• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.750-758
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• 2016

일반적으로 시스템을 강성체로 설계할 경우 시스템의 구조적 안정성을 확보할 수 있으나 유리잔을 잡거나 작은 수술용 도구로 사용하는 등의 사용용도에 따라 활용성이 제한될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 유연한 재질을 사용하여 강성조절이 가능한 메커니즘에 대한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 기존에 연구했던 강성체와 연성체의 연속구조로 이루어진 모델에 텐던을 삽입한 구조를 이용한 가변강성 메커니즘을 통하여 가변강성 구조체에 대한 가능성을 확인하였다. 그러나 필요로 하는 가변강성을 충족하기 위한 구조체의 설계 변수에 대한 연구가 필요하였다. 따라서 본 연구에서는 가변강성 메커니즘의 다양한 변수 변화에 따른 강성변화 실험을 통해 강성의 경향성을 파악하고자 하였다. 실험 결과 지름이 클수록 강성은 증가하며 강성의 증가폭 또한 늘어난다. 또한 연성체 길이가 짧을수록 강성이 증가하며 텐던을 당겨 연성체를 압착할 경우 강성값은 비선형적으로 증가하였다. 동일 조건에서 연성체 길이변화에 따른 강성 증가폭과 강성체의 길이 변화에 따른 강성 증가폭을 비교하였을 때 연성체 길이 변화가 강성체 길이 변화 보다 강성값 변화에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 또한, 해석값이 실험값에 비하여 정확성은 낮지만, 가변강성의 경향성을 확인하기 위하여 해석적인 방법을 통한 강성을 예측해보았다. 이러한 변수변화 실험 결과는 필요로 하는 강성값을 충족하는 가변강성 메커니즘 설계에 활용할 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1195-1200
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• 2013

최근에 들어 로봇과 환경 사이의 상호작용이 다양하게 발생하는 작업에서 가변 강성 액추에이터의 연구가 활발하다. 기존의 다양한 가변 강성 액추에이터가 개발되었지만 크기와 중량 때문에 응용분야를 찾기가 어렵다. 따라서 다양한 분야에 쉽게 이용되기 위해 소형의 가변 강성 액추에이터(miniVSA)를 개발하였다. miniVSA는 모멘트 암 기반의 강성제어 장치와 두 개의 모터로 구성된 구동 장치로 구성된다. 강성제어 장치는 두 캠의 상대 운동을 제어하여 위치와 강성을 동시에 제어할 수 있다. 이를 실험을 통하여 강성 변화를 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.47-53
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• 2018

산업용으로 다양한 형태의 로봇팔이 사용되고 있으며, 특히, 다품종 소량생산으로 생산방식의 변화가 이루어지면서 산업현장에서 다양하게 사용이 가능한 그리퍼에 대한 중요성이 높아지고 있다. 이러한 중요성에 기반을 두어 본 연구진은 기존에 연성재질의 비선형성을 이용하여 강성을 변화시킬 수 있는 가변강성 메커니즘 그리퍼를 연구하였다. 시제품을 제작하고 실험을 통해 강성의 변화와 그 유용성을 확인하였다. 그러나 세 개의 가변강성 메커니즘을 배치하여 그리퍼를 설계 및 제작함으로써 물체를 파지하는 상황에 따라 파지를 제대로 하지 못하는 현상이 발생하였다. 또한, 그리퍼 간의 균형이 맞지 않아 물체 파지 시에 파지할 물체가 회전하면서 미끄러지는 경우가 드물게 발생하는 문제가 있었다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 새로운 형태의 그리퍼가 필요하게 되었다. 새로운 형태의 그리퍼를 설계하기 위하여 생체모사기술을 적용하였다. 사람의 손바닥과 파리지옥의 움직임을 통해 영감을 얻어 새롭게 가변강성 소프트 로봇 핸드를 설계하였다. 손바닥이 접히는 메커니즘을 가변강성 그리퍼에 장착된 텐던을 당기는 것과 연동하여 파지 성능을 높일 수 있었다. 가변강성 메커니즘에 파리지옥과 손바닥 형태의 메커니즘을 결합하여 파지 안전성을 높인 소프트 로봇 핸드는 기존의 가변강성 메커니즘 그리퍼보다 다양한 형태와 무게를 가진 물체를 안정적으로 파지하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.103-110
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• 2020

수중 로봇의 가장 기본 성능이라 할 수 있는 동적 성능인 유영속도와 동적 효율 향상을 위해 수중생물을 모사한 로봇들이 주로 연구되고 있다. 그중에서 생체모사 소프트 로봇은 유연한 꼬리지느러미를 적용함으로써 높은 자유도를 구현할 수 있다. 다만, 유연한 구동부의 효율을 높이기 위해서는 구동 주파수에 맞추어 꼬리지느러미의 강성이 바뀌어야 한다. 따라서, 연구를 통해 새로운 형태의 가변강성 메커니즘을 구현하고, 이를 연구 과정에서 검증하였다. 본 연구에서는 실제 돌고래의 해부도에서 영감을 얻어, 가변강성 메커니즘을 적용한 돌고래 로봇을 새로이 설계하고 제작하는 과정을 기술하였다. 실제 돌고래의 척추 모양을 모사하여, 절삭과 적층형 공정으로 가변강성 구동부를 제작하였다. 로봇 돌고래를 구동하기 위한 텐던도 실제 돌고래의 텐던 위치를 고려하여 배치하였으며, 추가로 강성 변화를 위한 텐던을 설치하였다. 돌고래의 유선형 외형을 모사하여 로봇 돌고래를 제작하였고, 강성 변화에 따른 로봇 돌고래의 유영속도를 측정하였다. 동일한 구동 주파수에 꼬리지느러미 구동부의 강성을 변화시켰을 때, 로봇 돌고래의 유영속도의 차이가 약 1.24배, 추력으로는 약 1.5배 변화하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.279-282
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• 2009

