복합재 구조물 유지 보수 매니퓰레이터의 기구학적 설계 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 복합재 구조물의 파손 부위를 보수하기 위해 복합재 구조물 유지 보수 매니퓰레이터의 설계를 진행하였다. 현재 다양한 산업에서 복합재료 적용 증가에 따라 복합재 구조물의 보수에 대한 요구가 증가하고 있으며, 수작업으로 진행되는 보수에는 높은 비용뿐만 아니라 작업자의 숙련도 차이에 의한 보수 효과의 차이 등 여러 가지의 작업 문제점이 발생하고 있다. 따라서 수작업이 아닌 로봇을 이용한 복합재 구조물의 보수 방법이 필요한 실정이다. 복합재 구조물 유지 보수 매니퓰레이터의 설계를 진행하기 위해 보수 가능한 작업반경을 500 × 500 mm 로 설정하였다. 복합재 보수가 요구되는 작업 반경에 적합한 매니퓰레이터를 도출하기 위해서 정기구학(Forward Kinematics) 해석과 역기구학(Inverse Kinematics) 해석을 통해 해를 구하여 매니퓰레이터를 설계하였다. 무게 측면을 고려하여 매니퓰레이터의 적용 소재는 알루미늄으로 선정하였고, 설계된 매니퓰레이터는 5 자유도를 갖고 링크 길이의 합은 1,500 mm 로 설계되었다. 정적 하중 조건을 적용하여 복합재 구조물 유지 보수 매니퓰레이터의 구조안전성을 검증한 결과 최대 von-Mises 응력이 알루미늄의 항복강도를 넘지 않아 구조적으로 안전하게 설계된 것을 확인하였다. 향후 연구로, 매니퓰레이터의 앤드 이펙터 설계를 진행하여 스프레이 방식을 통해 복합재 구조물의 보수와 롤러 방식을 통해 적층형 보수를 진행할 경우와 수작업으로 진행한 경우의 실험을 통하여 비교 분석을 진행할 예정이다.