• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.289-294
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• 2014

일반적으로 산업용 로봇은 가반중량에 비해서 매우 큰 자중을 가지게 되며, 이로 인한 큰 중력토크를 보상하여야 하므로, 고사양의 모터/감속기를 사용하게 되어 제조단가가 높아진다. 이러한 머니퓰레이터의 자중 및 가반중량을 기계식 중력보상장치로 보상하게 된다면, 모터/감속기 사양을 크게 낮추어서 제조단가를 낮출 수 있다. 그러나 기존의 와이어 기반의 중력보상장치의 경우, 내구성 및 파손 등의 문제로 실용성이 낮았다. 본 연구에서는 이를 개선하고자 기어 및 롤러 기반의 내구성 높은 중력보상장치를 개발하고, 이를 사용하여 낮은 용량의 모터/감속기로도 가반하중 목표를 만족시킬 수 있는 중력보상 장치를 탑재한 머니퓰레이터를 개발하였다. 본 연구에서는 다양한 시뮬레이션 및 실험을 통하여 제안한 중력보상장치가 머니퓰레이터의 모든 자세에 대해서 중력에 대한 완전한 보상토크를 제공하였으며, 큰 가반하중에 대해서도 적절한 보상토크를 제공할 수 있음을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권6호
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• pp.469-475
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• 2017

최근 산업현장에서 작업자들의 장시간 작업으로 인한 사고 및 부상의 위험을 방지하기 위하여 작업자들의 근력을 보조할 수 있는 외골격 근력보조 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존의 외골격 장치들은 작업자의 근력을 보조하기 위하여 모터의 동력을 사용하므로, 고가일 뿐만 아니라 오작동의 위험이 있어서 산업현장에서 매우 제한적으로 사용되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 연구에서는 센서 및 모터 없이 순수 기계요소들만으로 구성된 근력보조 외골격 장치를 설계 및 제작하였다. 본 외골격 장치는 사람의 손목 관절을 제외한 어깨, 팔꿈치 관절의 동작이 추종 가능하며, 팔의 자중에 의한 중력토크를 상쇄 가능한 중력보상장치를 탑재하여 작업자의 팔에 대한 근력보조를 수행한다. 개발된 외골격 장치의 성능을 검증하기 위하여 EMG 센서를 이용한 근전도 비교 실험을 수행하였고, 실험 결과를 바탕으로 외골격 장치의 근력보조 성능을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권1호
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• pp.103-108
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• 2012

본 논문에서는 수직다관절 로봇에 걸리는 중력 토크를 보상하는데 주로 사용되는 스프링 중력보상장치의 최적설계에 대하여 기술하였다. 스트레스, 좌굴, 피로 조건과 같은 스프링 설계에 대한 다수의 비선형 제약 조건을 반영하면서, 동시에 계산 시간을 줄이기 위하여, SQP(Sequential Quadratic Programming)를 적용하였다. 또한 정수해를 가져야 하는 설계 변수를 반영하기 위하여, Continuous Relaxation 방법을 사용하였다. 시뮬레이션을 통하여 설계된 중력보상 장치가 주요 작업 영역에서 추가의 무게 증가 없이 중력 보상 성능이 효과적으로 높아짐을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권7호
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• pp.583-591
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• 2018

본 논문에서는 하나의 큰 태양전지판 전개시험을 위해 새로운 전개시험장치를 제안하였다. 지상에서 전개시험을 수행하기 위해서는 궤도에서와 유사한 무중력 환경을 만들기 위해 중력 보상을 고려한 장치를 사용해야 한다. 기존에 주로 사용되는 전개시험장치를 시험하고자 하는 태양전지판 전개에 적용 가능한지 판단하기 위해 간단한 개념설계, 해석 그리고 시험 등을 통해 장단점을 분석하였다. 지상 시험의 문제점인 공기저항 문제를 해결하기 위해 더미 프레임을 제안하였으며 중력축과의 정렬 문제를 해결하기 위해 전개 장치에 자동조심 베어링 및 조절나사를 적용하였다. 그리고 테잎 스프링 힌지축의 변화를 보상하기 위해 반지름 방향 이동을 위한 수평 이동 베어링이 적용되었다. 이로부터 본 논문에서 전개하고자 하는 태양전지판에 특성화된 새로운 전개시험장치를 개발하고 검증함으로써 기존 전개시험장치의 문제점을 해결하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권2호
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• pp.481-488
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• 2000

