일반적인 기구학의 개념은 기계를 구성하는 부품의 상대운동을 연구하는 학문이다. 즉, 기구학은 기계를 구성하는 부품의 강성이나 힘 등은 배제하고 단지 기계를 구성하는 부품의 서로 상대적인 운동관계만을 연구하는 학문이다. 따라서 기구학 해석에 있어서도 변위, 속도, 가속도만을 연구하게 되며, 해석방법에 있어서도 과거에는 도식적인 방법을 사용했으나 최근에는 컴퓨터를 이용한 방법이 보편화되어 있다.(중략)
뱀형 로봇은 자유도보다 액추에이터의 수가 적은 논홀로믹 구속조건(nonholonomic constraint)을 가지며, 단순한 신체구조 이지만 초-여유자유도 구속조건(hyper-redundant constraint)을 이용해서 기밀한 운동과 다양한 기능을 만들어내는 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 6개의 관절로 각 링크가 2차원 상에서 직렬로 연결된 뱀형 로봇의 기구설계 및 기구학과 동력학을 바탕으로 설계된 기구에 대해 해석하여 운동방정식을 유도하여 추진원리와 운동원리에 관하여 알아본다. 기본적인 운동 메커니즘을 해석하여 구현한 알고리즘을 제작한 로봇에 적용하여 추진 원리와 운동원리를 검증한다. 실험용 로봇은 링크 중앙에 법선 방향으로 마찰력이 발생할 수 있도록 수동바퀴를 가지고 있으며, PC와 RF(Radio Frequency)로 직렬통신을 하며 PC에서의 운동 명령의 조작에 의해 전진, 후진, 좌/우 방향으로 회전을 할 수 있도록 운동 알고리즘을 적용할 수 있도록 제작되었다. 특징으로는 일반적으로 토크를 입력으로 하지 않고 각도를 입력으로 하여 관절을 제어하고 있다는 점이 있으며, 운동방정식 또한 이에 대한 관계를 바탕으로 유도한 것이다.
본 연구는 야외 운동기구에 대한 안전기준이 마련되어 있으며, 제품 안전검사를 평가하는 TUV 기준을 적용하여 국내 거주지 주변에 보급된 야외 운동기구 제품의 안전성 실태를 규명하고 평가하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고 조달 판매량이 많은 12업체를 선정하고, 판매 선호도가 높은 10개의 야외 운동기구 제품을 대상으로 현장조사를 통해 평가한 결과, 안전성 평가 요구조건에 대한 야외 운동기구 평균 합격률이 55.1%로 평가되었다. 그리고 야외 운동기구의 고정상태에 대한 요구조건은 안전성이 높게 평가되었지만, 이용되는 유동 상태에 대한 요구조건은 안전성이 낮은 것으로 밝혀졌다. 또한, 판매 선호도가 높은 운동기구 제품이 다른 제품에 비교하여 안전성이 낮게 평가되었으며, 제작 업체에 따른 안전성 평가의 차이는 없는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 국내에서 보급되는 운동기구의 안전성이 높다고 볼 수 없으며, 향후 이용 중의 사고예방을 위해 법제정을 통한 안전기준 마련의 시급성을 시사하고 있다고 사료된다. 이러한 안전기준 마련은 사고예방뿐만 아니라, 야외 운동기구의 제작 업체의 경쟁력 강화에도 영향을 미칠 것으로 판단된다.
노인의 평형성 향상과 근력강화 운동을 병행할 수 있는 운동기기 개발을 위해 병렬형 구형관절 모듈을 채택하였다. 병렬형 구형관절 모듈은 링크 2개, 회전관절 3개의 조합으로 된 다이애드 3조가 병렬로 설치되어 있고 모든 회전축은 모듈의 중간 위치에 교차하여 3자유도 회전운동이 가능하다. 본 연구에서는 구형관절 모듈의 기구학 및 동역학 해석을 실시하였으며 제어프로그램을 위한 순방향 및 역방향 위치해석에 대한 수학적 해석해를 도출하였다. 속도 및 가속도해석에서는 임의의 다이애드 내의 관절속도 및 가속도에 대한 상판 속도 및 가속도의 관계식을 유도하였다. 본 연구에서는 재활운동기구로서 사용하기 위해서 50대 이상 한국인 표준 남성에 대한 모델을 선정하여 동역학 모델 시뮬레이션을 통하여 이러한 결과의 유효성을 검증하였다.
