[논문]4축 이적재 로봇의 주요 부품 선정을 위한 동적 해석

박일환; 전용재; 고아라; 설상석; 홍대선

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.12.062

4축 이적재 로봇의 주요 부품 선정을 위한 동적 해석
Dynamic Analysis to Select Main Parts of Four-Axis Palletizing Robots 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.12, 2020년, pp.62 - 69

박일환 (창원대학교 기계공학부) , 전용재 (창원대학교 기계공학부) , 고아라 (창원대학교 기계공학부) , 설상석 (창원대학교 기계공학부) , 홍대선 (창원대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The demand for industrial robots is proliferating with production automation. Industrial robots are used in various fields, such as logistics, welding, and assembly. Generally, six degrees of freedom are required to move freely in space. However, the palletizing robot used for material management and logistics systems typically has four degrees of freedom. In designing such robots, their main parts, such as motors and reducers, need to be adequately selected while satisfying payload requirements and speed. Hence, this study proposes a practical method for selecting the major parts based on dynamic analysis using ADAMS. First, the acceleration torques for the robot motion were found from the analysis, and then the friction torques were evaluated. This study introduces a constant-speed torque constant instead of friction coefficient. The RMS torque and maximum power of each motor were found considering the above torques. After that, this study recommends the major specifications of all motors and reducers. The proposed method was applied to a palletizing robot to verify the suitability of the pre-selected main parts. The verification result shows that the proposed method can be successfully applied to the early design stage of industrial robots.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그. 리고 이 주요 부품들이 해석을 통해 구한 선정 조건을 만족하지 못하는 경우 이에 대한 대응 방법을 논의하였다 . 이러한 시뮬레이션 결과로부터 제안한 본 방법이 이 적재 로봇의 초기 설계단계에서 모터와 감속기의 선정 시에 성공적으로 적용될 수 있음을 보인다.
. 마지막으로 제안한 본 방법의 유용성을 검증하기 위하여 실제 이적재 로봇의 모터 및 감속기 선정에 이를 적용하고, 그 결과에 의해 가 선정된 서보모터와 감속기의 규격을 만족하지 못하는 경우에 대응하는 방법에 대하여 논한다.
본 연구에서는 다 물체 동역학 해석 소프트웨어인 아담스를 이용하여 이 적재 로봇의 동적 해석을 시뮬레이션 한다. .
본 연구에서는 아담스를 이용한 동적해석을 통해 이적재 로봇의 모터 및 감속기 선정을 위한 실제적인 방법을 제안하였다. 먼저, 이적재 로봇의 가속 토크와 중력토크를 구하고, 다음으로 마찰 영향을 반영하기 위해 마찰계수 대신 등속 토크 상수 도입하여 마찰토크를 구하였다.
본 연구에서는 이 적재 로봇의 모터 및 감속기선정을 위한 실제적인 방법을 제안하고자 한다. 이러한 목적을 위하여 먼저 ADAMS 의 동적 해석 시뮬레이션을 통해 가속 토크 및 중력토크를 구한다 .

가설 설정

조건 1: 모터의 최대토크 _max는 동적 해석을 통해 계산된 기동 토크 _보다 커야 한다. 즉.
조건 2 :모터의 정격 토크 _{}는 동적 해석을 통해 계산된 RMS 토크_보다 커야 한다. 즉.
조건 3 : 모터의 정격출력 는 동적 해석을 통해 계산된 최대출력 의 배 사이에 있 0.5~1 어야 한다. 즉.
조건 5 : 감속기 정격 토크  은 아래의 식을 만족하여야 한다.

