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카스틸리아노 정리를 이용한 개선된 메카넘 휠의 롤러 축의 처짐에 대한 연구
A Study on the Deflection of Roller Axis of an Improved Mecanum Wheel Using the Castigliano Theorem 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.19 no.6, 2020년, pp.61 - 66  

황희건 (창원대학교) ,  정원지 (창원대학교) ,  김대영 (창원대학교)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

For simple and repetitive transport tasks in limited spaces such as in factories, it is more efficient to use mobile robots instead of human workers. For this reason, the reliance on mobile robots is increasing due to the increased implementation of smart factories. Currently, the structural design ...

주제어

#메카넘 휠   #카스틸리아노 정리   #처짐   #구조 해석   #가이드 롤러  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 메카넘 휠의 구조에서 가장 취약한 부분인 롤러 축(Roller Axis)의 구조적 개선에 대한 연구를 할 것이다. 기존 구조는 롤러축 양 끝에 베어링이 지지하고 축 가운데에 하중이 부여되어 큰 굽힘 응력과 처짐이 발생하고, 이러한 구조를 개선하기 위하여 축 가운데의 하중을 보상할 수 있는 가이드 롤러를 활용하여 과도한 처짐과 굽힘 하중의 영향을 줄일 수 있는 메카넘 휠의 개선된 구조를 구축하고 이를 카스틸리아노 정리과 유한요소해석을 통해 검증할 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
메카넘 휠의 구성은? 1과 같다. 메카넘 휠은 모터의 구동 토크가 전달되는 림 휠(Rim wheel)과 가장자리에 림 휠 축과 특정 각도 Θ를 이루면서 림 휠에 부착되는 롤러(Roller)들로 구성되며, 이러한 구조를 가진 메카넘 휠이 이동로봇에 4개 이상 부착되어 독립적으로 움직인다. 각각의 바퀴에서 롤러가 지면과 접촉하여 발생하는 힘 성분들이 조합되어 만들어진 최종적인 힘 벡터의 방향으로 로봇이 이동 하게 된다[2].
기존 일체형 메카넘 휠의 문제점은? 3와 같이 기존 일체형 메카넘 휠은 롤러 축 양 끝에 베어링이 지지하고 축 가운데에 하중이 부여되어 큰 굽힘 응력과 처짐이 발생하는 구조이다. 이러한 구조는 하중에 의한 과도한 처짐 및 변형이 축뿐만 아니라 베어링 등의 파손을 유발할 수 있으며 회전체의 불평형으로 인한 진동이 발생할 수 있다. 또한 하중 조건에서 회전하게 되면 롤러 축은 교번 굽힘모멘트로 인해 피로 파손으로 이어질 수 있다[4]. 
메카넘 휠의 형상을 결정하기 위한 설계 요소는 무엇이 있는가? Fig. 2와 같이 메카넘 휠의 형상을 결정하기 위한 설계 요소는 메카넘 휠의 반지름(R), 롤러의 개수(N), 림 휠의 축과 롤러 축이 이루는 각도 (Θ), 림 휠 축과 롤러 축의 거리(h), 롤러 축의 외경(do), 롤러 축의 내경(di)으로 구성된다[3].
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참고문헌 (6)

  1. Jeong, J. U., Kwon, S. J., Chu, B. S., Park, J. Y., "Unified-type Design and Structural Analysis for Mecanum Wheel Performance Improvement", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 13, No. 2, pp. 117-123, 2014. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. Chu, B. S., Sung, Y. W., "Development of Educational Robot Platform Based on Omni-directional Mobile Mechanism", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 30, No. 11, pp. 1161-1169, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. Shin, D. H., Lee, I. T., "Geometry Design of Omni-directional Mecanum Wheel", Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 11-17, 2004. 

  4. Budynas, R. G., Nisbett, J. K., Shigley's Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill Koera, pp. 312-324, 2013. 

  5. Juvinall, R. C., Marshek, K. M., Fundamentals of Machine Component Design, Wiley, pp. 203-231, 2016. 

  6. Lardner, T. J., Archer, R. R., Mechanics of Solids, McGraw-Hill, pp. 255-292, 1994. 

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