This paper presents a new passive gravity -compensating system for articulated robot manipulators. The system, which consists of linear zero- free -length springs, achieves exact counterbalancing o f the gravitational loads throughout the entire range of the manipulator workspace, A basic concept is to design springs such that the total potential energy of the system including the manipulator and the springs should be maintained constant. A prototype has been developed for a direct-drive five-bar manipulator and its performances have been investigated. Results show that the gravity-induced motor torques have been reduced to less than 5% of those of uncompensated robots. Also, the gravity-compensating system simplifies the position control algorithm while maintaining the trajectory-tracking errors in a satisfactory level. In conclusion, the proposed system efficiently improves the manipulator performances by reducing the driving motor size and the energy consumption as well as by simplifying the control systems.

• 한국정밀공학회지
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• 제28권4호
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• pp.455-462
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• 2011

This paper is about the design of a new gravity compensator for the lower body exo-skeleton device. The exo-skeleton devices is for increasing the torque of the human body joint for the purpose of helping the disabled, workers in the industry, and military soldiers. So far, most of studied exo-skeleton devices are actuated by the motors, but motors are limited in energy such that a short durability is always a big problem. In this paper, a new gravity compensator is proposed to reduce the torque load applied to human body joints due to gravity. The gravity compensator is designed using a tortional bar spring, and its structure and characteristics are studied through the test and computer simulation. A design concept on the exo-skeleton device using the gravity compensator is presented. An analysis and computer simulation on the torque reduction of the proposed exo-skeleton device that applies and non-applies the gravity compensator are performed.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권5호
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• pp.23-28
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• 2019

In recent years, medium- to large-scale transportation machinery and machine tool manufacturing process lines have shown a trend toward centralization, softening, lightening, and slimming to reduce costs and increase productivity. This has increased the demand for vertical articulated robots. When developing and introducing a heavy weight-handling robot that can be easily applied to existing production lines, it is expected to have a great effect in securing industrial competitiveness by solving industrial issues such as the decreased productivity and increased risk of accidents due to work involving heavy lifting. In this study, we design a 6-axis robot mechanism with a heavy load-handling capacity of 700kg or more for large-sized materials of various types supplied in small quantities.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.67-68
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• 2013

• 한국기계가공학회지
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• 제21권8호
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• pp.9-18
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• 2022

As the COVID-19 continues, the demand for robotic technology that can be applied in face-to-face tasks such as delivery and transportation, is increasing. Although these technologies have been developed and applied in various industries, the robots can only be operated in a tidy indoor environment and have limitations in terms of payload. To overcome these problems, we developed a 2 degree of freedom(DOF) environmental adaptive robot leg with a double 1-DOF counterbalance mechanism (CBM) based on wire roller. The double 1-DOF CBM is applied to the two revolute joints of the proposed robot leg to compensate for the weight of the mobile robot platform and part of the payload. In addition, the link of the robot leg is designed in a parallelogram structure based on a belt pulley to enable efficient control of the mobile platform. In this study, we propose the principle and structure of the CBM that is suitable for the robot leg, and design of the counterbalance robot leg module for the environment-adaptive control. Further, we verify the performance of the proposed counterbalance robot leg by using dynamic simulations and experiments.

• 로봇학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.11-18
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• 2017

Static balance of an articulated robot arm at various configurations requires a torque compensating for the gravitational torque of each joint due to the robot mass. Such compensation torque can be provided by a spring-based counterbalance mechanism. However, simple installation of a counterbalance mechanism at each pitch joint does not work because the gravitational torque at each joint is dependent on other joints. In this paper, a 6 DOF industrial robot arm based on the parallelogram for multi-DOF counterbalancing is proposed to cope with this problem. Two passive counterbalance mechanisms are applied to pitch joints, which reduces the required torque at each joint by compensating the gravitational torque. The performance of this mechanism is evaluated experimentally.