팽창식 구조체의 이차원 설계 요소 기술을 활용한 소프트 풍선형 로봇 개발
- 주제(키워드) 소프트 로봇 , 팽창식 구조체 , 풍선형 로봇 , 로봇팔 , Crawling 로봇
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 고제성
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032739
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
전통적인 로봇들은 금속으로 이뤄진 몸체를 가진 채 모터로 구동되며, 기어와 축, 베어링과 같은 강체 부품으로 동력을 전달하고 제어되어 왔다. 로봇이 점차 인간 사회에 들어오며 인간과 로봇 간의 상호작용(HRI)과 안전에 대한 문제가 대두되는 요즘, 이들의 한계점은 뚜렷하다. 그래서 최근에는 높은 강성 및 신축성을 가진 소재를 응용하여 부드럽고 유연한 형태의 외골격과 구동기를 가진 다양한 소프트 로봇들이 주목받고 있는 시점이다. 그중에서도 풍선형 로봇은 안전성, 경량성, 변형성, 경제성이라는 4가지 방면에서 강점을 드러내며 뛰어난 HRI 적합성을 보인다. 그리고 제작의 용이성과 장비의 접근성으로 인해서 팽창식 구조체는 풍선형 로봇의 기본 구성 요소로써 이용되고 있다. 팽창식 구조체는 PET, PE, TPU, 나일론 필름과 같이 저렴한 소재가 주재료가 될 수 있다. 또한 인두, 티셔츠 히트프레스 같은 값싼 장비와 CO2 레이저처럼 이미 여러 방면에서 활용되고 있는 장비로 쉽게 제작될 수 있다. 이러한 이유로 다양한 풍선형 로봇이 연구되고 있지만, 아직은 정립된 설계 방식이 부족하여 기술을 규격화하거나 로봇을 양산하기가 어려운 실정이다. 본 연구는 팽창식 구조체에 패턴을 각인하는 방식으로 조인트를 만들어 다양한 팽창식 구조체 링크를 설계할 수 있는 기술을 확보한다. 패턴 조인트의 기구학적 특성을 파악하여 주요 설계 변수를 정하고 특성화 실험을 진행한다. 패턴의 크기에 따른 조인트 각도 설계 모델을 정립한다. 이를 기반으로 소프트 풍선형 로봇팔과 Crawling로봇을 구현하며 본 연구를 팽창식 구조체와 풍선형 로봇의 설계할 수 있는 지침서로 제안한다.
more목차
1. 서론 1
2. 본론 3
2.1. 팽창식 구조체의 이차원 설계 요소 기술 3
2.1.1. 팽창식 구조체의 기구학적 특성 3
2.1.2. 팽창식 구조체의 패턴 조인트 특성화 6
2.1.2.1. 특성화 실험 개요 6
2.1.2.2. 스케일 11
2.1.2.3. 내압 14
2.1.2.4. 패턴의 구멍과 커팅 유무 16
2.1.2.5. 조인트 운동 반경 18
2.1.3 패턴 조인트 설계 모델 정립 19
2.2. 소프트 풍선형 로봇팔 개발 25
2.2.1. 링크 설계 28
2.2.2. 제작 과정 31
2.2.3. 로봇팔의 Workspace 해석 34
2.2.4. 로봇팔 구동 실험 36
2.3. 소프트 풍선형 Crawling 로봇 개발 38
2.3.1. Locomotion 설계 38
2.3.2. 링크 설계 및 제작 40
2.3.3 프로토타입 테스트 41
3. 결론 44
참고문헌 46
