다양한 무인 비행체에 적용 가능한 수동 변속 펄칭 그리퍼 시스템
A Passively Transmission Perching Gripper System Compatible with Various Unmanned Aerial Vehicles
- 주제어 (키워드) 무인비행체 펄칭 , 드론 펑칭 , 엘라스토머 , 수동 변속기 , 텐던 구동 그리퍼 , 부족구동 관절 그리퍼; UAV perching , Drone perching , Elastomeric passive transmission , Underactuated gripper , tendon driven gripper
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정석환
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000077245
- UCI I804:11029-000000077245
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) are widely used for surveillance and reconnaissance in both military and civilian sectors due to their high maneuverability. However, continuous flight is limited by battery consumption, and operational challenges may arise in specific terrains. To overcome these limitations, one research concept introduced is 'perching,' where UAVs can attach to structures or adhere to surfaces to minimize battery usage, extend mission lifetimes, and provide stable monitoring capabilities. Various types of grippers, manipulator, and vacuum suction methods have been applied to UAVs in the past. However, these methods have shown limitations, including increased system volume,restricted perching performance, and low adaptability to different types of UAVs. This study proposes a perching gripper system with a simple gear mechanism that provides high perching performance while accommodating various types of UAVs. The proposed perching gripper system utilizes an EPT(Elastomeric Passive Transmission), offering rapid grasping followed by passive transmission to provide high gripping force. The design is highly portable and adaptable to a wide range of UAVs. The gripper features a 2-link structure with 3 fingers designed for adaptive perching on various surfaces using urethane contact pads. Furthermore, the study conducts feasibility experiments on the proposed perching system through kinematic analysis and demonstrations.
more초록
UAV(Unmanned Aerial Vehicle)는 높은 비행자유도로 군사 및 민수 분야에서 감시 및 정찰에 활용되지만, 연속 비행 시 배터리 소모로 인해 운용 시간이 제한된다. 또한, 지형적 한계로 인해 특정 지역에서의 운용이 어려울 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 연구 중 하나로 ‘펄칭(Perching)’ 개념이 도입되었으며, 이를 UAV 에 적용하여 구조물에 매달리거나 접착하여 배터리 소모를 최소화하여 임무수행 수명을 연장하고 안정적인 감시 기능을 제공하려 하고 있다. 기존에 다양한 형태의 그리퍼, 매니퓰레이터, 진공 흡착 등의 방식이 UAV 에 적용되어 왔지만, 이는 시스템의 부피 증가, 제한된 펄칭 성능, 다양한 종류의 UAV 에 대응하기 어려운 이식성이 낮은 설계 등의 제한점을 보여주고 있다. 본 연구는 간단한 변속 구조를 갖는 수동 변속 메커니즘을 활용하여 다양한 종류의 UAV 를 설치할 수 있으면서 높은 펄칭 성능을 갖는 펄칭 그리퍼 시스템을 제안한다. 제안하는 펄칭 그리퍼 시스템은 EPT(Elastomeric Passive Transmission) 수동 변속 메커니즘을 활용하여, 빠른 속도의 파지를 한 뒤 이어지는 수동 변속을 통해 높은 파지력을 제공하며, 이식성이 높은 설계로 다양한 종류의 UAV 에 적용 가능하다. 2 링크 3 손가락 구조의 그리퍼는 우레탄 접촉부를 통해 다양한 표면에 적응적으로 펄칭할 수 있도록 설계되었으며, 원통형 구조물 파지에 최적화된 손가락 길이 설계 변수를 제안한다. 마지막으로, 역학적 분석과 시연을 통해 제안하는 펄칭 시스템의 타당성 실험을 수행하였다.
more목차
I Introduction 1
A Research Background 1
B Related Works 3
C Research Objectives 5
D Thesis Outline 6
II Perching Gripper Design 7
A Finger Hardware Design 7
B Finger Optimization 12
C Finger Analysis 19
D Perching Gripper Design 23
E Perching State Analysis 30
F EPT(Elastomeric Passive Transmission) 36
G Perching Gripper Compatibility 51
III System Feasibility and Perching plan 53
A 1-Hand Perching Gripper(+EPT) feasibility 53
B Adaptability Evaluation Experiment 58
C Perching Plan 60
IV Perching Experimental Validation 62
A Misalignment Experiment 62
B Perching Experiment 65
V Conclusion and Discussion 67
References 69
