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[국내논문] 기계식 중력보상 기반의 가정용 5자유도 로봇 팔
5 DOF Home Robot Arm based on Counterbalance Mechanism 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.15 no.1, 2020년, pp.48 - 54  

박희창 (Mechanical Engineering, Korea University) ,  안국현 (Mechanical Engineering, Korea University) ,  민재경 (Mechanical Engineering, Korea University) ,  송재복 (Mechanical Engineering, Korea University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Home robot arms require a payload of 2 kg to perform various household tasks; at the same time, they should be operated by low-capacity motors and low-cost speed reducers to ensure reasonable product cost. Furthermore, as robot arms on mobile platforms are battery-driven, their energy efficiency sho...

주제어

#Counterbalance Mechanism   #Counterbalance Robot Arm   #Manipulator Design   #Home Service Robot  

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

문제 정의

  • 또한 15 N·m의 보상을 위해 약 168,000원의 제작 비용이 필요하다. 본 연구에서는 가정에서 사용할 경량형 로봇 팔에 적합하도록 와이어 기반의 경량화된 저가형 중력보상 장치를 개발하였다. 개발된 중력보상 장치는 [Fig.
  • 본 연구에서는 가정용 로봇 팔에 적합한 기계식 중력보상 장치를 제안하였으며, 이를 기반으로 5자유도 중력보상 로봇 팔을 개발하였다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 중력보상 장치의 성능을 검증하였으며, 중력보상 로봇의 에너지 효율을 측정하였다.

가설 설정

  • 이러한 기계식 중력보상 장치를 사용하여 관절 부하의 대부분을 차지하는 중력토크를 상쇄시킬 수 있다면 고사양 감속기를 사용하지 않고 저용량의 모터로도 로봇의 구동이 가능하다. 가정용 로봇 팔의 경우 가감속이 크지 않고, 원심력 및 코리올리 효과에 의한 영향이 나타날 정도로 관절이 빠르게 움직이지 않으므로 중력보상에 의한 효과는 극대화될 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 스프링-와이어를 이용한 중력보상 장치의 단점은 무엇인가? 이러한 중력보상 장치의 활용도를 높이기 위해 중력보상을 적용할 수 있는 관절의 종류를 확장하기 위한 연구[3,4], 중력 보상의 효과를 다자유도 관절에 적용한 로봇 팔에 대한 연구[5] 가 진행되었다. 기존의 스프링-와이어를 이용한 중력보상 장치는 스프링의 원활한 구동을 위해 LM가이드 등의 정밀 부품을 필요로 하고, 기구가 복잡하여 제작 비용이 높았다[4]. 또한 여러 개의 스프링을 병렬로 사용하여 링크의 부피가 커지고 무게가 증가하는 단점이 있었다[5].
중력보상 장치란 무엇인가? 이를 위한 한 가지 방법은 기계식 중력보상 장치(counterbalance mechanism, CBM)를 사용하여 고사양 감속기 없이도 현실적으로 사용 가능한 로봇 팔을 구성하는 것이다. 중력보상 장치는 로봇 팔의 자중에 의한 중력토크를 상쇄하여 구동에 필요한 토크를 절감시키는 장치로서, 일반적으로 스프링의 복원력을 이용하여 보상토크를 생성하는 구조로 구성되어 있다. 이러한 기계식 중력보상 장치를 사용하여 관절 부하의 대부분을 차지하는 중력토크를 상쇄시킬 수 있다면 고사양 감속기를 사용하지 않고 저용량의 모터로도 로봇의 구동이 가능하다.
저사양의 감속기를 사용하기 위한 방법은 무엇인가? 이를 위한 한 가지 방법은 기계식 중력보상 장치(counterbalance mechanism, CBM)를 사용하여 고사양 감속기 없이도 현실적으로 사용 가능한 로봇 팔을 구성하는 것이다. 중력보상 장치는 로봇 팔의 자중에 의한 중력토크를 상쇄하여 구동에 필요한 토크를 절감시키는 장치로서, 일반적으로 스프링의 복원력을 이용하여 보상토크를 생성하는 구조로 구성되어 있다.
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참고문헌 (10)

  1. H. Qian, X. Wu, and Y. Xu, "The state of the Art in Service Robotic System Design," Household Service Robotics, 1st ed. Academic Press, ch. 2, sec. 1, pp. 19-34, 2014. 

  2. S. -J. Lee and S. Jung, "Novel Design and Control of a Home Service Robot for Korean Floor-Living Life Style: KOBOKER," 2011 8th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI), Incheon, South Korea, pp. 863-867, 2011. 

  3. T. Nakayama, Y. Araki, and H. Fujimoto, "A new gravity compensation mechanism for lower limb rehabilitation," 2009 International Conference on Mechatronics and Automation, Changchun, China, pp. 943-948, 2009. 

  4. C. Cho W. Lee, and S. Kang, "Static balancing of manipulator with hemispherical workspace," 2010 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, Montreal, ON, Canada, pp. 1269-1274, 2010. 

  5. H.-S. Kim and J.-B. Song, "Multi-DOF Counterbalance Mechanism for a Service Robot Arm," IEEE/ASME Transaction on Mechatronics., vol. 19, No. 6, pp. 1756-1763, Dec., 2014. 

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  6. H.-S. Kim, J.-K. Min, and J.-B. Song, "Multiple Degree of Freedom Counterbalance Robot Arm Based on Slider-Crank Mechanism and Bevel Gear Units," IEEE Transactions on Robotics, vol. 32, no. 1, pp. 230-235, Feb., 2016. 

    상세보기 crossref

  7. B.-Y. Moon, "Development of counterbalance mechanism and robot manipulator applicable to complex joints," M.S. thesis, Dept. Mechatronics, Korea Univ., Seoul, Korea, 2018. 

  8. Y. Eum, H. Song, Y. Kim, I. Min, D. You, and J. Han, "A Study on the Appearance Design and Behavior of a Humanoid Robot to Receive Donations Effectively," Journal of Korea Robotics Society, vol. 14, no. 3, pp. 163-169, Sept., 2019. 

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  9. Y.-H. Yang, S.-H. Lee, C.-S. Lee, "Designing an Efficient Reward Function for Robot Reinforcement Learning of The Water Bottle Flipping Task," Journal of Korea Robotics Society, vol. 14, no. 2, pp. 81-86, Jun., 2019. 

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  10. D. Paulius and Y. Sun, "A Survey of Knowledge Representation in Service Robot," Robotics and Autonomous System, vol. 118, pp. 13-30, Aug., 2019. 

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