에너지 효율 향상을 위한 직렬형 머니퓰레이터의 관성 파라미터 설계 최적화 방법

황순웅(Soon-Woong Hwang),김현국(Hyeon-Guk Kim),최윤성(Youn-Sung Choi),신규식(Kyoo-Sik Shin),한창수(Chang-Soo Han) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.11

이 논문은 직렬형 머니퓰레이터의 관성 성질을 고려하여 에너지 효율을 향상 시키기 위한 설계 방법에 대해 논하였다. 이 방법은 운동방정식에 가장 많은 영향을 끼치는 관성 행렬을 분석하여 최적화 문제의 구속 조건에 대입하는 방식이다. 이를 위해, 첫 번째로 초기에 설계된 머니퓰레이터에 대한 동적 모델링을 도출하고 여기서 표현되는 관성 행렬의 특성을 분석한다. 두 번째로 분석된 관성 행렬의 변화 정도를 정량화하는 지표를 정의하여 구속 조건과 설계 파라미터의 경계조건을 설정하였다. 마지막으로 토크를 목적 함수로 정하고 앞서 정의된 구속 조건과 경계조건을 통하여 최적화를 수행한다. 또한, 목적 함수 외에 관성, 에너지 및 질량에 관련된 보조 지표를 정의하고 최적화된 파라미터가 요구성능을 만족하는지 다시 한번 확인하는 과정을 거치는 설계 알고리즘을 제안하였다. 제안한 설계 알고리즘의 수행 결과로 토크 최소화를 통하여 에너지 효율이 향상되었으며, 제안된 방법을 공간상의3 자유도 직렬 머니퓰레이터에 시뮬레이션 테스트 하였다. 이 설계 알고리즘은 일반적으로n 자유도를 가지는 머니퓰레이터에도 적용이 가능하다 This paper presents a design methodology for improving the energy efficiency by considering the inertial properties of serial manipulators. This method employed is to put the inertia matrix, which has a critical effect on the equation of motion, into the constraints of the optimization problem. Through the optimization process, we propose a design algorithm that can double-check whether the optimized parameters satisfy the required performance or not by using an auxiliary index associated with the inertia and energy. Using this design algorithm, we were able to improve the energy efficiency by minimizing the torque. We applied this method to a 3 degrees of freedom serial manipulator and simulated it.

라그랑지 보간법을 이용한 로봇 매니퓰레이터의 토크 최소화를 위한 궤적계획

라로평(Luo, Lu-Ping),황순웅(Hwang, Soon-Woong),한창수(Hahn Chang-Su) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.4

본 논문에서는 로봇 매니퓰레이터의 토크 최소화를 위한 궤적계획을 위해 라그랑지 보간법을 이용한 Algorithm을 제안하였다. 이를 위해 로봇 매니퓰레이터의 위치에 대한 구속조건이 주어지고 안정성이 보장되어야 한다. 라그랑지 보간법 의 Runge’s 현상을 회피하기 위해 Chebyshev 보간점을 이용하여 시간 보간점을 설정하였고, 이에 대응하는 최적각도를 찾아 내어 라그랑지 보간법을 이용한 매끄러운 관절의 각도, 속도, 가속도 궤적을 얻을 수 있다. 로봇 매니퓰레이터의 토크 소비 최적화를 위한 성능지표를 선정하였으며, 계산된 궤적을 통해 이 성능지표가 최소값을 가지도록 반복 계산하는 과정을 거친 다. 이를 통해, 토크와 성능지표를 최소화 시키는 최적의 궤적을 얻을 수 있으며, 로봇 매니퓰레이터가 작업을 수행하기 위한 움직임의 안전성을 보장한다. This paper proposes an algorithm using Lagrange interpolation method to realize trajectory planning for torque minimization of robot manipulators. For the algorithm, position constraints of robot manipulators should be given and the stability of robot manipulators should be satisfied. In order to avoid Runge’s phenomenon, we set up time interpolation points using Chebyshev interpolation points. After that, we found suitable angle which corresponds to the points and then we got trajectories of joint's angle, velocity, acceleration using Lagrange interpolation method. We selected performance index for torque consumption optimization of robot manipulator. The method went through repetitive computation process to have minimum value of the performance index by calculated trajectory. Through the process, we could get optimized trajectory to minimize torque and performance index and guarantee safety of the motion for manipulator performance.

