이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 열처리 효과 및 그리퍼 응용에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

열처리 과정을 사용하여, 다양한 형상의 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터를 제작할 수 있는 공정 방법을 제안하였다. 일반적인 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터는 발생력이 작고, 다양한 형상으로 제작하는 것이 어렵운 단점을 갖고 있다. 하지만 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터를 열처리 공정 방법을 이용하여 다양한 형상을 갖게 제작하게 되면 성형된 모양에 따라 복원력과 전압인가로 발생되는 발생력이 추가되기 때문에 발생력이 작은 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 단점을 개선할 수 있으며 다양한 형상으로 제작이 가능해진다. 또한 열처리 공정 방법을 통하여 액추에이터에 열처리 공정을 진행하여도 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 기본적인 특성에는 변화 없이 그대로 유지할 수 있다.
기존의 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터는 액추에이터의 제작 후 필요에 따라 개별적인 액추에이터로 잘라서 사용하기 때문에 시편으로의 활용에 사용되었던 반면에 열처리 공정 방법을 이용하여 제작한 성형된 형상을 갖는 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터는 다양한 형태로 액추에이터를 제작하는 것이 가능하기 때문에 여러 분야의 응용이 가능할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 이와 같은 내용을 실험적으로 확인하였으며 열처리 공정을 이용하여 제작한 형상을 갖는 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 특성을 측정하여 기존의 액추에이터의 특성은 그대로 유지하면서 개선된 발생력을 갖고 이를 이용하여 그리퍼로의 응용이 가능하다는 것을 실험적으로 입증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ionic Polymer Metal Composite(IPMC) is a soft actuator with potential applications in the fields of medicine and biologically inspired robots because it has soft properties and can be operated in wet condition. This paper propose a new method to fabricate the Ionic Polymer Metal Composite(IPMC) actuator, which can actuate various forms. The IPMC actuator is small tip force and difficult to fabricate with various shapes. This paper used thermal treatment method that can fabricate IPMC actuator with various shapes. This paper proposes a simple thermal treatment process that can fabricate IPMC actuator with 3-dimensional form, which means various complicated shapes are possible. The fabricated heated IPMC actuators have been characterized and compared with unheated actuator.
Various heated IPMC actuators have been fabricated by the proposed thermal treatment method and the characteristics of heated IPMC actuator have been measured. The measured characterisrics of the fabricated heated IPMC actuator show the possibility applications for gripper where complicated actuators are required.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 = 1
• 1. 연구 배경 = 1
• 2. 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 구성 및 동작원리 = 2
• 3. 논문의 목적 및 구성 = 3
• Ⅱ. 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 제작 및 열처리 공정 = 5
• 1. 캐스팅 방법에 의한 내피온 필름 제작 = 5
• 2. 백금 무 전해 도금 공정을 통한 내피온 도금 방법 = 6
• 3. 3차원 형상 제작을 위한 열처리 공정 방법 = 9
• 3.1 3차원 형상 제작을 위한 열처리 공정 조건 확립 = 9
• 3.2 열처리 공정을 이용하여 제작한 다양한 형상의 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터 = 15
• Ⅲ. 열처리 공정으로 제작된 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터의 특성 측정 = 16
• 1. 강성 측정 = 16
• 1.1 강성 측정 방법 = 16
• 1.2 강성 측정 결과 = 18
• 2. 교류 전압 인가시의 액추에이터의 특성 측정 = 19
• 2.1 변위계를 이용한 변위 측정 = 19
• 2.2 주파수 변화에 따른 변위 측정 = 22
• 2.3 공진 특성 측정 = 25
• 3. 직류 전압 인가시의 액추에이터의 힘 측정 = 27
• 3.1 힘 측정 방법 = 27
• 3.2 힘 측정 결과 = 28
• 4. 반복 동작 특성 측정 = 29
• Ⅳ. 열처리 효과를 이용한 그리퍼 제작 = 32
• 1. 그리퍼의 개발 동향 = 32
• 2. 이온성 고분자 금속 복합물 액추에이터를 이용한 그리퍼 제작 및 측정 = 33
• 2.1 그리퍼 설계 = 33
• 2.2 그리퍼 제작 = 40
• 2.3 그리퍼 측정 결과 및 해석 = 41
• Ⅴ. 결 론 = 45