제안 방법

. 그러나 실제로 로봇의 설계 초기 단계에서는 이 값을 정하는 것이 어려운 경우가 많으므로 본 연구에서는 마찰 토크 대신 등속 토크 개념을 도입하고 이를 다음 식과 같이 정한다.
이러한 목적을 위하여 먼저 ADAMS 의 동적 해석 시뮬레이션을 통해 가속 토크 및 중력토크를 구한다 . 그리고 각 축에 작용하는 마찰의 영향을 반영하기 위해 마찰계수 대신 등속토크상수 (Constant-speed torque constant) 를 사용하여 마찰 토크를 계산한다. .
. 동적 해석을 위해 실제 로봇 크기의 3D 모델을 형상 정보와 재질 정보를 입력하고 각 모델에 운동 조건을 설정한다. .
방법을 제안하였다. 먼저, 이적재 로봇의 가속 토크와 중력토크를 구하고, 다음으로 마찰 영향을 반영하기 위해 마찰계수 대신 등속 토크 상수 도입하여 마찰토크를 구하였다. 이 토크들로 모터에 걸리는 최대토크와 RMS 토크를 구하였고 , 이를 이용하여 모터와 감속기의 규격을 결정하였다.
본 연구에서는 1, 4 축의 경우 Z 축 중심으로 수평 회전하고 중력의 영향이 없으므로 50% 듀티 사이클로 해석하고 , 2, 3 축의 경우 Y 축 중심으로 회전하므로 중력을 고려하여 100% 듀티사이클로 해석한다. .
동적해석 결과를 보인다. 여기서 가선정된 서보모터의 규격이 조건 1~3을 모두 만족하는지를 분석한다 . 분석 결과 모터 출력이 조건 3 을 만족하지 못함을 알 수 있다.
먼저, 이적재 로봇의 가속 토크와 중력토크를 구하고, 다음으로 마찰 영향을 반영하기 위해 마찰계수 대신 등속 토크 상수 도입하여 마찰토크를 구하였다. 이 토크들로 모터에 걸리는 최대토크와 RMS 토크를 구하였고 , 이를 이용하여 모터와 감속기의 규격을 결정하였다.
한다. 이러한 목적을 위하여 먼저 ADAMS 의 동적 해석 시뮬레이션을 통해 가속 토크 및 중력토크를 구한다 . 그리고 각 축에 작용하는 마찰의 영향을 반영하기 위해 마찰계수 대신 등속토크상수 (Constant-speed torque constant) 를 사용하여 마찰 토크를 계산한다.
이상과 같이 동적 해석 결과로 구한 최대토크와 RMS 토크 결과를 이용하여 실제이 적재재 로봇의 초기설계 시 가선정된 서보모터와 감속기 선정이 적절한가를 평가한다.

대상 데이터

본 연구에서의 이 적재 로봇은 전체 중량이 186kg 이다 . 그리고 Table 1 에서는 각 축 최대 회전 속도 _max감속비 _감속비가 반영된 최대각속도 _max를 보여준다.
동작하기 위해서는 개의 자유도를 가져야 하지만 산업용 로봇은 그 적용 분야에 따라 필수적인 자 유도로만 구성될 수 있다[2] . 본 연구의 대상인 축 4 이 적재 로봇은 산업용 로봇으로 물류 자동화 분야에서 중요하게 적용되고 있으며[3-4] , 픽 앤 플레이 스(Pick and Place)의 동작을 구현한다. 픽 앤 플레.

데이터처리

제안한 방법의 유용성 검증을 위해 실제 이 적재 로봇을 대상으로 동적 해석을 수행하였고 , 여기서 얻은 해석 결과를 초기 로봇 설계 시에 가 선정된 모터 및 감속기들의 규격과 비교 분석하였다 그. 리고 이 주요 부품들이 해석을 통해 구한 선정 조건을 만족하지 못하는 경우 이에 대한 대응 방법을 논의하였다 .

이론/모형

아담스를 이용한 연구로는 다관절 용접 로봇의 기구적 해석과^[10], Delta 고속 병렬로봇의 간략화된 동역 학식의 비교를 위해 사용하였다^[11]. 그리고 이 적재 로봇에 대한 동역학 해석은 Xiaogang 등 ^[5]과 RUI 등 ^[12]이 수행하였으며 각 축에 대한 구동 토크를 해석하였다.
동역학 해석 소프트웨어 중 아담스는 기하학적 모델을 통해 요소 간의 동작이 제한하고 기계적인 시스템의 운동 방정식을 자동으로 정하여 빠르게 해석한다^[9]. 아담스를 이용한 연구로는 다관절 용접 로봇의 기구적 해석과^[10], Delta 고속 병렬로봇의 간략화된 동역 학식의 비교를 위해 사용하였다^[11] . 그리고 이 적재 로봇에 대한 동역학 해석은 Xiaogang 등 ^[5]과 RUI 등 ^[12]이 수행하였으며 각 축에 대한 구동 토크를 해석하였다.

성능/효과

여기서 가선정된 서보모터의 규격이 조건 1~3을 모두 만족하는지를 분석한다 . 분석 결과 모터 출력이 조건 3 을 만족하지 못함을 알 수 있다. 예로 모터의 정격출력은 1.

후속연구

리고 이 주요 부품들이 해석을 통해 구한 선정 조건을 만족하지 못하는 경우 이에 대한 대응 방법을 논의하였다 . 이러한 시뮬레이션 결과로부터 제안한 본 방법이 이 적재 로봇의 초기 설계단계에서 모터와 감속기의 선정 시에 성공적으로 적용될 수 있음을 보인다.

참고문헌 (12)

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상세보기
Rena, Xiaogang, Ru Yu, and Cheng Guo., "Dynamic Simulation Analysis of Palletizing Manipulator Based on ADAMS," International Core Journal of Engineering, Vol. 4, No. 5, pp. 142-145, 2018.
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Kim, H. S., "Dynamics Modeling and control of a Delta High-speed Parallel Robot," Journal of the Korea Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 13, pp. 90-97, 2014.

원문보기 상세보기
Zhiyuan, R. U. I., Baocheng, Z. H. O. U., & Jun, L. I. U., "Dynamic simulation of palletizing robots based on ADAMS," The 2nd International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, Vol. 24, pp. 1446-1449, 2012.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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