IT 제품의 조립 공정 맞춤형 그리퍼 개념 설계에 관한 연구

김현국(Hyeon-Guk Kim),황순웅(Soon-Woong Hwang),안보영(Bo-Young An),허준형(Jun-Hyung Heo),최윤성(Youn-Sung Choi),신규식(Kyoo-Sik Shin),한창수(Chang-Soo Han) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.2

본 논문은 제품 교체 주기가 비교적 짧고 정기적인 IT 제품의 조립 공정 맞춤형 그리퍼 개념 설계에 관한 내용을 담고 있다. 제조 현장에서 쓰이는 그리퍼는 대부분 1~2 자유도로 간단하게 구성되고 한 번에 다양한 물체가 아닌 정해진것만 다룬다. 또한 가격이 중요한 비중을 차지한다. 만약 공정에 적합한 그리퍼를 빠르고 쉽게 개발 할 수 있다면 제품 및 공정의 잦은 변경에 따른 자동화의 어려움을 일부 해소할 것으로 기대한다. 연구에 필요한 조립 공정은 제조사의 기밀인 관계로 공정 분석 진행 절차와 방법을 정의하고 기술하였다. 공리적 설계를 이용해 테블릿 PC 조립을 위한 그리퍼의 기능 요구와 설계 파라미터를 도출하였다. 이러한 파라미터를 결정함으로써 그리퍼의 개념 설계가 이루어질 수 있도록 설계 방법을 제안하였다. 타당성 검토를 위해 특정 공정을 선택하고 그리퍼 설계 진행 과정을 예제로 기술하였다. 그리퍼 설계 지침에 관한 연구가 있지만 고려 사항이 너무 일반적이고 아이디어 도출의 자유도가 높은 문제가 있다. 본 논문은 제품 및 자동화 시장이 활성화 된 IT 제품의 조립 공정을 바탕으로 그리퍼의 기능을 정의하였다. 이를 통해 물체를 잡는 것에 그치지 않고 조립 과정을 반영한 설계를 목표로 하였다. This paper describes the conceptual design of a customized gripper for the assembly process of IT products, which has a relatively short and regular product replacement cycle. The grippers that are used in the manufacturing field are mostly composed of one to two degrees of freedom and they can only handle one object, not multiple ones. Cost is also an important factor. If it were possible to develop a gripper suitable for the assembly process quickly and easily, some of the difficulties involved in its automation caused by the frequent changes of product and process could be solved. The assembly process utilized for this research is defined and described as the procedure and method of the process analysis due to the confidentiality of the manufacturer. We used an axiomatic design to derive the functional requirements and design parameters of the gripper used for the tablet PC assembly process. We proposed a design method for the conceptual design of the gripper by determining these parameters. For the feasibility study, a specific process was selected and the progress of the gripper design was described as an example. Although there have been studies on the design guidelines for grippers, their considerations are too general and their degree of freedom is too high. This paper defines the function of the gripper based on the assembly process of the IT products, which allows their production to be streamlined and automated. In this research, we attempted to produce a design that reflects the assembly process, not just one that enables objects to be held.

매니퓰레이터 전역 성능 평가법의 제안

김현국(Hyeon Guk Kim),황순웅(Soon Woong Hwang),신규식(Kyoo Sik Shin),한창수(Chang Soo Han) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.5

기존의 로봇의 전역 성능 평가방법의 단점과 한계를 극복하고자 주어진 운동 경로 및 작업 공간을 평가하기 위한 방법을 제안하였다. 평가 구간 내 평가 지표의 최소값, 평균값 그리고 표준편차를 이용한 방법으로 기존의 다양한 평가 지표에 적용 가능할 것으로 기대한다. 보유중인 연구용 로봇 팔에 토크-힘 전달 효율을 나타내는 Inertia Matching Index와 Condition number를 혼합한 변형 지표를 제안한 성능 평가 방법에 적용하였고 이를 이용하여 주어진 작업에 대한 설계 변수 최적화를 수행하였다. 기존 모델과 최적화 수행 후 모델의 힘과 토크의 비, 소모 토크 그리고 말단 장치에서의 힘을 비교하여 제안한 전역 성능 평가법의 사용 가능성을 검증하였다. For the improvement of existing evaluation method about the global performance of the robot, we propose an evaluation method along the trajectory or work space. This method, using a minimum, an average, and a standard deviation in the evaluation space is expected to apply any existing performance index. We propose a modified index, combining the Inertia Matching Index and the Condition Number and then apply it to evaluation method we proposed Parametric design optimization of a 7-DOF manipulator was conducted using a modified index and a proposed evaluation method. Then, the usefulness of the proposed evaluation method was verified through a comparison between an original model and an optimal model about three aspects; Force-torque ratio, consumed torque, and force of the end-effector.

