마이크로 로봇 시스템의 지능 제어

심귀보 중앙대학교 생산공학연구소 1995 생산공학연구소 논문집 Vol.4 No.2

마이크로 지능화운동시스템(MIMS : Micro Intelligent Motion System) 또는 마이크로 지능로봇시스템(MIRS : Micro Intelligent Robot System)이 최근에 새로운 연구 topic으로 급격히 부상하고 있다. 수 천년에 걸친 인류의 역사를 통해서 인간은 자기들의 크기에 알맞은 기계의 개발에서부터 최근에는 대형 선박, 점보 제트기, 열차 등과 같은 거대한 기계까지 만들고 그 운동을 제어하고 있다. 한편, 일렉트로닉스의 세계에서는 미크론 오더까지의 가공이 가능하게 되었고, VLSI의 세계에서는 고도의 신호처리도 가능하게 되었다. 이 VLSI의 기술을 초소형 기계의 제작에 이용하여 마이크로 세계에서 물체의 운동을 제어할 수가 있다면 의학, 공학 등 정보 산업사회의 모든 분야에서 그 이용 가능성은 무한하다. 궁극적으로 MIRS의 연구는 초소형 기계를 제작하여 그기에 지능을 부여하려고 하는 연구이다. 이러한 MIRS를 실현하기 위해서는, 미크론 영역에서의 재료강도나 계면의 행동 등 극히 기초적인 마이크로 이공학 분야에서부터 초소형 기계의 제조 프로세서, 이들의 구동을 위한 액츄에이터, 환경 인식을 위한 센서, 지능을 부여하기 위한 지적 정보처리회로, 시스템으로써 움직이기 위한 시스템의 구축 등 전자공학, 전기공학, 기계공학, 제어계측공학, 시스템공학, 컴퓨터공학 등 거의 공학 전 분야에 걸친 연구의 발전이 필요하다. 본 논문은 미소전기계시스템의 여러 분야 중에서 [마이크로 로봇의 (지능) 제어]부분에 국한하여 이 분야의 연구내용과 문제점 그리고 앞으로의 연구방향 등을 고찰한다. A new engineering discipline called "Integrated Micro Motion Systems is emerging. During the last thousands year of history, Human beings have concentrated on the development of tools and devices of human size or larges. In the new discipline, the miniaturization of mechanical devices and systems is intensively studied down to the micro meters, as small as biological cells. Recently electronics technology has been developed on the basis of semiconductor micro-devices, so-called VLSI circuits of which the critical dimensions are measured in sub-microns. the influence of VLSI circuits are obvious, and they have had great impact on human society. The capability of VLSI circuits, however, is predominately in signal processing. Today, micro systems technology which incorporates mechanical motion with signal processing is in rapid progress by using the same fabrication processes as VLSI circuits. The goal of this particular field is to develop an integrated micro motion system which is composed of micro mechanical components, actuators, sensors and logic circuits, namely an "autonomous micro robot". The ultimate potential of this technology is still hard to describe. But, some of the applications would be in the bio-medical area, such as micro surgery and drug delivery, micro robots for assembly and manufacturing of electronic or optical devices. A new science based on this technology is also expected.

