竝列 메커니즘과 人體 模倣을 이용한 低價형 로봇 핸드 : The Low Cost Robot Hand based on the parallel mechanism and human like bio-mimetic
저자
발행사항
서울 : 서울시립대학교 과학기술대학원, 2012
학위논문사항
Thesis(Master)-- 서울시립대학교 과학기술대학원 : 기계공학과 로보틱스 2012. 8
발행연도
2012
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
대한민국
형태사항
v, 76 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수:신동헌
소장기관
서비스 로봇 산업 기술은 지난 수십년 동안 눈부신 발전을 이룩해 왔다. 특히, 물체를 잡거나 사람과 상호작용을 하기 위한 연구는 사람과 거의 유사한 동작을 할 수 있을 정도의 장족의 발전을 이룩했다. 하지만, 이런 훌륭한 로봇 핸드는 대부분 아주 고가의 가격대를 형상하고 있어, 로봇 핸드를 이용한 연구가 활성화 되는데 실질적인 어려움이 있는 실정 이다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 저가형 로봇 핸드 개발에 관한 연구가 필요하다.
본 논문에서는 저가형 로봇 핸드를 개발하기 위한 과정 및 개발된 로봇 핸드에 대한 평가가 소개 된다. 로봇의 손가락은 텐던 매커니즘을 사용하여 요구되는 액추에이터의 수를 감소 시켰다. 이는 손가락의 MCP joint 만 자유도를 갖고, 나머진 PIP 및 DIP joint 는 각 관절에 연결된 링크에 의하여 수동적으로 구동되는 형태를 의미한다. 또한, 보다 큰 토크를 위한 2개의 리니어 액추에이터를 이용한 병렬 매커니즘이 도입 되었다.
기구설계는 각 손가락을 설계하기 위한 파라미터들을 계산하는 방법을 이용하여 진행 되었다. 이는 제한된 기구학적 조건 속에서, 로봇 손가락의 움직임의 범위를 사람의 손가락과 일치시키기 위하여 각 관절 및 링크의 길이를 정하는 방법론을 의미한다.
병렬형 액추에이터 및 손가락의 정기구학과 역기구학은 기하학적인 방법을 이용하여 풀이 된다. 기하학적인 방법은 자코비안 행렬이나 수치해석적인 방법과 비교하여 간단히 단일해를 계산할 수 있다는 장점이 있다.
로봇 핸드의 성능 평가는 풍부한 모션을 취할 수 있는 능력과 안정감 있는 파지 능력을 보여주었다. 하지만, 엄지와 검지 혹은 엄지와 중지만을 이용하여 물체를 집는 경우 기구학적인 한계로 인하여 불안정한 그립감을 보여 주었다.
본 연구는 저가형 로봇 개발에 대한 가능성을 보여준다. 그리고 이는 로봇 핸드 플랫폼을 필요로 하는 수많은 로봇 연구를 가속화 시키고 보급 시키는 원동력이 될 것으로 기대 된다.
핵심어 : 로봇 핸드, 병렬 구조, 인체 모방, 저가형
The technologies for service robots have made significant progress in the past decades. Especially, many robotic researches which is using robot hand to grasp and interact with human are extraordinarily improved enough to possibly make the almost similar movement as like the human hand. However, the price of those great robot hands is becoming the actual trouble to disseminate and accelerate robotic researches. Thus, there needs to be the researches to develop low cost robot hand.
In this dissertation, the process to develop low cost robot hand, and the evaluation of the manufactured robot hand are represented. The finger of the robot hand adopts the tendon mechanism, which means only the MCP joint has a active DOF, and other PIP and DIP joint are passively operated by connected links. Next, the parallel actuator mechanism which is composed of two linear actuators is adopted to offers more powerful torque.
The mechanical design is progressed with the methodological process to determine parametric lengths of the fingers. This is to make the motion reference of the robot finger as similar as possible to the human hand under constrained kinematics.
The forward and inverse kinematics of the parallel actuator and finger are solved by using geometrical approach. This is better than using jacobian matrix or numerical analysis because it can deliver atomic solution simply.
The evaluation of the robot hand capability showed rich motioning capability and stable grasping capability. But, when the robot hand picks up some tiny objects, the pose of the grasping was unstable because of the limitation of the kinematics.
This research shows the potentiality to develop low cost robot hands, and this could be the fundamental researches to disseminate and accelerate many robotic researches which require low price hand platforms.
Key words : Robot Hand, Parallel Mechanism, Bio-Mimetic, Low cost
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