트리즈의 6단계 창의성을 이용한 지뢰탐지 판별에 관한 연구

이상호(Lee Sang-Ho),이승훈(Lee, Seung-Hoon),황순웅(Hwang, Soon-Woong),한창수(Hahn Chang-Su) 한국산학기술학회 2010 한국산학기술학회논문지 Vol.11 No.4

지뢰는 민간인을 무차별적으로 죽이고 불구로 만들기 때문에 인도주의에 이의를 제기한다. 지뢰는 군인과 민간인을 구별하지 않고, 수십년동안 작동하는 무기이다. 그 결과, 대부분 지뢰 희생자는 아무 죄가 없는 남녀노소이 다. 이러한 목적으로 새로운 기술의 지뢰탐지 방법과 이동로봇이 필요한다. 우리의 연구는 지뢰탐지를 위한 소형 이 동로봇을 개발하는 것과 지뢰 탐지, 탐지된 지뢰를 구분하는 것이다. 이 논문에서 전자기 센서를 사용하여 지뢰를 탐 지했고, TRIZ의 6단계 창의성을 이용하여 탐지된 물체가 금속인지 M14 비금속 지뢰인지를 명확하게 판별하였으며, TRIZ를 이용한 새로운 지뢰 탐지 및 판별 방법을 제안하였다. Landmines are a humanitarian challenge because they indiscriminately kill and maim civilians. Landmines are weapons that cannot distinguish between a soldier and a civilian, and they remain active for decades. As a result, most of the victims of mines are innocent men, women and children. For this purpose, new technologies such as a methode of landmine detection and mobile robots are needed. Our effort is to develop a small mobile robot for landmine detection, to detect landmine and to explore the landmine distinguishable method. In this paper, Specifically we detected landmines using electromagnetic sensors and distinguished metals from M14 antipersonnel mines under the ground using 6 step creativity of the TRIZ. Therefore, we proposed new method of landmine detection using the TRIZ.

Development of the Algorithm of Locomotion Modes Decision based on RBF-SVM for Hip Gait Assist Robot

신동빈(Dong Bin Shin),이승찬(Seung Chan Lee),황승훈(Seung Hoon Hwang),백인혁(In Hyuk Baek),노준규(Joon Kyu No),황순웅(Soon Woong Hwang),한창수(Chang Soo Han) Korean Society for Precision Engineering 2020 한국정밀공학회지 Vol.37 No.3

The purpose of this study was to suggest the method for automated locomotion modes (Level Walking, Stair Ascent, Stair Descent) detection based on the Radial Basis Function Support Vector Machine (RBF-SVM) for the hip gait assist robot. The universal hip gait assist robot had a limit in detection of the walking intention of users because of the limited sensors’ quantity. Through the offline training, using MATLAB, we trained the collected gait data of users wearing the hip gait assist robot and obtained the parameter of the RBF-SVM model. In the online test, using LabVIEW, we developed the algorithm for the locomotion modes decision of individuals using the optimized parameter of the RBF-SVM. Finally, we executed the gait test for three terrains through the walking environment’s test platform. As a result, the locomotion modes decision rate for three terrains was 98.5%, 99%, and 98% respectively. And the decision delay time of algorithm was 0.03 s, 0.03 s, and 0.06 s respectively.

Characteristic Analysis of Electronic Connector Grasp and Assembly for Design Grippers

한창수(Chang Soo Han),안보영(Boyoung An),김현국(Hyeon Guk Kim),백인혁(In Hyuk Baek),황순웅(Soon Woong Hwang),신규식(Kyoo Sik Shin),허준형(Jun Hyung Heo) Korean Society for Precision Engineering 2019 한국정밀공학회지 Vol.36 No.3

Automation of electronic connectors has been in demand, based on automation of assembly of electronic products. In this study, we propose a new classification of electronic connector, for grasping and assembling. We analyze characteristics of electrical connectors often used at actual industrial sites, from the perspective of the robot, not a person. As a result, it is appropriate to classify the grasp, according to the shape of the electric connector. For the assembly, we suggested that classification should be based on directions are different, because of interference of the electric wire and peripheral parts. We hope that this research will become a new basis, for electrical connector assembly.