코끼리 코 로봇 매니퓰레이터의 최적화

제품: 코끼리 코 로봇 매니퓰레이터 (Elephant trunk robot manipulator)

해석목적: 코끼리 코 로봇의 유연체 거동 최적화

코끼리 코 로봇 매니퓰레이터는 코끼리 코의 무한한 자유도를 모방하여 개발되고 있다. 이 로봇은 유연한 재료로 만들어진 중심축에 연결된 여러 개의 디스크, 그리고 이들을 연결한 여러 케이블로 이루어져 있다. 케이블들은 모터와 직접 연결되어 있으며 이 케이블을 구동하여 매니퓰레이터를 움직이게 된다. 이 로봇 매니퓰레이터는 어떤 움직임이라도 수행할 수 있으며 위험한 지역에서의 작업 등에 활용될 수 있다.

본 사례에서는 코끼리 코 로봇 매니퓰레이터의 설계를 최적화하기 위하여 RecurDyn을 사용하였다. 이를 통해 케이블의 장력, 시간에 따른 케이블 끝단에 작용하는 힘, 매니퓰레이터를 구동하는 데 필요한 힘, 로봇의 동작 범위 등을 확인하였다.

◆  주요 작업 프로세스

① 원형 디스크, 케이블, 유연한 축 등으로 이루어진 코끼리 코 형상의 로봇 모델링

② 사용자 정의 모션(Motion)을 이용하여 로봇에 사용된 모터와 액추에이터를 수학적으로 구현

③ 로봇 매니퓰레이터의 동작 가능 범위를 시뮬레이션을 통해 확인

④ 서로 다른 재료를 사용했을 때 케이블에 작용하는 강도(strength)을 계산하고 비교 (나일론, 테프론)

⑤ 동작 중에 케이블에 작용하는 하중을 계산

⑥ 동작 중에 디스크와 케이블이 접촉하면서 발생하는 마찰력을 계산

◆  주요 해석 기술

• 다양한 요소로 구성된 기계 모델링에 특화된 다물체 동역학: 디스크, 케이블, 지지대, 유연축, DC 모터 등
• 케이블의 대변형을 모사하고 강도를 예측할 수 있는 MFBD (FFlex) 기술
• 유연한 케이블과 강체 디스크 간의 마찰을 고려할 수 있는 접촉 알고리즘

◆  관련 제품

• RecurDyn/Professional
• RecurDyn/FFlex

◆  고객에게 주어진 과제 및 이슈

• 매니퓰레이터의 동작을 예측하기 위해서는 시간에 따른 동역학 해석이 필요
• 로봇에 사용된 케이블의 시뮬레이션을 위해서는 대변형 및 접촉에 의한 마찰과 같은 비선형성의 고려 필요
• 케이블의 재료가 변경되면 매니퓰레이터의 거동이 영향을 받을 수 있음 (나일론이나 테프론)
• 로봇 매니퓰레이터의 동작 범위를 사전에 파악할 필요가 있음

◆  해결

• 다물체 동역학 전문 소프트웨어를 이용하여 다양한 부품으로 구성된 로봇 매니퓰레이터를 모델링하고 시뮬레이션
• 유연 다물체 동역학을 이용하여 대변형을 포함한 케이블의 거동을 계산
• 궤적 표시 기능을 통해 로봇 매니퓰레이터의 궤적을 시각화하고 이를 정량적으로 표시
• 강체와 유연체 간의 마찰을 고려한 접촉 알고리즘을 활용

◆ 성과

• • MFBD 모델을 통해 코끼리 코 로봇 매니퓰레이터의 동적인 거동을 정확하게 재현
• • MFBD 모델을 이용하여 설계를 최적화하여 로봇의 동작범위를 최대화
• • 케이블에 작용하는 하중을 정확하게 계산
• • 적정한 모터와 액추에이터를 선정

◆ 활용 및 해석사례

• RecurDyn을 이용한 제조용 로봇팔 시뮬레이션
  • 유연체로 모델링된 로봇팔의 진동 확인

• 로봇 분야의 RecurDyn 활용사례
  • 다양한 활용 사례
  • 고객 사례