Abstract
This study proposed piezoelectric ceramic bender actuators for application to small walking robots. As the space where human access has recently become increasingly restricted (e.g., highly concentrated radioactive storage areas, viral contaminated areas, terrorist zones, etc.), the scope of using robots is becoming more diverse, and many actions that were possible only in the past have been attempted to be replaced by small robots. This robotic concept has the advantage of being simple in structure, making it compact and producing a large size work force. The dynamic modeling, using finite element analysis, maximized the robot's mobility performance by optimizing the shape of the actuator, and the results were verified through fabrication and experimentation. The actuator moved at a maximum speed of 236 mm/s under no load conditions, and it could move at a speed of 156 mm/s under load conditions of 5g. The proposed actuator has the advantage of modular additions depending on the mission and required performance, which ensured that they are competitive against similar drive sources previously created.
지난 수십 년간, 소형 로봇 가운데 동물과 곤충을 모방한 생체모방 로봇은 인간이 신체적으로 접근할 수 없는 영역에서 특별한 임무를 위해 개발되어 왔다. 최근 들어, 사람의 접근이 제한되는 공간(예 : 고농축 방사능 보관지역, 바이러스 지역, 대테러 위험지역 등)이 늘어나면서 로봇의 활용범위가 더욱 다양해지고 있으며, 과거에는 사람만 가능했던 많은 행위들이 소형 로봇으로의 대체가 시도 되고 있다. 그 중에서도 보행 로봇의 최적 움직임은 이동하는 표면의 특성(예: 거칠기, 곡률, 경사, 재료 등)에 의해 결정될 수 있다. 본 연구에서는 소형 보행 로봇에 적용하기 위한 구조가 간단하고 효율적으로 구동 가능한 압전세라믹 벤더 엑츄에이터를 제안하였다. 유한요소 해석법을 활용한 동적 모델링을 통해 구동원의 형상을 최적화하여 로봇의 이동 성능을 극대화 하였고, 제작과 실험을 통하여 그 결과를 검증하였다. 제작된 엑츄에이터는 무부하 조건에서 최대속도 236mm/s로 이동 하였고, 5g의 부하를 적재하고 156mm/s의 속도로 이동 가능함을 확인 하였다. 제안된 다족형 액추에이터는 수행해야 할 임무와 요구 성능에 따라 모듈식으로 추가가 가능한 장점이 있다.