POE Formula를 이용한 모듈러 로봇 좌표독립 모델링

조영진,여인철,김영탁,안영명 중앙대학교 생산공학연구소 1999 생산공학연구소 논문집 Vol.8 No.2

모듈러 로봇은 우주, 건설산업, 원자력발전 및 여러 소비제품 생산분야에서 이미 오래 전부터 채용되어온 모듈러의 개념을 로봇에 적용한 것이다. 미리 규격화된 모듈을 응용작업 대상에 따라 효과적인 로봇구조로 조립하므로써 작업효율이 높은 로봇을 구성할 수 있게 한다. 따라서 모듈러로봇은 미리 정해진 한가지 로봇구조를 가지고 있지 않으며 더불어 관절간의 관계인 링크 파라미터도 정해져 있지 않다. 즉 로봇의 구조가 결정되어야 비로소 링크파라미터가 결정된다. 로봇구조에 따라 링크파마미터가 다르게 되고 모델링도 달라지는데 로봇제어를 위해서 그 때 마다 모델링을 해야 하는 것은 매우 번거롭고 시간과 노력을 요하는 일이다. 따라서 로봇구조에 상관없이 자동적으로 모델링이 가능한 수법의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 로봇의 모델링 기법으로써 계산량이나 컴팩트한 형태 때문에 최근에 많은 주목을 받고 있는 POE formula를 모듈러 로봇에 적용하여 로봇의 구조가 바뀌더라도 자동으로 모델링이 될 수 있는 방법에 대해 기술한다. Modularity in robotics is an extension of the general concept of modular system design which has been previously used in many areas as diverse as space applications, construction industry, nuclear power plants, and many consumer products. Modularity offers quick assembly of pre-constructed modules into robots which may have different kinematic configuration as given tasks. Thus modular robots have no pre-defined link and joint parameters, i.e., the link lengths, offsets, and joint twists. The kinematic model of a modular robot will be established only when its assembly configuration is determined. Therefore, a configuration independent kinematic and dynamic modeling techniques are necessary for the modular robots. In this paper, the configuration independent kinematic and dynamic modeling techniques for the modular robot is described. Product of exponentials (POE) formula is used for the modeling.

浦項粘土의 土質工學的 特性 硏究

김수삼,최병철 중앙대학교 생산공학연구소 1995 생산공학연구소 논문집 Vol.4 No.1

본 연구에서는 우리나라 포항 지역에 퇴적한 해성점토의 공학적 특성을 알기 위하여 9개의 주택단지를 대상으로 토질조사 자료를 수집하여 물리적 성질, 강도특성, 응력이력 및 압축특성을 조사·분석하였다. 그리고 국내와 세계 해안에 분포하는 연약지반의 공학적 특성을 비교, 검토하고, 토질정수간의 상관성을 정량적으로 분석하였다. In this study, to find out the engineering properties of the Pohang's clay, geotechnical data from site investigation were collected for the analysis of physical properties, strength characteristics, stress path and compression characteristics of marine-clay. Those data were compared with the data of soft marine clay from other countries and the correlations between soil parameters were also analyzed.

BGA 솔더 볼 로딩장치의 최적설계

이준환,이종원,구홍모 중앙대학교 생산공학연구소 1999 생산공학연구소 논문집 Vol.8 No.2

최근의 정보화 장비와 멀티미디어의 소형화 추세는 생산 설비중 반도체 패키지 기술레 힘입은 바 크다. BGA(Ball Grid Array types of package)와 CPS(Chip Scale Packages)는 QFP(Quad Flat Packages)를 대체하는 기술로 인정되고 있다. 볼을 탑재하는 장치는 기존에 진공 - 흡입장치가 많이 사용되어 왔다. 시소 타입 로더에서는 플래이트의 각도와 카트리지의 속도가 중요한 요소로 간주된다. 본 연구에서는 이에 대한 최적 속도와 각도를 제안하였다. With the trends of the recent micro-miniaturization of mutimedia and information equipment, electronic components packaging technology is playing a key role in production technology. BGA(Ball Grid Array thpes of package) and CSP(Chip Scale Packages) are replacing QFT(Quad Flat Packages). Vacuum-suction type loader is a popular loading device. For the seesaw type loader, the velocity fo cartridge and the angle of plate are very important elements. In this study, the optimal values of the velocity and the angle are proposed for the seesaw type loader.

Monitoring and Optimizing Catalytic Reactor Performance Using Activity Index

Shin, Se Hee,Lee, Seung Suk,Park, Young Ho 중앙대학교 생산공학연구소 1997 생산공학연구소 논문집 Vol.6 No.1

