소개글
"기구학 matlab"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 기구학 이론의 기본 개념
1.2. 기구학 분석의 필요성
1.3. 휠로더 기구의 운동학적 모델링
2. 기구 설계 및 해석
2.1. 초기 설계안 수립
2.2. 초기 설계안 평가
2.3. 개선 설계안 수립
2.4. 개선 설계안 평가
3. 접근각 및 탈출각 분석
3.1. 접근각 계산 및 분석
3.2. 탈출각 계산 및 분석
4. MATLAB을 통한 시뮬레이션
4.1. MATLAB 코드 작성
4.2. 초기 설계안 시뮬레이션 결과
4.3. 개선 설계안 시뮬레이션 결과
5. 결론
5.1. 최종 설계안 도출
5.2. 실험 결과 요약
5.3. 향후 연구 방향
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 기구학 이론의 기본 개념
기구학 이론의 기본 개념은 기구의 운동을 수학적으로 분석하고 기구의 기하학적 형상과 운동과의 관계를 설명하는 것이다. 이를 통해 기구의 메커니즘을 이해하고 운동 특성을 예측할 수 있다. 기구학 분석은 기구의 구조와 운동 특성을 파악하여 최적의 설계를 도출하기 위해 필요하다. 특히 휠로더와 같은 건설기계의 경우 버킷의 움직임과 기구의 운동학적 특성을 정확히 분석해야 작업 효율을 높일 수 있다. 따라서 기구학 분석을 통해 휠로더의 운동 특성을 모델링하고, 이를 바탕으로 기구 설계 및 해석을 수행할 수 있다.
1.2. 기구학 분석의 필요성
고체 물체의 운동을 분석하는 기구학은 기계설계에 있어 매우 중요하다. 기구학 분석을 통해 각 부품의 상대적 운동, 속도, 가속도 등을 파악할 수 있기 때문에 원하는 운동을 구현하기 위한 기계 설계가 가능하다. 특히 중장비와 같은 복잡한 기계 시스템의 경우, 각 부품의 운동학적 특성을 이해하고 분석하는 것이 필수적이다.
휠로더와 같은 중장비는 버킷을 이용해 대량의 화물을 운반하는 역할을 하기 때문에, 버킷의 정확한 운동 궤적과 접근 각도, 탈출 각도 등을 분석할 필요가 있다. 이를 통해 안전하고 효율적인 화물 적재/하역 작업을 수행할 수 있다. 또한 기구학 분석을 바탕으로 기계 부품의 강도와 내구성을 검토하여 최적의 설계안을 도출할 수 있다.
따라서 중장비와 같은 복잡한 기계 시스템의 경우, 기구학 분석은 목표 성능을 달성하기 위한 필수불가결한 과정이라고 할 수 있다. 각 부품의 운동 특성을 정밀하게 파악하고 이를 기반으로 최적의 설계안을 수립하는 것이 중요하다.
1.3. 휠로더 기구의 운동학적 모델링
휠로더 기구의 운동학적 모델링이다. 휠로더는 버킷의 높이를 결정하는 링크가 유압실린더에 의해 구동되며, 지면에 위치한 화물을 버킷 안으로 실어 최대 4m 높이의 구조물에 적재할 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위해 루프-폐쇄 방정식을 이용한 위치 해석을 도식적, 해석적, 수치적 방법으로 연구하였다.
먼저 휠로더를 링크들의 조합으로 단순화하여 모델링하였다. 버킷의 높이를 조절하는 유압실린더와 각도를 조절하는 유압실린더가 두 개의 input으로 작용하며, 이에 따라 링크들이 구동된다. 버킷의 높이를 조절하는 유압실린더에 의해 회전운동을 하는 링크를 ternary link로, 나머지는 binary link로 나타내었다.
이때 휠로더는 총 9개의 링크로 구성되며, 실린더를 이루는 두 개의 링크는 슬라이딩 조인트, 나머지는 핀 조인트로 연결되어 11개의 one-degree-of-freedom pair로 구성된다. 따라서 휠로더의 mobility는 2이다.
이후 도해적 방법인 덧씌우기법을 사용하여 링크와 조인트의 대략적인 위치를 산정한 뒤, 이를 바탕으로 루프-폐쇄 방정식을 수립하였다. 총 9개의 루프-폐쇄 방정식을 세워 각 링크의 길이와 각도를 계산할 수 있도록 하였다. 마지막으로 이 방정식을 MATLAB m-file로 구현하여 시뮬레이션 결과를 출력하도록 하였다.
2. 기구 설계 및 해석
2.1. 초기 설계안 수립
데이터를 활용하여 이론적 배경을 바탕으로 휠로더의 기구학적 모델을 구축하였다. 총 9개의 링크로 구성된 이 모델은 2개의 유압실린더에 의해 구동되며, 11개의 one-degree-of-freedom 조인트로 연결되어 있다. 따라서 휠로더의 mobility는 2이다.
도해적 기법인 덧씌우기법을 활용하여 각 링크와 조인트의 대략적인 위치를 산정하였다. 이를 바탕으로 수학적 방법인 루프-폐쇄 방정식을 통해 미지수를 도출하였다. 초기 설계안은 다음과 같은 ...
참고 자료
John J. Uicker, Gordon R. Pennock, Joseph E. Shigley, 2007, “Theory of machines and mechanisms”, Oxford University Press.
Duhan hanselam, Bruce littlefield, 2006, "MATLAB 7"
