hysteresis가 발생한다. 스트레이트한 줄 꼬임의 경우, 비교적 작은 hysteresis가 발생하지만 도관의 곡률이 커질수록 그 양은 증가하게 되며, 마찰로 인해 모터가 방향을 전환하는 영역에서 ‘dead zone’이 나타난다.
- ‧ Limit cycle 3-4-2: 첫 번째 사이클 후에 꼬인 줄의 거동은 안정된 limit cycle로 수렴하게 된다. 또한 점 3과 4사이에서 pull-back이 발생하며, 이는 모터가 줄을 회전함에도 불구하고, 부하 측에서 원치 않은 반동 동작을 의미한다.
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