우리 주변에 로봇의 존재는 자연스러워지고 점차 많아지고 있는 추세입니다. AI를 포함하여, 사람과 비슷한 움직임, 관절 운동 등 다양한 기술력이 집약된 형태로 볼 수 있습니다.
인간에 비해 무게 비중이 큰 물체로 구성되어 있어 구동간에 많은 부하가 발생하게 됩니다. 사람의 뼈와 유사하게 로봇에서도 전체적인 프레임의 안전성은 설계의 기본이 되며, 안전성 확보에 대한 이슈는 항상 존재하고 있는 상황입니다.
복잡한 형상에 대한 CAE 모델 구축하는 방법은 무엇인가?
로봇의 활용이 점점 확장되면서, 우리 주변에서는 다양한 산업 분야와 일상에서 그 존재감을 강하게 느낄 수 있습니다. 이러한 로봇은 최첨단 기술인 AI부터 복잡한 구조와 구동계까지 다양한 기술이 복합적으로 결합되어 설계되고 있습니다. 이로 인해 로봇의 설계는 예전보다 훨씬 복잡하고 어려운 과정을 겪게 되었습니다 그러나 이러한 복잡성 속에서도 각 산업 분야의 특별한 요구와 필요성을 충족시키기 위한 연구와 개발이 지속적으로 이루어져 왔습니다.
그 중에서도 로봇의 레그 프레임과 같은 핵심 부품은 목적과 기능에 따라 유연하게 설계가 가능합니다. 이 부분에서 프레임의 강성 평가는 매우 중요한 과제로 다뤄집니다. 복잡한 구동계와 같은 불필요한 요소를 간소화하면서 보간, 접촉 조건 등을 효과적으로 단순화하면, 움직임의 정밀도나 안전성에 대한 검토를 더욱 신속하게 진행할 수 있다. 이렇게 최적화된 설계는 로봇의 작동효율성과 수명을 높여줄 뿐만 아니라, 유지보수와 관리도 간소화시켜 줍니다.
복잡한 로봇 형상에 대한 CAE 모델의 구축은 단순히 기술적인 측면뿐만 아니라 검토 목적에 따른 접근이 필요합니다. 불필요한 구동계 등은 보간, 접촉 조건 등의 단순화가 가능하며, 움직임, 부하 등에 의한 고유진동수, 안전성 검토 등 빠르게 접근할 수 있습니다.
로봇 레그 프레임에 대해 해석적 접근은 어떻게 할 수 있을까요?
로봇의 레그 프레임에 대한 해석적 접근은 여러 방면에서 이루어집니다. 먼저, 해석 목적에 따라 필요한 부분과 불필요한 부분을 구분한 후에 필요 부분에 대한 요소생성, 불필요한 부분에 대한 조건화 작업을 진행합니다. 현재 모델에서는 프레임에 대한 2D, 3D 구조 모델이 적용되며, 구동계에 대한 보간요소와 전체적인 구동매커니즘을 접촉을 모사하였습니다.
구조해석을 통해 프레임의 강도, 강성, 안정성 등의 기본적인 구조적 특성을 평가합니다. 이는 유한요소해석(FEA)과 같은 기술을 활용하여 부품의 응력, 변형, 안전율 등을 정밀하게 분석하는 과정을 포함합니다. 다이나믹스 해석을 통해 프레임이 움직임에 따른 동적 특성을 검토합니다. 이 과정에서는 로봇의 진동, 충격, 공진 등의 움직임 중 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하고 대응 방안을 모색합니다.
3세대 KEBO 를 예시로 로봇의 레그 프레임을 구현하고, 이에 대한 기본적인 고유진동수 파악과 강성평가를 목적으로 이번 예제에서는 진행하고자 합니다.
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