PZT 인치웜 메카니즘을 이용한 고하중/대변위 구동시스템 개발 = Development of high-force/large-displacement actuator for PZT inchworm mechanism

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents the design of inchworm motor for high precision actuator system of large-displacement and high-force. The inchworm motor can realize the long stroke with high load capacity and resolution by clamping and extending sequences of the PZT. It can attain high resolution and high force from the accurate displacement of extension and contraction motion. The proposed inchworm actuator consists of two clamping parts on the top and the bottom side of the inchworm body, and one extension part in the middle of the actuator. The two clamping PZT are provide the holding force and the extending PZT is provide the displacement of tool guide. In generally, PZT has the low tensile strength and shear. Therefore, design of the inchworm motor has been focused on optimizing the pre-load housing mechanism to reduce the shear force. The preload also creates additional return forces to aid in the release of the clamping mechanisms. The detailed design of the pre-load mechanism was performed using finite element analysis. A prototype of the inchworm motor was fabricated and tested with respect to the variations of the serial and parallel connection of the PZTs.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구 배경 = 1
• 2. 국내외 관련 연구동향 = 4
• 1) 국외 연구동향 = 4
• 2) 국내 연구동향 = 5
• 3. 연구 목표 = 7
• Ⅱ. 인치웜 메카니즘 이론 = 9
• 1. PZT의 특성 및 구동 원리 = 9
• 1) 외력에 의한 PZT 변위 특성 = 11
• 2. 예압용 유연 힌지 구조물의 강성 설계 = 13
• 3. PZT를 이용한 셀프 하이브리드 임치웜 액츄에이터의 구동 원리 = 14
• 1) 인치웜 액츄에이터의 구동 원리 = 14
• 2) 마이크로 펀칭의 구동 원리 = 17
• Ⅲ. 인치웜 액츄에이터의 설계 및 구동 특성 평가 = 18
• 1. 분할형 인치웜 액츄에이터의 설계 및 구동 특성 평가 = 18
• 1) 분할형 인치웜 액츄에이터의 설계 및 제작 = 18
• (1) 설계 목표 = 18
• (2) 인치웜 액츄에이터의 설계 = 19
• ① 클램퍼 예압 하우징 설계 = 22
• ② 익스텐더 예압 하우징 설계 = 24
• (3) 인치웜 액츄에이터의 제작 = 27
• (4) 인치웜 액츄에이터의 가이드 설계 = 29
• 2) 분할형 인치웜 액츄에이터의 구동 특성 평가 = 30
• (1) 제어 시스템의 구성 = 30
• (2) 구동 실험 및 특성 평가 = 31
• ① 히스테리시스 거동 특성 = 34
• ② 구동 주파수 변화에 따른 특성 파악 = 36
• (3) 온도 영향 분석 = 39
• 3) 분할형 인치웜 액츄에이터의 문제점 도출 = 41
• 2. 일체형 인치웜 액츄에이터의 설계 및 구동 특성 평가 = 42
• 1) 일체형 인치웜 액츄에이터의 설계 및 제작 = 42
• (1) 일체형 예압 하우징 설계 = 42
• (2) 클램퍼 예압 하우징의 커넥터 설계 = 48
• 2) 일체형 인치웜 액츄에이터의 제작 = 49
• 3) 구동 실험 및 특성 파악 = 51
• (1) 구동 부 변위 측정 = 51
• (2) 커넥터 형상별 구동 특성 파악 = 52
• (3) 구동 주파수 변화에 따른 특성 파악 = 53
• 3. 분할형과 일체형 인치웜 액츄에이터의 비교 분석 = 55
• Ⅳ. 결론 = 56
• V. 참고문헌 = 58
• VI. Abstract = 60
• VII. 감사의 글 = 62