준거 메커니즘
Compliant mechanism
기계공학에서 준거 메커니즘은 탄성체 변형을 통해 힘과 운동 전달을 실현하는 유연한 메커니즘입니다.강체 접합부에서만이 아니라 부재의 상대적 유연성으로부터 움직임의 일부 또는 전부를 얻습니다.이러한 구조물은 일체형(단일형) 또는 이음매가 [citation needed]없는 구조일 수 있습니다.준거 메커니즘을 사용하는 일반적인 장치로는 백팩 래치 및 종이 클립이 있습니다.호환 구조를 사용하는 가장 오래된 예 중 하나는 활과 [1]화살입니다.
설계 방법
준거 메커니즘은 보통 다음 두 [2]가지 기술을 사용하여 설계됩니다.
운동학 접근법
운동학적 분석은 메커니즘의 의사 [1]강체 모델을 작성함으로써 준거 메커니즘을 설계하기 위해 사용될 수 있다.이 모델에서 플렉시블 세그먼트는 비틀림 스프링이 있는 회전식 조인트에 연결된 강성 링크로 모델링됩니다.다른 구조물은 견고한 링크, 스프링 및 [3][4]댐퍼를 조합하여 모델링할 수 있습니다.
구조 최적화 접근법
이 방법에서는 구조의 토폴로지 최적화에 연산 방법이 사용된다.예상되는 부하와 원하는 움직임 및 힘 전달이 입력되고 시스템이 중량, 정확도 및 최소 응력에 맞게 최적화됩니다.보다 고도의 방법에서는 우선 기본 링크 설정을 최적화하고 다음으로 해당 [citation needed]설정을 중심으로 토폴로지를 최적화합니다.다른 최적화 기법에서는 강성 메커니즘을 입력으로 사용하고 모든 강성 조인트를 최적화된 굽힘 [4]조인트로 대체함으로써 플렉시블 조인트의 위상 최적화에 초점을 맞춥니다.구조물의 거동을 예측하기 위해 유한요소응력분석을 실시하여 구조 전체에 걸친 변형과 응력을 구한다.
이러한 메커니즘을 설계하기 위한 다른 기술들이 고안되고 있다.해당 평면에서 발생하는 운동을 가진 평면 내에서 제조되는 준거 메커니즘은 LAM(Lamina Emergency Mechanism)이라고 불립니다.
이점
준거 구조는 여러 부품을 사용하는 유사한 메커니즘의 대안으로 종종 생성됩니다.준거 메카니즘의 사용에는, 다음의 2개의 주된 이점이 있습니다.
- 저비용:준거 메커니즘은 일반적으로 단일 구조로 제작될 수 있으며, 이는 필요한 [citation needed]부품 수를 획기적으로 간소화합니다.사출 성형, 압출 및 3D 프린팅 등의 방법으로 단일 피스에 준거한 구조를 제조할 수 있습니다.따라서 제조 비용이 상대적으로 저렴하고 쉽게 사용할 [1]수 있습니다.
- 효율성 향상: 준거 메커니즘은 백래시 또는 표면 마모와 같은 다중 차체 메커니즘에 영향을 미치는 일부 문제를 겪지 않습니다.유연한 요소의 사용으로 인해 준수 메커니즘은 나중에 방출되거나 다른 형태의 [1]에너지로 변환될 에너지를 쉽게 저장할 수 있습니다.
단점들
메커니즘의 전체 범위는 구조물의 재료와 형상에 따라 달라집니다. 굽힘 조인트의 특성으로 인해 순수하게 호환되는 메커니즘은 정상 조인트에서 볼 수 있는 것과 같은 연속적인 움직임을 달성할 수 없습니다.또한 메커니즘에 의해 가해지는 힘은 구조요소가 고장 없이 견딜 수 있는 하중으로 제한된다.굴곡관절의 형상으로 인해 응력이 집중되는 위치가 되기 쉽습니다.이는 메커니즘이 주기적 또는 주기적 운동을 수행하는 경향이 있다는 사실과 결합되어 피로와 구조물의 궁극적 기능 상실을 야기할 수 있다.또, 입력 에너지의 일부 또는 전부가 구조내에 일정기간 축적되어 있기 때문에, 이 에너지의 전부가 희망대로 방출되는 것은 아니다.단,[1] 이는 시스템에 댐핑을 추가하는 데 바람직한 특성이 될 수 있습니다.
적용들
준거 구조의 가장 오래된 용도 중 일부는 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다.가장 오래된 예 중 하나는 활과 화살이다.일부 투석기 설계에서는 팔을 유연하게 사용하여 에너지를 저장하고 방출하여 발사체를 더 [1]멀리 발사했습니다.현재 준거 메커니즘은 적응 구조 및 생물의학 장치 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.준거 메커니즘은 [5]로봇학에서 일반적으로 잡는 데 사용되는 자기 적응 메커니즘을 만드는 데 사용될 수 있다.로봇은 높은 정확성을 필요로 하고 범위가 제한되어 있기 때문에, 준거 로봇 메커니즘에 대한 광범위한 연구가 있어 왔다.마이크로 일렉트로메트릭 시스템(MEMS)은 준거 메커니즘의 주요 용도 중 하나입니다.MEMS는, 필요한 어셈블리가 없고, 포토 [citation needed]리소그래피를 사용해 간단하게 제조할 수 있는 심플한 평면 형상이 없기 때문에 메리트가 있습니다.
전기 모터를 기계(예: 펌프)에 연결하기 위해 자주 사용되는 플렉시블 드라이브 또는 탄성 드라이브가 한 예입니다.이 드라이브는 두 개의 금속 개 사이에 끼워진 고무 "스파이더"로 구성되어 있습니다.도그 하나는 모터 샤프트에 고정되고 다른 하나는 펌프 샤프트에 고정됩니다.고무 부품의 유연성은 모터와 펌프 사이의 약간의 정렬 불량을 보상합니다.래그 이음새와 기보 [citation needed]참조.
이미지 갤러리
레이저 용접 로봇은 테이블과 고정 장치 사이에 호환되는 메커니즘으로 공작물을 배치합니다.
호환 Iris 메커니즘 – 닫힘
호환 Iris 메커니즘 – 개방
준거 클립
쌍안정 준거 스위치 메커니즘
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b c d e f Howell, Larry (2013). Howell, Larry L; Magleby, Spencer P; Olsen, Brian M (eds.). Handbook of compliant mechanisms. Chichester, West Sussex, United Kingdom. p. 300. doi:10.1002/9781118516485. ISBN 9781119953456.
- ^ Albanesi, Alejandro E.; Fachinotti, Victor D.; Pucheta, Martín A. (November 2010). "A Review on Design Methods for Compliant Mechanisms". Mecánica Computacional. 29: 59–72.
- ^ 알바네시, 알레한드로 E, 빅터 D파치노티와 마틴 A.푸체타."준거 메커니즘의 설계 방법에 대한 검토"Mecannica Computacional 29.3 (2010)
- ^ a b Megaro, Vittorio; Zehnder, Jonas; Bächer, Moritz; Coros, Stelian; Gross, Markus; Thomaszewski, Bernhard (2017). "A computational design tool for compliant mechanisms". ACM Transactions on Graphics. 36 (4): 1–12. doi:10.1145/3072959.3073636. S2CID 3361104.
- ^ Doria, Mario; Birglen, Lionel (2009-03-17). "Design of an Underactuated Compliant Gripper for Surgery Using Nitinol" (PDF). Journal of Medical Devices. 3 (1): 011007–011007–7. doi:10.1115/1.3089249. ISSN 1932-6181.
