인체 모방 소프트 로봇 핸드 : 다목적 로봇-인간 협업 건축
Anthropomorphic Soft-robot Hand: Application in multi-task human-robot collaborative architecture
- 주제(키워드) 로봇 건축 , 다목적 앤드 이펙터 , 소프트 로봇 핸드 그리퍼 , 프리-스트레스트 액추에이터 , 자가 치유 재료
- 주제(DDC) 720
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이황
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 스마트융합건축학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000033324
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
건축 분야에서 로봇의 활용은 자동화 구현, 생산성 향상 및 비정형 디자인의 실 현 등 많은 장점을 기반으로 큰 관심을 받고 있지만 전기 모터 기반 로봇의 상 당한 초기 플랫폼 구축 및 유지관리 비용과 인간-로봇 협업의 안전 문제로 인해 시범적인 적용에 머물고 있다. 본 논문은 소프트 로보틱스 기술과 스마트 재료의 발전된 건축적 활용의 일환으로서 변화하는 건축 환경에 유연하게 대응할 수 있 고 높은 수준의 로봇-인간 협업을 가능하게 하는 경량 로봇 건축 시스템을 제안 한다. 부드러운 로봇의 건축 활용 범위를 확장할 수 있도록 프리-스트레스트 설계와 자가 치유 재료를 도입했고, 역방향 설계와 재료 테스트를 통해 장기 사용 내구 성이 높은 공압식 소프트 핸드 그리퍼를 제안하였다. 탄성체의 복원력을 활용해 외부 동력의 개입 없이 효과적인 파악(grip) 형상을 구현하는 역방향 매커니즘은 건축 과정에서 사용하는 다양한 형태의 도구를 오랜 시간 잡고 사용할 수 있음 을 보여주었으며, 손상을 스스로 치유할 수 있는 재료의 사용은 날카로운 물체와 유해 물질 등의 외부 환경에 대응하여 소프트 로봇의 공압 성능을 유지할 수 있 음을 증명하였다. 사람 손의 형상과 구동 원리를 모사한 부드러운 로봇 핸드 그리퍼는 산업용 6축 로봇 팔과 함께 사용하여 단일 앤드 이펙터로 다목적 활용이 가능하다. 이들은 건축 현장에서 비전문가 작업자와 함께하는 보완적 로봇 기술로서 경제적인 제 작 및 유지관리 비용으로 스마트 건축 환경을 조성하는데 일조할 수 있다. 주요어: 로봇 건축, 다목적 앤드 이펙터, 소프트 로봇 핸드 그리퍼, 프리-스트레 스트 액추에이터, 자가 치유 재료
more초록/요약
The application of robots in architecture attracts the continued interest of architectural participants based on its many advantages such as improved productivity, construction automation, and realization of free-form design. However, only a few robotic systems are in use due to the significant initial platform construction and maintenance cost of conventional electric motor-based robots and their safety issues in human-robot collaborative work. To extend the scope of robot use in an architectural context, the lightweight robotic architectural system that can be flexible in responding to changing environments and enable a high level of human-robot collaboration is proposed, as a part of the advanced architectural use of soft robotics technology and smart materials. Pre-stressed structure and self-healing materials were introduced, and the newly designed pneumatic soft hand gripper with increased durability for long-term use was proposed through the use of reverse mechanism and material testing. The reverse mechanism, which utilizes the resilience of the elastic body to implement effective gripping without the intervention of external power, has shown that soft gripper can use various types of hand tools with geometry complexity for a long time. Also, the application of self-healing material has demonstrated that soft gripper maintain its pneumatic performance in response to external environments such as sharp objects and harmful substances. An anthropomorphic soft robot hand gripper which simulates the moving mechanism of human hand can be a multi-tasking end-effector with the use of industrial 6-axis robot arms. This is the complementary robot technology that works with non-expert workers in architecture, and they contribute to creating a smart architecture environment with economical manufacturing and maintenance costs. Keywords: Robotics in architecture, multi-purpose end-effector, soft robot hand gripper, pre-stressed actuator, self-healing material
more목차
제1장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 및 범위 4
제2장 선행연구 5
2.1 로봇 건축(Robotics in architecture) · 5
2.2 소프트 로보틱스(Soft robotics) 11
2.2.1 공압식 소프트 액추에이터(Soft pneumatic actuator) · 19
2.2.2 액추에이터의 기하학적 설계(PneuNets design) · 22
2.2.3 Pre-stressed 액추에이터 24
2.3 자가 치유 재료(Self healing material) · 26
2.4 소프트 로봇과 건축 응용 · 29
제3장 실험 방법 및 재료 36
3.1 실험 재료 · 36
3.1.1 소프트 로봇의 제작 · 36
3.1.2 자가 치유 재료의 합성과 액추에이터의 제작 37
3.2 생체 모사를 통한 로봇 앤드 이펙터 제안 39
3.2.1 손의 구동 매커니즘 분석 39
3.2.2 손가락 모듈 디자인 및 제작 방식 44
3.2.3 손바닥 모듈 디자인 및 제작 방식 53
제4장 결과 및 토의 · 57
4.1 소프트 로봇 핸드 그리퍼 제작 57
4.1.1 자가 치유 재료 적용 실험 · 57
4.1.2 손가락 모듈 제작 및 성능 실험 62
4.1.3 손바닥 모듈 제작 및 결합 실험 68
4.2 핸드 그리퍼 성능 실험 및 평가 · 72
4.3 경량 로봇 건축 시스템 디자인 제안 78
제5장 결 론 · 83
참고문헌 85
