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초록·키워드
지금까지 다양한 종류와 메커니즘을 가진 그리퍼가 개발되고 상용화되어 주로 산업현장에서 사용되어왔는데, 최근 들어 사람과 상호작용할 수 있는 서비스로봇, 협동로봇 등 로봇의 수요가 증가하고 산업용 로봇 또한 수요가 증가함에 따라 로봇의 중요한 요소인 그리퍼 또한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 사람과 상호작용 할 수 있는 그리퍼가 요구되면서, 다양한 형태의 물체를 쥐고 활용할 수 있는 부족구동 그리퍼들이 개발되었고 본 논문에서는 물체를 쥔 상태로 파지 형태 전환이 가능한 메커니즘을 가진 5자유도 부족구동 그리퍼인 BLT Hand를 제안한다.
Actuation link끝은 직선의 슬롯으로 되어 있고, 물체와 맞닿는 링크는 벨트로 되어 있다. BLT Hand는 평소에 평행 4절 링크로서 평행집기를할 수 있도록 구동하지만 물체를 파지할 때는 물체의 형상에 맞게 순응하여 움켜잡기를 할 수 있게 된다. 파지하는 물체의 지름에 따라 3점 파지와 2점파지로 나뉘는데 이때 물체에 가해지는 힘을 수식적으로 유도하였고 시뮬레이션과 실험으로 검증하였다. 또한 물체 파지 시, 파지 안정성을알아보기 위해 시뮬레이션을 수행하여 타 그리퍼와 비교하였다. 그 결과타 그리퍼보다 물체를 파지 했을 때 파지 안정성이 높음을 확인할 수 있었다.
BLT그리퍼의 Flexion 구동부는 BLDC모터로 구동되며 웜기어가 사용된기어트레인과 연결되어 actuation link를 회전시킨다. 모듈 회전부에는 한개의 BLDC모터가 사용되어 두 개의 모듈을 회전시키고 벨트 견인부 또한 한 모터가 세 개의 슬라이더를 구동할 수 있도록 설계되었다. 사람의손 크기와 비슷하게 설계되어 사람이 파지할 수 있는 다양한 물건들을 파지할 수 있으며 이를 실제 다양한 형태의 물체를 파지하는 실험으로 검증하였다. 또한 BLT 그리퍼는 물체를 평행집기 한 상태에서 벨트의 길이를 조절하여 물체에 힘을 가하지 않고 들어 올려 움켜잡기로 전환할 수 있고그 반대 또한 가능하다. 이 또한 수식적으로 유도하고 알고리즘을 개발하여 실제 다양한 형태의 물체에 대한 파지 전환 실험으로 검증하였다.
다양한 실험을 통해 그리퍼의 성능은 active fingertip force 11N, holding fingertip force 72.3N, 반복 정밀도 0.0116mm, payload 15kg로 나타났으며, 그 결과를 바탕으로 타 그리퍼와 비교하였다.
다양한 실험을 통해 그리퍼의 성능은 active fingertip force 11N, holding fingertip force 72.3N, 반복 정밀도 0.0116mm, payload 15kg로 나타났으며, 그 결과를 바탕으로 타 그리퍼와 비교하였다. BLT 그리퍼는타 산업용 그리퍼와 비교했을 때 높은 반복 정밀도를 가지며, 물체를 쥔상태로 평행 집기와 움켜잡기 사이의 파지 형태 전환이 가능함을 확인할수 있었다. 이후 기계적인 요소들과 그리퍼의 무게를 줄이는 등의 지속적인 개선을 통해 협동로봇이나 가벼운 로봇 팔에서도 활용할 수 있을 것이 다.
Actuation link끝은 직선의 슬롯으로 되어 있고, 물체와 맞닿는 링크는 벨트로 되어 있다. BLT Hand는 평소에 평행 4절 링크로서 평행집기를할 수 있도록 구동하지만 물체를 파지할 때는 물체의 형상에 맞게 순응하여 움켜잡기를 할 수 있게 된다. 파지하는 물체의 지름에 따라 3점 파지와 2점파지로 나뉘는데 이때 물체에 가해지는 힘을 수식적으로 유도하였고 시뮬레이션과 실험으로 검증하였다. 또한 물체 파지 시, 파지 안정성을알아보기 위해 시뮬레이션을 수행하여 타 그리퍼와 비교하였다. 그 결과타 그리퍼보다 물체를 파지 했을 때 파지 안정성이 높음을 확인할 수 있었다.
BLT그리퍼의 Flexion 구동부는 BLDC모터로 구동되며 웜기어가 사용된기어트레인과 연결되어 actuation link를 회전시킨다. 모듈 회전부에는 한개의 BLDC모터가 사용되어 두 개의 모듈을 회전시키고 벨트 견인부 또한 한 모터가 세 개의 슬라이더를 구동할 수 있도록 설계되었다. 사람의손 크기와 비슷하게 설계되어 사람이 파지할 수 있는 다양한 물건들을 파지할 수 있으며 이를 실제 다양한 형태의 물체를 파지하는 실험으로 검증하였다. 또한 BLT 그리퍼는 물체를 평행집기 한 상태에서 벨트의 길이를 조절하여 물체에 힘을 가하지 않고 들어 올려 움켜잡기로 전환할 수 있고그 반대 또한 가능하다. 이 또한 수식적으로 유도하고 알고리즘을 개발하여 실제 다양한 형태의 물체에 대한 파지 전환 실험으로 검증하였다.
다양한 실험을 통해 그리퍼의 성능은 active fingertip force 11N, holding fingertip force 72.3N, 반복 정밀도 0.0116mm, payload 15kg로 나타났으며, 그 결과를 바탕으로 타 그리퍼와 비교하였다.
다양한 실험을 통해 그리퍼의 성능은 active fingertip force 11N, holding fingertip force 72.3N, 반복 정밀도 0.0116mm, payload 15kg로 나타났으며, 그 결과를 바탕으로 타 그리퍼와 비교하였다. BLT 그리퍼는타 산업용 그리퍼와 비교했을 때 높은 반복 정밀도를 가지며, 물체를 쥔상태로 평행 집기와 움켜잡기 사이의 파지 형태 전환이 가능함을 확인할수 있었다. 이후 기계적인 요소들과 그리퍼의 무게를 줄이는 등의 지속적인 개선을 통해 협동로봇이나 가벼운 로봇 팔에서도 활용할 수 있을 것이 다.
목차
- 제1장 서 론 1제1절. 연구배경 1제2절. 연구동향 4제3절. 연구목표 9제2장 BLT 그리퍼의 메커니즘 및 분석 10제1절. 부족구동 그리퍼의 메커니즘 10제2절. BLT 그리퍼의 메커니즘 15제3절. BLT 그리퍼의 기구학 및 힘 분포 17제3장 BLT 그리퍼의 설계 및 제어 29제1절. BLT 그리퍼 상세 설계 29제2절. BLT 그리퍼 제어 34제4장. 실험 및 분석 38제1절. 물체 파지 실험 38제2절. 힘 분포 실험 41제3절. Payload 실험 및 Fingertip force 실험 43제4절. 반복 정밀도 실험 45제5절. 비교 분석 46제5장 결론 47참 고 문 헌 48ABSTRACT 51
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