본 논문에서는 행렬응축기법 및 부구조기법을 이용하여 가변형 입체 복합 공간 구조물을 효율적으로 해석할 수 있는 해석기법을 제안하였다. 최근 구조공학의 발전과 더불어 다양한 사회적 경제적 요구에 의해 가변형 입체 복합 공간 구조물에 대한 연구가 진행되고 있다. 가변형 입체 복합 공간 구조물은 많은 구조부재가 필요 하며, 부재 수가 많아짐에 따라 각 절점이 가지는 자유도수가 크게 증가하여 초기 해석 과정에서 많은 시간이 요구된다. 또한 구조물이 변경되는 경우에는 변경되는 부분의 강성의 변화에 따라 전체 구조물의 강성이 변경되므로 이에 따른 전체 구조물의 재해석 과정이 필요하다. 이러한 점에서 구조물의 자유도수를 줄여주는 행렬응축기법과 반복적인 해석과정을 줄여주는 부구조기법은 가변형 입체 복합 공간구조물을 효율적으로 해석 할 수 있는 방법이 될 수 있다. 본 논문에서는 행렬응축기법과 부구조기법을 이용하여 가변형 입체 복합 공간 구조물을 효율적으로 해석할 수 있는 해석기법을 제안하고, 이를 토대로 구체적인 알고리즘을 작성하였다. 또한 알고리즘을 구체화시켜 가변형 입체 복합 공간 구조시스템에 적합한 구조해석 프로그램을 개발하여 예제 구조물에 대하여 구조해석을 수행하였으며, 구조해석 결과를 상용프로 그램의 구조해석 결과와 비교하여 해석기법에 대한 정확성 및 효율성을 검토하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제26권5호
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• pp.128-134
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• 2009

This paper aims to design a variable-stiffness type economical safety joint for service robots. The safety joint was designed to have a passive shock absorbing mechanism for protecting human from a catastrophic collision under service condition of robots. A simple mechanism composed of two action disks for switching the load transfer, a spring and a screw for pre-load was proposed. In order to evaluate the performance of the safety joint a testing platform which can carry out the static and impact tests was also designed and fabricated. From the test results, the designed safety joint was proved to have a variable load-carrying capacity and about 42% impact absorption capacity with simple manipulation of the control screw.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.481-494
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• 2001

본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.

• 한국정밀공학회지
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• 제32권12호
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• pp.1049-1054
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• 2015

Nowadays, there are many researches involving structural actuators, which have adjustable stiffness; they are also called variable stiffness actuators (VSA). The VSAs can adjust the characteristics of actuators for various functions and human-machine safety. This paper describes the design and analysis of two types of VSAs. To adjust stiffness, the actuators are controlled by a principle of lever ratio mechanism, by changing a pivot position or a spring position in the structure with springs. To make the principle workable, the designs are simplified by using a ball screw system with a motor. Each structure shows different static properties with variable rates of stiffness. We have also shown the experimental verification of the dynamic performance of the two types of VSAs. This research can be applied to various industrial fields, where humans work in conjunction with robots.

• 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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• 제2권11호
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• pp.739-746
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• 2013

소프트웨어 프로덕트라인에서 가변성은 프로덕트라인의 멤버제품들을 차별화하는 특성으로, 가변성의 기술은 의미가 명확하고 선택이 용이하도록 가시화되어야 하며 관리하기 용이하여야 한다. 가변성 기술은 크게 개발 모델에 통합하는 방법과 개발 모델과는 독립적으로 기술하는 방법으로 나눌 수 있다. OVDL (Orthogonal Variability Description Language)은 독립적 가변성 기술 방법이면서 타 방법들의 가지는 의미의 모호성을 개선하기 위하여 제안된 가변성 표현 언어이다. 이 논문은 독립적 가변성 기술 방법의 기반을 제공한 OVM (Orthogonal Variability Model)으로 기술된 IWF (Inter-Working Function) 프로덕트라인의 가변성이 OVDL로 번역될 수 있는지 확인하는 방식으로 OVDL의 가변성 기술 역량을 검증한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.349-359
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• 2001

본 논분은 평판구조물의 동적 시간이력해석을 수행하기 위하여 개발된 사절점 판요소에 대하여 기술하였다. 이 요소는 두꺼운 판에서 발생하는 횡전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin(RM)가정을 도달하였다. 알려진 바와 같이 RM가정을 바탕으로 개발된 판요소가 얇은 판에 적용되면 전단강성 과대현상(,Shear Locking Phenomenon)을 일으키는데 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 가변형도법을 이용한 대체변형도를 자연좌표계에 준하여 명시적으로 유도하였다. 개발된 저차 판요소는 중앙 차분법을 이용한 명시적인 동적 해석 알고리즘에 적용되었으며 이때 판의 대각질량행렬은 특별집중질량법을 사용하여 형성하였다. 개발된 판의 성능은 수치예제를 통하여 평가하고 검증하였다.