촉매반응기의 조작은 화학공학에서 중요한 부분이다. 현재의 촉매의 상태를 나타내는 지표를 정량화할 수 있다면 비교적 숙련되지 않은 엔지니어라 할지라도 반응기의 성능을 점검할 수 있다. 본 연구는 적절히 정의된 촉매 활성계수를 이용하여 이러한 목적을 달성하는 방법을 제시하는 것이다. 이 활성계수는 속도상수의 pre-exponential factor를 표준화하여 정의된다. propene의 수소와, 석유의 탈황 및 납사유분의 촉매개질반응을 예로 들어 활성계수의 이용법을 설명하였다. 상업용 반응기는 단열조건하에서 조업되기 때문에 pilot plant에서 등온조건하에서 얻어진 속도식을 사용하여 활성계수를 결정하는 방법을 제시하였다. 납사의 촉매개질반응에서는 촉매의 산도를 적정선으로 유지하는 것이 효율 최적화의 중요 요소인데 3 가지 형태의 계수를 사용하여 산도를 예측하는 방법을 제시하였다. 제시된 방법들은 결국 상업용 반응기에서 그 유용성이 입증되어야 할 것이다. 새로운 형태의 납사공정 모델 REFKIM에 대한 개요를 설명하였다. 납사공정 반응모텔의 개발은 가치있는 앞으로의 연구과제로 사료된다. The performance of catalytic reactors is a major concern for chemical engineers. If a quantitative measure of current catalytic activity is identified, the catalytic reactor performance can be closely monitored by relatively inexperienced engineers. The purpose of the present paper is to propose a method of monitoring catalyst performance by means of a suitable activity index. The activity index is a concept essentially based on a normalized pre-exponential factor. Propene hydrogenation, hydrodesulfurization of petroleum, and catalytic reforming of naphtha have been discussed. For naphtha reforming, in which a proper control of catalyst acidity is crucial for reactor optimization, three types of activity indices are proposed to diagnose the acidity lever. The ultimate usefulness of the proposed activity indices needs to be tested in commercial units. A new reforming kinetic model REFKIM currently under development in the author's laboratory is briefly described. Development of a practical but reliable reforming kinetic model is believed to be a challenging future research area.

이륜차 무단변속기(CVT) 구동풀리의 시물레이션

권영웅,우영환,이종원,길성진 중앙대학교 생산공학연구소 1999 생산공학연구소 논문집 Vol.8 No.2

CVT 메카니즘은 공학적 분야에 많이 사용되고 있으며, 특히 CVT의 구동폴리느 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 이륜차의 CTV를 국산화 할 계획의 일환으로 구동폴리를 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션한 결과느 구동폴리의 롤로 무게와 마찰 계수, 램프의 각변형을 통해 나온 수치르 장량화한 것이며, 이를 토대로 구동폴리의 각 요소들 즉, 롤러와 유동플랜지, 램프판 간의 상호관계를 규명하였다. CVT(Continuously Variable Transmission) mechanism has been used in many engineering applications. A driving pulley of CVT plays a vital role. In this study, computer simulation for a movable pulley was carried out for the purpose of producing a motorcycle CVT of Korean model. The effects of roller mass, friction coefficient, deformation of ramp plate on a given speed and torque during moving were quantified using the simulation results. Based on the simulation, relations between each component of driving pulley that consists of roller, movable flange and ramp plate etc. were investigated.

물성치의 대 변화를 고려한 상호 작용계의 동 해석

주영호,조성욱 중앙대학교 생산공학연구소 1994 생산공학연구소 논문집 Vol.3 No.1

물성치의 차이가 매우 큰 물질 간의 상호 작용 문제는 여러 분야의 공학 해석에서 나타난다. 일반적으로 유체-고체간 연성계의 거동을 예측하기는 어렵다. 따라서 연성계에 대한 일반적인 유한 요소 방법을 개발하기 위해 많은 노력이 이루어져 왔다. 연성계의 진동 해석에는, 주로 두가지 유한요소 정식이 사용된다. 고체영역 에서는 두가지 정식 모두 변위를 변수로 사용한다. 첫 번째 정식은 유체 영역을 압력 그리고/또는 전위로 기술하고, 두번째 정식은 유체 영역을 변위로 기술한다. 위의 두가지 유한요소 정식에는 각각의 장단점이 있다. 본 논문에서는 비교적 간단하지만 전형적인 연성계에 대한 해석적인 답을 구하였다. 또한 이 답을 이용하여 위의 두가지 유한요소 정식을 비교하였다. Fluid-structure interaction problems are encountered in many engineering analysis. In general, predicting the response of fluid-solid coupled systems is a difficult task. As a result, much effort has gone into the development of general finite element methods for coupled systems. For the vibration analysis of coupled systems, there are generally two approaches in terms of the variables used. In solid region, displacements are used as variables in both of the two approaches. For fluid region, one approach uses pressure and/or displacement potential as the variables. The other uses displacements as the variables for the fluid region. In this study, and analytical solution of a reasonably simple but typical coupled problem is sought. Then, this solution is used for the comparison between the two finite element approaches.

