링크-와이어 혼합 구조를 가지는 3T1R 병렬구조 햅틱 메커니즘의 개발
- 주제(키워드) 병렬구조 메커니즘 , 햅틱 디바이스 , 와이어 구동형 메커니즘 , 혼합구조 메커니즘
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 김희국
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 2
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 제어계측공학과
- 원문페이지 63 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000072230
- 본문언어 한국어
- 제출원본 000045897857
초록/요약
현재까지 개발된 대부분의 햅틱 메커니즘은 강체 링크를 사용하여 높은 강성과 안정성 등으로 인해 다양한 구조가 제시되어 활용되고 있지만 높은 관성과 유동 링크의 중량, 그리고 높은 마찰력 등의 측면에서 그 한계가 존재한다. 이에 반하여, 와이어 기반의 햅틱 메커니즘의 경우 낮은 관성과 마찰력, 그리고 충분한 크기의 작업공간을 보유하고 있으므로 각 구조들에 대한 다양한 연구 및 활용 노력이 진행되고 있다. 하지만, 이들 두 가지 구조를 적절히 혼합한 햅틱 기기는 상대적으로 우수한 성능을 나타낼 가능성이 높지만 현재까지 이에 대한 연구는 거의 이루어 지지 않는 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 와이어-링크 혼합구조를 가지는 6자유도 햅틱 기기를 제시하고 이에 대한 기구학 모델링과 feasible 작업공간 분석을 통하여 햅틱 기기로써의 높은 응용 가능성이 있음을 확인하였다. 그리고 5개의 와이어와 6개의 와이어로 구동되는 두 가지 형태의 와이어-링크 혼합 구조를 가지는 4자유도 병렬구조 햅틱 기기를 제시하였다. 제시된 4자유도 햅틱 기기의 기구학 모델링과 feasible 작업공간 분석을 수행하였으며 햅틱 기기에 적합한 와이어 장력 분배 알고리듬을 제시하고 모의실험을 통하여 검증하였다. 특히 제시된 4자유도 햅틱 기기 구조의 경우 시작품을 제작하였으며 가상 벽 구현과 같은 구동 실험을 통하여 적은 크기의 마찰력, 충분한 작업공간, 그리고 안정적인 와이어 장력 분배 측면에서 개발된 햅틱 기기가 우수한 성능을 보유하고 있음을 확인하였다. 결론적으로 제시된 햅틱 기기의 구조와 개발된 시작품의 성능 측면에서 높은 응용 가능성을 가지고 있음을 확인하였다.
more초록/요약
Most of the haptic mechanisms have various structures using rigid links due to their high rigidity and stability, but there are limitations in terms of high inertia, weight of the link, high friction, etc. On the other hand, wire-driven haptic mechanisms have low inertia, low friction, and sufficient workspace, and thus various research and application efforts on those mechanisms have also been devoted. In spite that the haptic device employing the combined structure of those two properly is likely to exhibit improved performance over the ones employing one of those two structures, little research efforts have been reported so far. In this study, a wire-link mixed driven 6-DOF parallel haptic device is proposed and it is verified that the device has the high application potential for haptic devices via kinematic modelling and feasible workspace analysis. Also two types of the wire-link hybrid type 4-DOF parallel haptic devices which are driven by either 5-wire or 6-wire are proposed. Kinematic modelling and workspace analyses of those two 4-DOF haptic devices were performed. And a wire tension distribution algorithm was proposed and is verified through simulations. In particular, the prototype of the proposed 4-DOF haptic device was developed and through a virtual wall implementation, it is shown that the prototype has excellent performance in terms of low friction, sufficient workspace, and stable wire-tension distribution. In conclusion, it is confirmed that in aspects of its structure and its performance, the proposed wire-link hybrid type parallel mechanism has the high application potential as the haptic device.
more목차
Abstract··················································································· i
요 약·················································································· iii
목 차·················································································· v
그림목차················································································· vii
제 1 장 서 론............................................................................... 1
1.1 연구 배경.............................................................................. 1
제 2 장 링크-와이어 혼합구조 햅틱 디바이스....................................... 2
2.1 병렬 구조 햅틱 디바이스............................... 2
2.1.1. 강체 링크 구동형 병렬구조 햅틱 디바이스................. 2
2.1.2 와이어 구동형 병렬구조 햅틱 디바이스..................... 4
2.1.3 링크-와이어 혼합구조 햅틱 디바이스........................ 6
2.2 링크-와이어 혼합구조 햅틱 디바이스.............................. 6
2.2.1 6자유도 링크-와이어 혼합구동형 햅틱 디바이스................ 6
2.2.2 4자유도 링크-와이어 혼합구조 6-와이어 구동형 햅틱 기기....... 20
2.2.3 4자유도 링크-와이어 혼합구조 5-와이어 구동형 햅틱 기기....... 22
제 3 장 4자유도 링크-와이어 혼합구조 햅틱 디바이스........................ 23
3.1 기구학 해석................................................................................ 23
3.1.1 역위치 해석......................................................................... 23
3.1.2 정위치 해석......................................................................... 26
3.2 작업공간 분석............................................................................. 31
3.3 장력분배 알고리즘.................................................................... 33
제 4 장 햅틱 디바이스 구현 및 실험.................................................... 40
4.1 햅틱 디바이스 구조 설계.......................................................... 40
4.2 디바이스의 구성....................................................................... 41
4.3 소프트웨어의 구성.................................................................... 43
4.4 하드웨어 실험........................................................................... 44
제 5 장 결론 및 향후 과제............................................................. 47
참 고 문 헌........................................................................... 49
