최적화에 기반한 분산 구동 메커니즘의 생체 모방 가변 기어링 (Bio-inspired Variable Gearing of the Distributed Actuation Mechanism based on Optimization)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 46권 / 8호 / 695 ~ 701페이지
· 저자명 : 김종호, 장인권

초록

빠른 속도와 큰 힘을 내기 위한 변속은 로봇공학에서 고전적이지만 어려운 문제이다. 본 연구에서는 분산 구동 메커니즘의 생체 모방 가변 기어링을 제안하고 최적화에 기반하여 속도와 힘을 동시에 최대화하는 방법을 제안한다. 연속적으로 변하는 기어링을 정량화하기 위해 구조적 기어비라는 개념이 수학적으로 도출되었다. 그런 다음 산업용 등으로 쓰일 수 있도록, 이 메커니즘에 기반한 3자유도 매니퓰레이터를 대상으로 가반하중에 따른 엔드 이펙터의 최대 속도를 결정하기 위해 다목적 최적화 문제가 정식화되었다. 그리고 제안된 방법과 비교분석을 위해 기존의 조인트 구동 방법에 기반한 3자유도 매니퓰레이터를 구성하였고, 동역학 해석 모듈과 최적화 모듈로 구성된 최적화 프레임워크를 통해 이를 검증하였다. 또한, 실험적 검증을 통해 분산 구동 메커니즘의 생체 모방 가변 기어링이 주어진 작업에 따라 엔드 이펙터 속도와 힘을 크게 향상시킬 수 있음을 보였다.

영어초록

Achieving both high speed and great force is a classic but difficult problem in robotics. In this study, we propose bio-inspired variable gearing of the distributed actuation mechanism, and develop an optimization-based method for the simultaneous maximization of velocity and force. In order to quantify the continuously variable gearing, the structural gear ratio was mathematically derived. Then, the multi-objective optimization problem was formulated to determine the maximum velocity of the end effector according to the payload of the 3-DOF manipulator based on the distributed actuation mechanism for application in industrial environments. Further, comparative analysis was performed on the proposed method by constructing a 3-DOF manipulator based on the conventional joint actuation method. It was verified using the optimization framework consisting of a dynamics analysis module and an optimization module. The experimental validation revealed that bio-inspired variable gearing of the distributed actuation mechanism can significantly improve end-effector velocity and force for any given task.

참고자료

· 없음