우리나라 해안에 적합한 표사량 산정식 이론의 선정을 위한 기초적 연구

최민성,김수삼 중앙대학교 생산공학연구소 1993 생산공학연구소 논문집 Vol.2 No.1

해안지역의 이용극대화에 대한 관심이 고조되면서 해안환경공학적인 연구의 측면에서 해안의 침식이나 퇴적의 원인이 되는 표사현상에 관한 정량적인 연구의 필요성이 증대되고 있다. 그러나 우리나라의 경우에는 아직 우리실정에 맞는 표사량산정식이 개발되지 못하고 있다. 그러므로 해외이론을 도입하여 활용하고 있으나 이에 따른 표사량산정식의 적합성에 관한 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 해안의 특성을 고려하여 대상해안에 적합한 표사량산정식의 선정을 위한 기초적인 지침을 제안하고자 하는 목적으로 최근의 표사량산정식에 관한 이론들을 선정하여 각 이론들의 특성 및 적용한계를 분석하고 이를 검증하기 위해 상주 해수욕장 해빈에 적용하여 수치계산을 통한 적용성을 검토하였다. 수치계산 결과 단기적인 해빈변화를 예측하는 안충표사량산정이론의 경우 Shibayama and Horikawa(1982)의 이론을 제외한 이론들이 실측치와 유사하게 나타나고 있었으며, 장기적인 해안선 변화를 예측하는 연안표사량산정이론의 경우에는 Kraus et al. 이론이 그 적합성이 가장 낮은 것으로 나타나고 있으나 관측된 실측치가 미약하므로 앞으로 장기간의 예측으로 실측치와의 비료를 행하여 관련이론들의 검증이 이루어져야 한다고 사료된다. There has been more interests in the use of the seashore in this days and thus the needs for the quantitative study of the sediment transport phenomenon which causes the beach change have increased. In the case of Korea, the theory of sediment transport rate that fits for condition considering regional characteristics, has not yet developped, thus used the theory from foreign country so that there has been some problems related to its suitability. Hence, this study has carried out that suggest a fundermental guideline for the selection of sedimenttransport rate theory which is suitable for the object beach through the comparison of experimental condition and the analysis of characteristics of related recent sediment transport rate theories. In order to verify the actual possibility of application of related theories, performed the numerical simulation with SANG JU BEACH located in southern seashore of Korea as a object beach. As a result from the numerical simulation with SANG JU BEACH, for the theory of cross-shore sediment transport rate, except for the theory of Shibayama and Horikawa(1982), most theories generally agree with the measurement values, which shows the possibility of application. For the theory of longshore sediment transport rate, the possibility of application of the theory of Kraus et al. which showed great changes in short term seems to be the lowest, so further comparison with the measurement values is required.

