Transmission Characteristics on Wire-Driven Links of a Bridge Transported Servo Manipulator for the ACP Equipment Maintenance

사용후핵연료 차세대관리 공정장치 유지보수용 천정이동 서보 매니퓰레이터 와이어 구동부 동작특성

A bridge transported servo manipulator (BTSM) system for the advanced spent fuel conditioning process (ACP) has been developed to overcome the limitation of access, which is a drawback of mechanical master-slave manipulators (MSM) for the equipment maintenance. The servo manipulator is composed of a slave manipulator attached to the telescoping tubesets equipped with the overhead bridge installed at a hot cell and a master manipulator installed at an out-of-hot cell. Each manipulator has 7 degrees-of-freedom (DOF): a body rotation, an upper-arm tilt, a lower-arm tilt, a lower-arm rotation, a wrist pan & tilt, and a grasp motion. A wire-driven mechanism for a lower-arm rotation, a wrist pan and tilt, and a grasp motion of the manipulator has been adopted to increase the handling capacity compared to the manipulator weight and decrease the friction. The main disadvantage of the wire-driven mechanism is that if one link is in motion, other links can be affected. In this paper, the transmission characteristics among the wire-driven links have been formulated to overcome this drawback. The unexpected behaviors are confirmed by analyses of transmission characteristics as well as experiments. Also, the experimental results show that the unexpected behaviors are greatly decreased by the proposed compensation equations.

기계식 마스터-슬레이브 매니퓰레이터의 결점인 접근 지역의 제한을 극복하기 위해 차세대관리 공정장치 원격 유지보수용 천정이동 서보 매니퓰레이터(Bridge Transported Servo Manipulator, BTSM) 시스템을 개발하고 있다. 서보 매니퓰레이터는 핫셀 내 천정이동 브릿지(bridge)에 부착되는 슬레이브 매니퓰레이터와 핫셀 밖 운전지 역에 설치되는 마스터 매니퓰레이터로 구성된다. 각각의 매니퓰레이터는 몸체 회전, 상부 팔 틸트(tilt), 하부 팔 틸트, 하부 팔 회전, 손목 팬/틸트(pan & tilt) 및 잡는 운동(grasp motion)의 7 자유도를 갖는다. 하부 팔 회전, 손목 팬/틸트 및 잡는 운동은 매니퓰레이터의 무게에 비해 취급 용량을 크게 하고, 마찰을 작게 하기 위하여 와이어 구동 메카니즘을 채택하였다. 그러나, 와이어 구동 메카니즘은 한 축이 움직일 때 다른 축도 영향을 받을 수 있는 단점이 있다. 본 논문에서는 이와 같은 단점을 극복하기 위해 와이어 구동 링크(link) 사이의 전달 특성을 수식화 하였다. 와이어구동 링크들간의 전달특성 분석 및 실험을 통해서 이들의 기대하지 않은 동작 특성을 확인하였다. 또한, 제안한 보상식을 통해서 기대하지 않은 동작을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.