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휠체어의 승차감 및 주행 안정성 향상을 위한 지능형 서스펜션 개발에 관한 연구
전금상(G. S. Jeon),최성대(S. D. Choi) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
보행 장애인의 수가 매년 증가함에 따라 보행 장애인들의 활동영역 또한 확대되고 있으며 휠체어 단순 주행뿐만 아니라 경사로, 요철, 도로 턱 등 다양한 환경에서의 주행 품질에 대한 직전인 수요가 증가하고 있는 추세이다. 주행 품질 향상을 위한 요소 중 하나인 서스펜션 기술은 현재 대부분의 이동 수단에서 탑승자의 피로도를 감소시키고 주행 만족도를 향상 시키는 등 주행 품질을 향상 시키기 위한 핵심 기술로써 개발되고 있으나 많은 이용자들이 사용하는 자동차, 오토바이, 자전거 등에 한정되어 있는 실정이다. 휠체어의 경우 일반적인 이동수단을 사용하는 탑승자와는 달리 보행 장애인이 탑승한다는 점에서 주행에 대한 상호작용이 크기 때문에 서스펜션 기술의 적용이 더욱 필요하다. 휠체어의 주행은 도로뿐만 아니라 인도, 요철, 험로를 주행하는 경우도 배제할 수 없으며 따라서 본 연구를 통해 노면의 상태를 모니터링하여 노면의 상태에 따라 서스펜션의 강성을 능동적으로 조절함으로써 전동 휠체어에 적용 가능한 능동형 서스펜션을 제작하고자 하였다. 서스펜션은 노면의 진동을 감지하기 위한 진동 센서와 보드와 강성 조절이 가능한 쇽업쇼버와 스프링, 쇽업쇼버의 강성 조절 다이얼을 회전하기 위한 모터로 구성되며 진동 센서를 통해 노면에서 읽어들인 진동의 크기를 바탕으로 모터의 회전력이 벨트를 통해 쇽업쇼버의 강성 조절 다이얼로 전달 됨으로써 쇽업쇼버의 강성 조절 다이얼을 회전시키게 되고, 이를 통해 휠체어 서스펜션의 강성을 능동적으로 조절하게 된다.
텔레스코픽 실린더 구조를 갖는 소형 약물 주입 모듈 개발
전금상(G. S. Jeon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
자동 약물 주입기 또는 주사기는 전기나 공압 등 동력을 이용하여 자동으로 약물을 피부에 주입하는 의료기기이다. 이러한 약물 주입기 또는 주사기는 사용 목적이나 시술 부위에 따라 다양한 형태가 있으나, 전기를 동력으로 사용하는 주사기는 일정한 압력으로 정밀한 약물 주입이 가능한 리니어 모터가 주로 사용되고 있다. 이러한 리니어 모터를 동력으로 사용하는 약물 주입기는 주사기의 변위를 조절하기 위한 스트록 거리에 따른 리니어 모터 구조로 인하여 소형화에 제약이 있다. 본 논문에서는 반려동물의 자가 접종을 위하여 정밀한 약물 주입이 가능한 텔레스코픽 실린더 구조를 갖는 소형 약물 주입 모듈을 제안하고 메커니즘에 대한 성능을 확인하고자 동역학 해석 기법을 이용하여 특성을 분석하고자 한다. 약물 주입 모듈은 주사기의 변위 조절을 위한 스트록 거리를 확보하면서 리니어 모터 길이를 줄이기 위하여 3 단 텔레스코핑 실린더 구조를 설계하였다. 제안한 리니어 모터의 길이는 동일한 스트록 거리를 갖는 기존 리니어 모터 약 40%로 길이를 줄였다. 약물을 주입하기 위한 리니터 모터 실린더의 내부 저항은 주사기의 이동거리에 비례하여 증가한다. 약물 주입 모듈 내부에 높은 저항력이 발생할 때 설계된 메커니즘으로 약물을 주입할 수 있는지 동역학 모델링을 통하여 성능을 검증하였다. 본 연구에서는 정밀한 약물 주입이 가능한 텔레스코픽 실린더 구조를 갖는 소형 약물 주입 모듈을 설계하고 성능을 검증하였다. 기존 자동 주사기에 사용되는 리니어 모터를 대체하여 제안한 약물 주입 모듈은 소형 자동 주사기에 활용될 것으로 기대된다.
복강경 수술을 위한 병렬형 로봇(3DOF) 설계에 관한 연구
전금상(G. S. Jeon),허영준(Y. J. Heo) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
현재 복강경 수술은 어시스트 인원이 복강경 카메라, 수술 도구 등을 고정해주는 작업이 필요하며 이러한 작업은 단순반복, 지속적 행위로 분류 할 수 있다. 실제로 이러한 문제를 해결하기 위해 복강경 수술에 어시스트 인원을 대체할 수 있는 로봇이 활용되고 있지만 해당 로봇은 시리얼 형태의 로봇으로써 작업 반경이 넓다는 장점을 갖고있는 반면 자중 대비 가반 하중이 낮기 때문에 로봇의 크기가 커질 수 밖에 없으며 따라서 로봇의 가격이 높아지기때문에 환자에게 부담을 가중하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구를 통해 여러 개의 다리가 매니플레이트를 지지함으로써 강성이 우수하며 높은 정밀도를 요하는 작업에 적합한 병렬형 델타 로봇을 소형으로 설계하여 복강경 수술에 적용하고자 한다. 기존의 델타 로봇의 형태는 상부에 지지대가 위치하고 아래에 위치하는 이동 플랫폼이 움직이게 되지만 복강경 수술에 적합한 형태로 변형하여 아래에 지지대가 위치하고 상부에 있는 이동 플랫폼이 움직임으로써 복강경 수술과 동일한 위치에 RCM 지점이 위치하게 되고, 따라서 고 직관성 가지게 되며, 각 다리를 연결하는 조인트를 너클 조인트로 구성하여 회전에 대한 한계를 최소화 하고자 하였다. 또한 수술 시 간섭을 최소화 하기 위해 로봇의 작업 반경과 수술 시 필요로 하는 작업 반경을 일치시킨 소형 로봇을 설계하여 1 인 다기구 조작이 가능한 로봇에 대해 연구함으로써 복강경 수술 시 소요되는 고급 인력의 낭비를 줄일 수 있는 복강경 델타 로봇에 대해 연구하였다.