컨덴서형 단상 유도전동기의 해석 및 설계에 관한 연구

정태경,김우정 중앙대학교 생산공학연구소 1999 생산공학연구소 논문집 Vol.8 No.2

컨덴서 운전형의 전동기를 설계하는 방법에는 크게 나누어 두 가지 방법이 있다. 첫째 방법은 현재 가지고 있는 코아와 엔드링을 사용하고 동선과 컨덴서 등을 변경하며 특성설계를 하는 것이다. 특성설계를 위해서 회로정수들을 코아와 엔드링, 동선 등에서 구하고 등가회로를 구성하여 특성해석 및 설계를 하고 계산과정의 타당성을 확인하기 위해서 특성해석 결과를 측정값과 비교한다. 특성설계의 계산을 용이하게 하기 위해서 회로정수들의 값을 변화시켜 가면서 반복하여 특성설계를 할 수 있다. 두 번째는 특성에 맞추어 코아 및 엔드링의 설계를 새롭게 하는 것이다. 이 설계법은 설계자의 지식과 경험에 의한 설계로 최적의 설계가 어렵고 설계에도 시간과 투자가 많이 필요하다. 기기의 최적설계는 전역 최대점 외에 목적함수의 크기가 거의 같은 국소 최대점들이 여러 개 존재하며 이러한 국소 최대점은 작업성, 재료비 등과 같이 생산적인 측면에서 차이가 날 수 있다. 이러한 최적화 문제에 적합한 것이 Niching 유전알고리즘으로 탐색공간에서 여러 해를 동시에 찾을 수 있다. 목적함수를 효율로 하여 선택된 최적화 후보들 중에서 몇 가지 기준으로 평가를 하여 최적의 설계를 찾을 수 있다. There twe methods in designing a permanent split-capactior motor. The first method is using the current core and endring and changing the winding specification and capacitor and doing a charactersistic design. To do the characteristic design, obtain circuit constants from core, endring, and windings and constitute a equivalent circuit and then perform a characteristic analysis and design. To confirm the calculation process, compare the results from the characteristic analysis with the actual measurement results. To make the calculation of a characteristic design easier, the characteristic design can be done by reiteratio, changing the values of circuit constants. The second method is making a new design of the core and endring to fit the characteristics. This design method needs a lot of knowledge and experience of designers and it is defficult to make a optimal design. Also the design needs a olt of time and investment. In the optimal design of the electromagnetic devices, there are not only global optimal points but also local optimal points which may be actually almost equal in terms of efficiency. These local points could be different in the production aspects such as material cost, ease of manufacture, and etc. The one of the suitable methods for these optimization problems is niching method. It help to find multiple solution at the same time in the search space. The optimal design can be found by setting up the pbjective function to efficiency and evaluating the selected optimal candidates based on the standards.

동적 귀환 신경망에 의한 비선형 시스템의 동정

심귀보,이상환,전효병 중앙대학교 생산공학연구소 1997 생산공학연구소 논문집 Vol.6 No.2

최근들어 비선형 동적 시스템의 동정을 위한 동적 귀환 신경망에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 일반적으로, 신경망의 연결강도를 학습시키기 위해서는 역전파 학습규칙이 사용되고 있다. 그러나, 이 방법은 많은 복잡한 계산과정을 필요로 하게 되고, 지역 최소값에 빠질 가능성이 매우 높다. 따라서 본 논문에서는 동적 귀환 신경망을 이용하여 비선형 동적 시스템을 동정하기 위한 새로운 방법을 제안한다. 뉴런의 연결강도를 학습시키기 위해서 본 논문에서는 진화전략을 사용한다. 주 연산자로서 돌연변이를 갖는 진화전략에 의해 학습된 동적 귀환 신경망은 플랜트 에뮬레이터로서 역할할 수 있게 된다. 또한 진화전략의 적합도 평가 함수는 플랜트의 출력과 신경망의 출력간의 오차에 기반을 둔다. 비선형 동적 시스템을 동정하는 새로운 방법은 2축 로봇 메니퓰레이터의 시뮬레이션에 적용하여 그 가능성과 유효성을 검토한다. Recently, dynamic recurrent neural networks(DRNN) for identification of nonlinear dynamic systems have been researched extensively. In general, dynamic backpropagation was used to adjust the weights of neural networks. But, this method requires many complex calculations and has the possibility of falling into a local minimum. So, we propose a new approach to identify nonlinear dynamic systems using DRNN. In order to adjust the weights of nonlinear dynamic systems using DRNN. In order to adjust the weights of neurons, we use evolution strategies, which is a method used to solve and optimal problem having many local minimums. DRNN trained by evolution strategies with mutation as the main operator can act as a plant emulator. And the fitness function of evolution strategies is based on the difference of the plant's output and DRNN's outputs. Thus, this new approach at identifying nonlinear dynamic system, when applied to the simulation of a tow-link robot manipulator, demonstrates the performance and efficiency of this proposed approach.