휠체어용 리클라이너의 중력보상 메커니즘 최적화 설계 기법 (Optimization Method for Gravity Compensation Mechanism Applied to the Recliner of Electric Wheelchairs)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 48권 / 1호 / 49 ~ 56페이지
· 저자명 : 김세영, 김광준, 박철훈, 박찬훈, 허필원, 구광민

초록

본 연구에서는 휠체어용 리클라이너의 구동 힘을 최소화할 수 있도록 가스 스프링의 설치 위치를 조정하여 중력보상 메커니즘을 최적화하는 방법을 제안하였다. 리클라이너는 좌판 양측에 있는 평행사변형 링크 구조를 통해 등판과 발판이 서로 동기화되어 같은 방향과 각도로 움직이도록 구현되었으며, 해당 평행사변형 링크 내부에 힘 방향이 서로 교차되도록 설치된 가스 스프링과 리니어 구동기의 조합 힘을 통해 탑승자 정하중이 보상되도록 설계되었다. 가스 스프링의 최적 설치 위치는 리클라이닝 모션 시 수동기계 요소에 의한 중력보상을 최대화하고 동시에 능동 구동기의 평균 발생힘을 최소화시키는 목적 함수와 해당 기계요소들의 스펙과 설치조건을 각각 구속 및 경계 조건으로 갖는 비선형 최적화 알고리즘을 도입해 계산하였다. 이때, 전역 최적해를 얻기 위해 다양한 초기값을 사용하였으며, 결과적으로 가스 스프링의 수동 힘을 최대한 활용하면서 구동기가 낼 수 있는 최대 힘을 넘지 않는 조건을 만족하도록 중력보상이 이루어졌다. 해당 최적화 과정은 평행사변형 링크 구조를 포함하는 다양한 자세변환 시스템에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

영어초록

In this study, gravity compensation of a wheelchair recliner was optimized to minimize the driving force of a recliner by adjusting the installation position of gas springs. The combined force of the gas spring and linear actuator compensate for the static load of occupant, where the force directions of the active and passive power sources cross each other inside the parallelogram links of the recliner. The optimal installation of the gas springs were determined via a non-linear optimization algorithm. The objective function of the algorithm involves simultaneous maximization of gravitational torque compensation by the gas springs and minimization of the average generated force of the linear actuators. The results showed that gravity compensation satisfies the condition of not exceeding the maximum force that the actuator can generate while maximizing the use of the passive force of the gas springs. The proposed optimization is expected to be used in various mechanical systems including parallelogram link structures.

참고자료

· 없음