[논문]단일 직선 구동형 적응형 그리퍼 설계

김기성; 김한성

doi:10.21289/ksic.2020.23.2.313

단일 직선 구동형 적응형 그리퍼 설계
Design of an Adaptive Gripper with Single Linear Actuator 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.2/1, 2020년, pp.313 - 321

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, two types of linear actuation methods for the previously proposed adaptive gripper are presented, which includes actual parallelogram inside a five-bar mechanism and has the advantages of smaller actuation torque and larger stroke over the commercial adaptive gripper by RobotiQ. The forward/inverse kinematics and statics analyses for two types of linear actuations are derived. From the inverse kinematics and statics analyses, linear actuation type I is selected and the gripper prototype is designed.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Adaptive gripper mechanism for the gripper type
그림 Fig. 2 Vector-loop diagram for the gripper type
그림 Fig. 3 FBD of the two-type grippers
그림 Fig. 4 Thrust force with respect to stroke for type I/II
표 Table 1. Kinematic parameters of type I (θ₁, δ, β [deg] and others are in [mm])
표 Table 2. Kinematic parameters of type II (θ₁, δ, β [deg] and others are in [mm])
그림 Fig. 5 Motor torque with respect to stroke for type I/II
그림 Fig. 6 3D modeling of the adaptive gripper with actuation type I

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 Fig. 1과 같이 5절 기구 안쪽에 실제 평행사변형 기구를 장착한 적응형 그리퍼에 대한 설계결과^[14] 를 기반으로 양쪽 그리퍼 메커니즘을 1개의 직선 구동기로 구동할 수 있는 구동부 메커니즘의 해석방법 및 설계결과를 제시하고자 한다. 2개의 회전 구동기로 각각 좌우 그리퍼 메커니즘을 구동하는 방법^[14] 에 비하여 1개의 직선 구동기로 양쪽의 그리퍼 메커니즘을 구동하면 부품 비용 감소, 제어의 단순성, 파지 시 중심 정밀도 향상 등의 장점이 있다.
본 논문에서는 단일 직선 구동형 적응형 그리퍼의 구동부 메커니즘, 해석방법 및 설계결과를 제시한다. 평행그립과 파워그립의 경우에 대한 정기구학, 역기구학 및 속도해석, 정역학을 유도하였다.
여기서 5절기구는 기존 연구에서 제안한 적응형 그리퍼 메커니즘^[14] 을 사용하였고 기존 연구의 그리퍼는 A점에 회전 구동기 2개를 양쪽에 장착하였다. 본 연구에서는 1개의 직선 구동기를 이용하여 좌우 양쪽의 기구를 동시에 구동하는 메커니즘을 제안한다. 유형 I 은 Fig.
따라서 제안하는 그리퍼는 질량이 큰물체를 파지하기에 적합한 메커니즘임을 알 수 있다. 설계된 치수설계를 기반으로 시작품의 설계를 완료하였고 시작품 제작, 메커니즘의 작동성, 중심 정밀도, 지능제어기 개발을 수행하고자 한다.

제안 방법

그리퍼 구동부 유형 I과 유형 II에 대하여 스트로크를 만족하는 구동링크의 치수설계를 제시하고 추력   를 비교하여 최대추력 및 추력의 변화가 작은 구동부 유형 I을 선정하였다.
따라서 에 따라 최대추력 및 추력의 변화가 작은 유형 I 메커니즘을 시작품의 구동부 메커니즘으로 선정하였다.
제안하는 그리퍼 메커니즘은 Fig. 1과 같이 5절기구(ODCBA)와 구동부로 구성된다. 여기서 5절기구는 기존 연구에서 제안한 적응형 그리퍼 메커니즘^[14] 을 사용하였고 기존 연구의 그리퍼는 A점에 회전 구동기 2개를 양쪽에 장착하였다.
를 사용하였다. 한쪽 기준 45mm 스트로크(stroke)를 만족할 수 있도록 그리퍼 구동부 링크의 치수를 역기구학을 이용하여 결정하였다.

대상 데이터

유형 I과 유형 II의 기구학적 치수는 각각 Table 1 과 Table 2에 나타내었다. 그리퍼 구동부의 직선 구동기는 삼익THK^[15]사의 전조 볼나사인 MTF0601-3.7 (1mm pitch)로 선정하였다. Fig.

이론/모형

그리퍼 5절 기구의 치수설계는 기존 연구의 그리퍼 최적설계 결과^[14]를 사용하였다. 한쪽 기준 45mm 스트로크(stroke)를 만족할 수 있도록 그리퍼 구동부 링크의 치수를 역기구학을 이용하여 결정하였다.
1과 같이 5절기구(ODCBA)와 구동부로 구성된다. 여기서 5절기구는 기존 연구에서 제안한 적응형 그리퍼 메커니즘^[14] 을 사용하였고 기존 연구의 그리퍼는 A점에 회전 구동기 2개를 양쪽에 장착하였다. 본 연구에서는 1개의 직선 구동기를 이용하여 좌우 양쪽의 기구를 동시에 구동하는 메커니즘을 제안한다.

성능/효과

즉, 같은 모터 토크가 작용하였을 때, x 위치가 증가할수록 파지력이 증가함을알 수 있다. 따라서 제안하는 그리퍼는 질량이 큰물체를 파지하기에 적합한 메커니즘임을 알 수 있다. 설계된 치수설계를 기반으로 시작품의 설계를 완료하였고 시작품 제작, 메커니즘의 작동성, 중심 정밀도, 지능제어기 개발을 수행하고자 한다.

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