일반적으로 기구라 함은 어떤 한정된 상대운동을 할 수 있도록 각종 Joint로 연결된 여러 강체들의 조합을 의미한다. 또한 기구는 많은 기계적 장치들의 가장 중요한 설계인자중의 하나라 할 수 있는 기하학적 특성들을 구현할 수 있도록 구성되어지며, 그 기하학적 특성은 주로 주 관심 대상인 강체의 기준 강체에 대한 궤적 특성이라 할 수 있겠다.(중략)
액체 금속로(LMIR) 핵연료교환장치의 기본설계를 위해서는 여러 분야(예를 들면, 기구학, 동역 학, 재료역학 등)의 해석을 동시에 수행해야 한다. 그러나 이와 같은 해석들은 각각 별개로 연속적으로 수행되는 것이 아니라, 상호 유기적인 연관을 갖고 수행되어야 한다. 이와 같은 해석에 적합한 기법이 MDO 기법이다. 본 논문에서는 MDO기법에 의한 핵연료교환장치 구조해석의 한 단계로 핵연료교환장치의 기구 동역 학 해석을 수행하여 핵연료 교환장치 작동에 대한 기구운동학적 특성 및 동역학적 특성을 분석하였다. 분석결과 해석대상 핵연료교환장치는 예상한대로 원활하게 작동됨이 확인되었다. 아울러 이 분석 결과를 토대로 핵연료교환장치의 정적 휨 변형을 구하기 위한 재료역학해석에서 요구되는 정적구조를 결정하였다.
생활수준 향상과 의료기술의 발달로 평균수명이 꾸준하게 연장되고 있으며, 저출산이 굳어지고 기대수명이 길어지면서 유소년인구는 감소하는 반면, 고령 인구는 꾸준히 증가하고 있다. 시간과 생활에 여유가 있는 노인이 늘어나면서 건강관리에 대한 관심이 높아져 주로 걷기, 산책 등 큰 비용을 들이지 않고 운동장이나 공원에서 운동을 즐기는 노인이 점차 늘어나고 있다. 근린공원이나 약수터 등지에서 쉽게 볼 수 있는 야외운동기구는 노인의 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 건강증진 도구가 될 수 있으며, 야외운동기구 사용설명 사인은 노년층 사용자를 고려하여 가장 먼저 나타나는 노화의 현상인 시력 감퇴를 고려한 디자인을 해야 하며, 안전사고 예방을 위해서도 이의 적절한 디자인에 따른 정확한 정보전달은 매우 중요하다. 이에 따라 본 연구에서는 야외운동기구 사용설명 사인에 대한 노년층의 인지 여부와 인식 상의 문제점을 알아보기 위해 노년층을 대상으로 사용자 관찰 및 면접 조사를 실시하였다. 그 결과, 주의사항의 강조나 글씨 크기에 대한 문제점이 지적되었으며 글(문자) 위주의 설명보다 그림이나 사진 위주의 설명이 필요함을 알 수 있었다. 또한, 외래어 사용의 자제, 보편적인 단어 사용, 사인 내 운동 효과 포함에 대한 요구가 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서는 사용자 관찰 및 면접 조사를 토대로 야외운동기구 사용설명 사인의 가이드라인을 제안하였다.
본 글에서는 로봇의 운동학적 및 동력학적 문제를 풀기 위한 기본적 이론과 그 적용례를 들었다. 운동학적 고찰은 로봇 링크의 위치와 방향을 설정하기 위한 동차변환에 근거하여 이루어졌고, 기준좌표계와 조인트 좌표계사이의 정변환과 역변환이 정운동학과 역운동학적 과정에서 고찰되 었다. 동력학적 과정에서는 로봇은 능동기구로 간주하여 운동방정식이 유도되었으며 이 유도 과정에서 운동학적 분석결과가 어떻게 사용되는가를 살펴보았다. 한편 유도된 운동방정식이 어떻게 활용되는가를 정동력학과 역동력학적 과정을 통하여 살펴보았으며 이러한 과정들은 로 봇의 설계, 모델링(simulation), 제어 등 연구에 기초이론으로 사용됨을 적용례를 통하여 보였고 일반적으로 정운동학, 역운동학, 역동력학, 정동력학의 순으로 전개됨이 합리적이라는 것을 인 지하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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